Yksityiskohtainen johdatus holografisen CGH:n laskemiseen

Ensinnäkin perusperiaatelaskennallinen holografia

Perusperiaatelaskennallinen holografiaon käyttää tietokonetta valon vaiheen tai amplitudin ratkaisemiseen, digitaalisen hologrammin luomiseen ja sitten valon vaiheen tai amplitudin moduloimiseen optisten modulaattoreiden, kuten Spatial Light Modulator (SLM) avulla, ja lopuksi koherentin valon käyttäminen SLM:n säteilyttämiseen. Virkistävä valokenttä syntyy dynaamisen holografisen 3D-kuvan muodostamiseksi.

Poikkeaa perinteisestä hologrammisukupolvesta,laskennallinen holografiaei vaadi kahta valonsädettä ollakseen fyysisesti koherenttia, mikä yksinkertaistaa hologrammin luomisprosessia. Kuitenkin korkean tarkkuuden sukupolvilaskennalliset hologrammitedessä on edelleen monia haasteita, kuten suuri laskentamäärä, korkeat laskentatehovaatimukset sekä spatiaalisten valomodulaattoreiden resoluutio- ja kokorajoitukset.

Toiseksi keskeinen tekniikkalaskennallinen holografia

Hologrammin optimointialgoritmi

Korkean tarkkuuden sukupolvilaskennalliset hologrammitriippuu optimointialgoritmeista. Koska hologrammin optimointi on pohjimmiltaan huonosti ehdollinen käänteisongelma, se ratkaistaan ​​yleensä ei-kupereiden optimointialgoritmien avulla. Optimointialgoritmin valinta ja parametrien asettaminen vaikuttavat suoraan hologrammien luomisen laatuun ja laskennalliseen tehokkuuteen.

Yleisiä optimointikehyksiä ovat vaihtoehtoinen projektiomenetelmä ja gradienttilaskeutumismenetelmä. Vaihtoehtoinen projektiomenetelmä löytää optimaalisen ratkaisun, joka tyydyttää kahden suljetun joukon rajoitukset vuorotellen kahden suljetun joukon välillä. Gradienttilaskumenetelmä määrittää tappiofunktion laskusuunnan gradienttilaskennan avulla optimaalisen rajoitusehdot tyydyttävän ratkaisun löytämiseksi.

Tilavalomodulaattori

Tilavalomodulaattori on keskeinen laitelaskennallinen holografia, joka voi muuntaa digitoidut hologrammit valokenttämodulaatioksi. Tällä hetkellä useimmat laskennalliset holografiset järjestelmät perustuvat projektiolaitteisiin, kuten SLM tai Digital Micromirror Device (DMD). Näillä laitteilla on kuitenkin näytön suorituskyvyn luontaisia ​​rajoituksia, kuten liian pieni näkökenttä ja monikertainen diffraktio.

Näiden ongelmien ratkaisemiseksi tutkijat tutkivat metapintaan perustuvaa holografiaa. Metasurface voi tuoda mutaatioita sähkömagneettisen aallon perusominaisuuksiin, kuten amplitudiin ja vaiheeseen, ja saavuttaa monia modulaatiovaikutuksia, joita on vaikea saavuttaa perinteisillä modulaatiolaitteilla. Metapintaan perustuva holografia on edistynyt suuresti laajassa näkökentässä, värittömässä kuvantamisessa, värinäytössä, tietokapasiteetin laajentamisessa, moniulotteisessa multipleksoinnissa ja niin edelleen.

Dynaaminen holografinen näyttö

Dynaaminen holografinen näyttö on tärkeä sovellusaluelaskennallinen holografia. Perinteisessä holografisessa näyttöjärjestelmässä on usein ongelmia suuren laskennan ja alhaisen näytön kehysnopeuden vuoksi, mikä rajoittaa sen käyttöä edistyneessä näytössä, kuten kehittyneessä ihmisen ja tietokoneen välisessä vuorovaikutuksessa. Toteuttaakseen dynaamisen holografisen näytön erittäin sujuvasti tutkijat tutkivat tehokkuuttalaskennallinen hologrammisukupolvimenetelmät ja näyttötekniikat.

Esimerkiksi Huazhongin tiede- ja teknologiayliopiston Wuhanin kansallisen optoelektroniikan tutkimuskeskuksen ryhmä on ehdottanut dynaamista interbit metasurface holografia (Bit-MH) -tekniikkaa, jolla on korkea laskennallinen ja näytön kuvanopeus. Tekniikka saavuttaa tehokkaan dynaamisen virkistyksen ja reaaliaikaisen vuorovaikutuksen jakamalla metapinnan näyttöfunktion eri spatiaalisiin alueisiin (eli spatiaalisiin kanaviin) ja projisoimalla jokaiseen kanavaan rekonstruoidun aliholografisen kuvion.

3. Sovelluskentätlaskennallinen holografia

Kolmiulotteinen näyttö

Laskennallisella holografialla on laaja sovellusnäkymä 3D-näytön alalla. Tietokoneella luoduilla hologrammeilla voidaan saavuttaa erittäin tarkka aaltorintaman modulaatio kolmiulotteisten kohtausten luomiseksi jatkuvalla syvyyden tunteella. Tätä tekniikkaa ei voida käyttää vain viihteen ja pelien alalla, vaan myös koulutuksessa, koulutuksessa, lääketieteen ja muilla aloilla tarjotakseen realistisemman ja intuitiivisemman kolmiulotteisen visuaalisen kokemuksen.

Optisen tiedon tallennus ja käsittely

Laskennallinen holografiavoidaan käyttää myös optisen tiedon tallentamiseen ja käsittelyyn. Luomalla digitaalisia hologrammeja informaatiota voidaan tallentaa välineeseen valokentän muodossa suuren tiheyden ja nopean tiedon tallennuksen ja lukemisen saavuttamiseksi. Lisäksi,laskennallinen holografiavoidaan käyttää myös esimerkiksi optisessa salauksessa ja väärentämisen estämisessä tietojen turvallisuuden ja luotettavuuden parantamiseksi.

Lisätty todellisuus ja virtuaalitodellisuus

Laskennallinen holografiaSillä on myös potentiaalisia sovelluksia lisätyn todellisuuden (AR) ja virtuaalitodellisuuden (VR) alalla. Luomalla realistisia kolmiulotteisia holografisia kuvia voidaan saavuttaa luonnollista vuorovaikutusta ja mukaansatempaavia kokemuksia AR- ja VR-järjestelmissä. Esimerkiksi AR-järjestelmissälaskennallinen holografiateknologian avulla käyttäjät voivat luonnollisesti keskittyä näytettävään sisältöön useissa tason syvyyksissä, mikä ratkaisee visuaalisen konvergenssikonfliktin säätöongelman (VAC) ja parantaa käyttömukavuutta.

Lasertyöstö ja metapinnan suunnittelu

Laskennallinen holografiavoidaan käyttää myös sellaisilla aloilla kuin laserprosessointi ja metapinnan suunnittelu. Luomalla korkean tarkkuuden hologrammeja voidaan saavuttaa tarkka lasersäteen hallinta ja korkean tarkkuuden laserkäsittely ja mikronanovalmistus. Lisäksi,laskennallinen holografiavoidaan käyttää myös metapintojen suunnitteluun ja optimointiin monimutkaisempien ja tehokkaampien sähkömagneettisten aaltojen modulaatiovaikutusten saavuttamiseksi.

Neljänneksi kehityssuunta ja haastelaskennallinen holografia

Tietotekniikan jatkuvan kehityksen ja optisten laitteiden jatkuvan innovaation myötälaskennallinen holografiatekniikka tekee jatkuvasti uutta edistystä ja läpimurtoja. Kuitenkin,laskennallinen holografiakohtaa edelleen monia haasteita ja ongelmia, kuten suuri laskentamäärä, korkea laskentatehon tarve, tilavalomodulaattorin resoluutio ja kokorajoitukset. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi tutkijat tutkivat uusia algoritmeja ja tekniikoita, kuten syväoppimiseen perustuvia hologrammien luontimenetelmiä, metapintaan perustuvaa holografiaa jne.

Tulevaisuudessa,laskennallinen holografiateknologiaa odotetaan sovellettavan ja popularisoivan useammilla aloilla. Esimerkiksi ajoneuvon HUD-näyttöjärjestelmässä laskennallinen holografinen tekniikka voi toteuttaa realistisemman ja intuitiivisemman 3D-navigoinnin ja tietojen näytön; Lääketieteen alalla laskennallista holografista tekniikkaa voidaan käyttää esimerkiksi kirurgisessa navigoinnissa ja telelääketieteessä lääketieteen tason ja tehokkuuden parantamiseksi.

Lyhyesti sanottuna laskennallinen holografia teknologiana, jolla on muunnospotentiaalia, edistää jatkuvasti optiikan ja informaatiotieteen kehitystä. Tekniikan jatkuvan kehityksen ja sovellusalojen jatkuvan laajentumisen myötä laskennallisen holografian odotetaan saavuttavan läpimurtoja ja innovaatioita useammilla aloilla, tuoden lisää mukavuutta ja yllätyksiä ihmiskunnalle.