Запустить софт для моделирования и вывести полноразмерную модель для редактирования в пространстве. Включить коммуникатор и побеседовать не с плоским изображением собеседника на видеозвонке, а с его объемной проекцией, через которую просвечивает любимый ковер. Отодвинуть штору и увидеть на оконном стекле прогноз погоды, ситуацию с пробками, и вообще - как оно там. Завести двигатель автомобиля и получать на участке лобового стекла дополнительные оповещения о дорожной разметке, возможных опасностях и иных важных сведениях.
Если раньше все это было уделом научных фантастов, то сейчас подобное перешло из разряда “Фантастика” в разряд “Ближайшее будущее”. О том, как современные ученые приближают век голографии, с чего все начиналось и какие трудности развития голографические технологии испытывают на данный момент, мы постараемся рассказать в этом посте.
Как создаются голографические изображения
Человеческий глаз видит физические объекты, так как от них отражается свет. Построение голографического изображения основано именно на этом принципе – создается пучок отраженного света, полностью идентичный тому, который отражался бы от физического объекта. Человек, смотря на этот пучок, видит тот же самый объект (даже если смотрит на него под разными углами).Голограммы же более высокого разрешения - это статические рисунки, “холст” которых - фотополимер, а “кисть” - лазерный луч, который разово меняет структуру фотополимерных материалов. В итоге обработанный таким образом фотополимер создает голографическое изображение (на плоскость голограммы падает свет, фотополимер создает его тонкую интерференционную картину).
К слову, про саму интерференцию. Она возникает в случае, если в определенном пространстве складывается ряд электромагнитных волн, у которых совпадают частоты, причем с довольно высокой степенью. Уже в процессе записи голограммы в конкретной области складывают две волны – первая, опорная, исходит непосредственно от источника, вторая, объектная – отражается от объекта. Фотопластину с чувствительным материалом размещают в этой же области, и на ней возникает картина полос потемнения, соответствующих распределению электромагнитной энергии (интерференционная картина). Затем пластину освещают волной, близкой по характеристикам к опорной, и пластина преобразует эту волну в близкую к объектной.
В итоге получается, что наблюдатель видит примерно такой же свет, который отражался бы от изначального объекта записи.
Краткая историческая справка
Шел 1947-й год. Индия получила независимость от Британии, Аргентина предоставила избирательные права женщинам, Михаил Тимофеевич Калашников создал свой знаменитый автомат, Джон Бардин и Уолтер Браттейномиз проводят эксперимент, позволивший создать первый в мире действующий биполярный транзистор, начинается производство фотоаппаратов Polaroid.А Деннис Габор получает первую в мире голограмму.
Вообще, Деннис пытался повысить разрешающую способность электронных микроскопов той эпохи, но в ходе направленного на это эксперимента получил голограмму.
Увы, Габор, как и многие умы, немного опередил свое время, и у него просто не было нужных технологий, чтобы получать голограммы хорошего качества (без когерентного источника света этого сделать невозможно, а первый лазер на кристалле искусственного рубина Теодор Мейман продемонстрирует лишь 13 лет спустя).
А вот после 1960-го (красный рубиновый лазер с длиной волны 694 нм, импульсный, и гелий-неоновый, 633 нм, непрерывный) дело пошло куда бодрее.
1962 . Эммет Лейт и Юрис Упатниекс, Мичиганский Технологический Институт. Создание классической схемы записи голограмм. Записывались пропускающие голограммы – в процессе восстановления голограммы свет пропускали через фотопластину, но некоторая часть света отражается от пластины и тоже создает изображение, которое видно с противоположной стороны.
1967 . Первый голографический портрет записывают при помощи рубинового лазера.
1968 . Совершенствуются и сами фотоматериалы, благодаря чему Юрий Николаевич Денисюк разрабатывает собственную схему записи и получает высококачественные голограммы (восстанавливали изображение путем отражения белого света). Все проходит вполне неплохо, настолько, что схема записи получает название “Схема Денисюка”, а голограммы - “Голограммы Денисюка”.
1977 . Мультиплексная голограмма Ллойда Кросса, состоящая из нескольких десятков ракурсов, каждый из которых можно увидеть только под одним углом.
Плюсы - размеры объекта, которые требуется записать, не ограничиваются длиной волны лазера или размером фотопластины. Можно создать голограмму предмета, которого не существует (то есть просто нарисовав придуманный предмет в сразу нескольких ракурсах).
Минусы - отсутствие вертикального параллакса, рассмотреть такую голограмму можно только по горизонтальной оси, но не сверху или снизу.
1986 . Абрахам Секе осознает, что нет предела совершенству, и предлагает создать источник когерентного излучения в приповерхностной области с помощью рентгеновского излучения. Пространственное разрешение в голографии всегда зависит от размеров источника излучения и его удаленности от предмета – это дало возможность восстановить в реальном пространстве атомы, которые окружали эмиттер.
Сейчас
Сегодня некоторые прототипы голографических видеодисплеев работают примерно так же, как и современные ЖК-мониторы: особым образом рассеивают свет, формируя псевдо-3D, а не создают интерференционную картину. С чем связан и главный минус такого подхода - нормально оценить такую картинку сможет только один человек, сидящих под правильным углом к монитору. Все остальные зрители будут не так впечатлены.Конечно же, любители научной фантастики и новых технологий спят и видят, как голографические дисплеи станут такой же привычной вещью, как wifi дома или фотокамера в смартфоне, сравнимая с не самой плохой мыльницей. И хотя идеальная голограмма в понимании большинства - это на самом деле не сегодня и не завтра, разработки на эту тему уже активно ведутся.
Институт науки и передовых исследований, Корея. Рабочий прототип нового 3D-голографического дисплея, ТТХ которого примерно в пару тысяч раз лучше , чем у существующих аналогов.
Слабое звено таких дисплеев - матрица. Пока матрицы состоят из двухмерных пикселей. Корейцы же использовали обычный (но хороший) дисплей вкупе со специальным модулятором для фронта оптического импульса. Результатом стала высококачественная голограмма, правда, небольшая - 1 кубический сантиметр.
Было время, когда считалось, что рассеивание света - это серьезное препятствие для нормального распознавания проецируемых объектов. Но как показывает наша практика, современные 3D-дисплеи можно существенно улучшить, научившись контролировать это рассеивание. Правильное рассеивание позволило увеличить и угол обзора, и общую разрешающую способность,- отмечает профессор Йонкен Парк .
Университет Гриффита, Технологический университет Суинберна, Австралия. Голографический дисплей на основе графена.
Ученые вооружились методом Габора, упоминавшимся в самом начале этого поста, и сделали 3D-голографический дисплей высокого разрешения на основе цифрового голографического экрана, состоящего из мелких точек, отражающих свет.
Плюсы – угол обзор в 52 градуса. Для нормального восприятия картинки не нужны никакие дополнительные приблуды в виде 3D-очков и прочего.
К слову, о 52 градусах. Угол обзора тем больше, чем меньше будет использоваться пикселей. Оксид графена обрабатывают путем фоторедукции, что создает пиксель, которому под силу изгибать цвет для голокартинки.
Разработчики полагают, что подобный подход в свое время сможет положить начало революции в разработке дисплеев, особенно - на мобильных устройствах.
Бристольский университет, Великобритания. Ультразвуковая голография.
Объект создается в воздухе с помощью множества ультразвуковых излучателей, направленных на облако водяного пара, которое также создается системой. Реализация, конечно, сложнее, чем в случае с привычными экрана, но все же.
- туман создается не просто каплями воды, а каплями специального вещества.
- это вещество освещается специальной лампой.
- лампа модулирует специальный свет.
В итоге получается проекция объекта, который можно не только рассмотреть со всех сторон, но и потрогать.
Частота колебаний такой интерференционной картины - от 0.4 до 500 Гц.
Одно из главных направлений деятельности, в котором разработчики предполагают полезное использование технологии - медицина. Врач сможет на основе данных медкарты и смоделированного органа “почувствовать” его. Также можно будет создавать объемные проекции каких-либо товаров на презентациях. Положительный эффект предрекают и при замене подобной технологией сенсорных дисплеев в местах массового пользования (электронные меню, терминалы, банкоматы). Как сложно и дорого будет это внедрить - само собой, уже второй вопрос.
А уж до чего могут дойти развлекательные сервисы определенной направленности - страшно (но интересно) подумать.
Ванкувер, Канада. Интерактивный голографический дисплей.
Что нужно:
- мобильное устройство
- HDMI или wifi
- пожертвовать 550$ на Кикстартере вот
АСУТС – автоматизированные системы управления транспортными средствами состоят из технических средств, обеспечивающих работу информационных систем (персональные компьютеры, принтеры и локальные сети) и операционных систем (набор программных средств, который начинает работать сразу после того, как включена кнопка электрического питания компьютера).
Автомобили меняются, и скорость внедрения новых технологий с каждым годом будет только увеличиваться. Многие полагают, что такая тесная интеграция интернета и автомобиля будет только усугублять и так непростое положение с безопасностью (усилится отвлекающий водителя от дороги фактор). Так же как растет скорость передачи данных в сотовых сетях, в той же пропорции скорость интернета будет расти и в автомобиле. Правда, есть в этом и свои плюсы. Можно ожидать таких услуг, как напоминание об обслуживании автомобилей с разнообразным информационным сопровождением, возможностью автоматической записи и направлением в ближайшие сервисные центры, подключение автомобиля к различным базам данных, чтобы можно было заказать номер в гостинице, и так далее. Пассажиры в перспективе могут получить больше возможностей для развлечений в дороге и т.д.
Помимо возможности доступа в сеть, автомобили имеют возможность более тесной интеграции (в более полном объеме синхронизироваться) с компьютерами и мобильными устройствами. Это наличие USB-портов в автомобиле, возможность дистанционно обновлять программное обеспечение различных систем автомобиля, не прибегая к услугам специально обученных для этого людей. Или, например, при возникновении какой-либо неисправности в автомобиле дилер может дистанционно найти причину и указать на возможные пути выхода из сложившейся ситуации или же исправить поломку, если сбой был в компьютерной системе. Данные наработки существуют реализованы в таких системах, как OnStar компании General Motors или в системе аварийного вызова Tele Aid от Mercedes-Benz.
Рисунок 2.1 – Синхронизация с устройствами автомобиля
С помощью системы OnStar есть возможность удаленно замедлять транспорт, мешая угонщикам скрыться от полиции при погоне. Данная система может вернуть украденные машины за часы, если не за минуты. Новая технология называется Remote Ignition Block (удаленная блокировка зажигания). У оператора OnStar есть возможность послать сигнал компьютеру в угнанной машине, который вызовет блокировку системы зажигания и не позволит перезапустить её. Эта возможность не только поможет властям возвратить украденные автомобили, но также и предотвратит «опасные» погони.
Голографические информационные дисплеи. Подобные системы можно увидеть у BMW или Audi. Суть в том, чтобы выводить информацию непосредственно на лобовое стекло. Например, компания General Motors уже сделала первые шаги в направлении создания и внедрения моделей, способных выводить информацию о скорости, направлении движения и другую.
Сейчас General Motors в сотрудничестве с рядом университетов приступила к разработке так называемого «умного стекла». GM рассчитывает превратить стекло в прозрачный дисплей, на который может быть выведена такая информация, как дорожная разметка, дорожные знаки или различные объекты, такие как пешеходы, которых в туман или дождь распознать на дороге бывает весьма проблематично.
Частично такая технология была показана на Light Car, где с помощью светодиодной технологией LED, автомобиль использует прозрачную заднюю дверь как проекционный экран, для видимой связи между машинами, что очень полезно для всех автомобилистов. Например, с какой силой жмет на тормоза водитель можно показать автомобилю, который едет сзади при освещении масштаба картинки на дисплее.
Система, с помощью которой автомобили будут связаны между собой и дорожной структурой в единое целое, в единую сеть, уже сейчас имеет свое название – «car-to-X communication». Сегодня несколько компаний, в числе которых Audi, приступили к ее созданию. Суть разработки в том, чтобы сделать возможным «общение» автомобиля не только с другими машинами, но и с инфраструктурой, например с веб-камерами на перекрестках, светофорами или дорожными знаками.
Зная о состоянии светофоров, загруженности улиц и дорожных условиях, автомобиль может экономить энергию, предостерегая водителя от ненужных разгонов/торможений. Автомобиль даже сможет самостоятельно резервировать место на парковке. Если автомобиль попал в экстренную ситуацию, он сможет сообщить об этом окружающим авто, чтобы другие водители могли вовремя сбавить скорость и избежать столкновения. Audi показала часть этих инноваций на примере E-tron. Говоря о технологиях, способных улучшить ситуацию с безопасностью, одну из основных задач разработчики видят в том, чтобы «удержать» нас на одной полосе или вообще на дороге в особо тяжелых случаях.
Улучшенная система запуска двигателя. Эти системы являются одним из элементов той самой эффективности использования ресурсов. Речь идет о системе автоматического запуска или остановки двигателя.
Такие решения уже сейчас можно наблюдать практически на всех гибридных автомобилях: когда он останавливается – двигатели выключаются; чтобы тронуться с места, не надо снова заводить мотор, а достаточно лишь нажать на педаль газа. А если говорить о будущем данной технологии, то она со временем может быть тесно интегрирована с системой car-to-X, дабы еще больше снизить расход топлива. Например, получив информацию о том, что на перекрестке светофор загорелся красным, автомобиль может выключить основной двигатель и продолжить движение только на электродвигателе, тем самым сэкономив немного энергии.
Автопилот или четкий круиз-контроль. Системы помощи при торможении посредством установленных на автомобиль эхолокаторов/лазеров или радаров уже стали стандартной опцией, устанавливаемой в дорогие автомобили. Но, как и другие разработки, вначале появившиеся в автомобилях верхнего ценового диапазона, эта так же скоро перекочует и в более дешевый сегмент. Этот вид технологии, который способен предотвратить столкновение с впереди идущим транспортом, может помочь в безопасности движения и пригодится в основном начинающим водителям. Если производители и дальше будут продолжать совершенствование данной технологии, а это именно так и будет, вскоре мы сможем увидеть нечто похожее на автопилот.
Мониторинг движения или «Мертвые зоны». Еще две, несомненно, нужные технологии, объединенные в одну информационную технологию, которая может помочь в улучшении ситуации с безопасностью, – это мониторинг так называемых «мертвых зон» и система предупреждения пересечения дорожной разметки. Система будет не только способна предупреждать водителя, если он без поворотника начнет перестроение на соседнюю полосу, но и воспрепятствует перестроению, если ряд будет занят другим транспортным средством.
Так называемая «слепая зона». Такие компании, как BMW, Ford, GM, Mazda и Volvo, предлагают специальные системы, которые используют встроенные в зеркала камеры или датчики, контролирующие мертвые зоны. Небольшие лампочки аварийной сигнализации, устанавливаемые рядом с зеркалами заднего вида, предупреждают водителя о нахождении автомобиля в мертвой зоне, а если никакой реакции от водителя не последовало и он начал перестроение, система принимается более активно предупреждать о помехе, издавая звуки, или, в зависимости от марки, начинается вибрация рулевого колеса. Минусом является тем, что подобные системы работают только на небольших скоростях.
Система Cross Traffic Alert: это радар, который работает на базе системы мониторинга «мертвых зон». Система способна определять движение автомобилей в перекрестном направлении во время езды задним ходом. Cross Traffic Alert умеет определять приближение авто на расстоянии 19,8 метра как с левого, так и правого бока, где установлены специальные радары. В данный момент эта функция доступна на автомобилях Ford и Lincoln.
Пересечение дорожной разметки. Несколько компаний, в числе которых Audi, BMW, Ford, Infiniti, Lexus, Mercedes-Benz, Nissan и Volvo, предлагают похожие друг на друга решения. Для работы системы используются маленькие камеры, считывающие дорожную разметку, и если водитель ее пересекает, не включив при этом поворотник, система подает предупредительный знак. В зависимости от системы это может быть звуковой или световой сигналы, вибрация руля либо небольшое натяжение ремня. Например, в Infiniti применяется автоматическое торможение с одной из сторон автомобиля, чтобы предотвратить выезд автомобиля из полосы движения.
Парковка. Многие компании уже сегодня устанавливают автоматизированные системы помощи при парковке. Действуют такие системы следующим образом: автомобиль при помощи радаров определяет, достаточно ли места, чтобы припарковаться. Далее помогает водителю выбрать правильный угол поворота руля и практически сам ставит автомобиль на парковочное место. Конечно, без помощи человека пока что не обходится, но в скором времени появятся такие системы, в которых участие человека будет совсем необязательно. Можно будет выйти из автомобиля и понаблюдать весь процесс со стороны.
Отслеживание состояния водителя: утомленный водитель может быть столь же опасен, как и водитель, севший за руль в нетрезвом состоянии (а пить та нужно в норму закона). Интегрированные в автомобиль системы слежения, которые распознают признаки усталости в движениях и реакциях водителя и предупреждают о необходимости передохнуть, доступны у нескольких автопроизводителей. Это Lexus, Mercedes-Benz, Saab и Volvo. Например, в Mercedes такая система называется Attention Assist: она сначала изучает манеру езды, в частности вращение обода рулевого колеса, включение указателей поворота и нажатия на педали, а также следит за некоторыми управляющими действиями водителя и такими внешними факторами, как боковой ветер и неровности дорожного полотна. Если Attention Assist распознает утомление водителя, она информирует его о необходимости сделать остановку, чтобы немного передохнуть. Делает Attention Assist это с помощью звукового сигнала и предупреждающего сообщения на дисплее комбинации приборов.
В автомобилях Volvo тоже присутствует похожая система, но работает она несколько по-другому. Система не контролирует поведение водителя, а оценивает перемещение автомобиля на дороге. Если что-то происходит не так, как должно, система оповещает водителя, прежде чем ситуация станет критической.
Камеры ночного видения. Благодаря системам ночного видения можно сократить случаи дорожно-транспортных происшествий в ночное время суток. В настоящее время предлагается такими компаниями, как Mercedes-Benz, BMW и Audi в модели A8. Такие системы способны помочь водителю разглядеть в темное время суток пешеходов, животных или лучше видеть дорожные знаки. В BMW для этого используется инфракрасная камера, которая передает изображение на монитор в черно-белом формате. Камера различает объекты на удалении до 300 метров. Инфракрасная система Mercedes-Benz имеет более короткий диапазон, но способна выдавать более четкое изображение, однако ее минусом является плохая работа при низких температурах.
А инженеры компании Toyota последнее время трудятся над улучшением систем ночного видения, которые могут помочь водителям увереннее ориентироваться в ночное время суток. Они представили прототип камеры, работа которой основана на алгоритмах и принципах построения изображений, открытых в ходе изучения функционирования глаз ночных жуков, пчел и моли, которые могут видеть в более широком диапазоне цветов, а также приспособлены к более полному улавливанию света, которого не так уж много в ночном мраке. Новый цифровой алгоритм обработки изображения может захватывать качественные полноцветные изображения в условиях недостаточной освещенности из перемещающегося на высоких скоростях автомобиля. Плюс к этому камера способна в автоматическом режиме адаптироваться к изменениям уровня освещенности.
Так же актуальны тепловизоры – камеры ночного видения для автомобиля.
Ford представил первые в мире ремни безопасности с надувными подушками. По словам разработчиков, данная система позволит значительно увеличить защиту пассажиров задних сидений, и в первую очередь маленьких детей, которые чаще взрослых подвержены травматизму в ДТП. Встроенная в ремень подушка безопасности надувается за 40 миллисекунд.
В последнее время практически все автопроизводители, и большие и маленькие, пытаются добиться большей эффективности, или коэффициента полезного действия, от силовых агрегатов, при этом делая ставку на новые виды топлива и двигатели, пытаясь снизить расход и увеличить средний показатель пробега на одном заряде/заправке. Уже сегодня мы можем наблюдать большое количество серийно выпускаемых электрокаров, и практически каждый автопроизводитель имеет в своем портфолио гибридный автомобиль.
Беспроводная зарядка аккумуляторов. В связи с распространением автомобилей на аккумуляторных батареях остро встает вопрос об их беспроблемной, а главное, быстрой перезарядке. Конечно, можно раскрутить удлинитель со штепселем из автомобиля и подсоединить его к обычной розетке. Но это не каждому доступно. Другой вариант, который кажется не столь фантастичным, – это индукционные зарядные устройства. К тому же технология уже проходит обкатку на более мелких устройствах, таких как плееры и мобильные телефоны. Такого рода зарядные устройства можно было бы встраивать в места для паркинга в больших магазинах, например.
Активная аэродинамика. Несмотря на то что все автопроизводители давно уже используют аэродинамические трубы, и в этом аспекте есть куда стремиться. Например, компания BMW, в своем концепт каре BMW Vision Efficient Dynamics уже успешно использует системы управления воздухозаборниками. В зависимости от условий движения и температуры наружного воздуха заслонки перед радиатором по сигналу системы открываются или закрываются. Если они закрыты, это улучшает аэродинамику и сокращает время прогрева двигателя, уменьшая тем самым расход топлива. Естественно, BMW не единственная компания, использующая данную технологию.
KERS – рекуперативное торможение. Это вид электрического торможения, при котором электроэнергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, возвращается в электрическую сеть. Только в сезоне 2009 года в «Формуле-1» на некоторых болидах использовалась система рекуперации кинетической энергии (KERS). Рассчитывалось, что это подстегнёт разработки в области гибридных автомобилей и дальнейшие совершенствования данной системы.
Все сталкивались с ситуацией, когда взгляд на экран навигатора, приборную панель или экран смартфона отвлекал от управления автомобилем. А некоторые даже попадали из-за этого в аварию. Так случилось и с владельцем маркетингового агентства Виталием Пономаревым. В 2008 году он серьезно заинтересовался дополненной реальностью (augmented reality, AR) и решил уговорить серьезных инвесторов вложить в дело всего каких-то 100 млн долларов. «Я ездил по всему миру и доказывал инвестфондам, что через несколько лет AR будет везде, — смеется Виталий. — Отвлекшись на навигатор, я чуть не попал в аварию. И пазл сложился: вот она, моя дополненная реальность. Прямо здесь. На лобовом стекле».
Полтора ведра
Head-up-дисплеи в то время новинкой не были. Например, немецкая компания Continental — мировой лидер в их производстве — устанавливала HUD в автомобили BMW, Audi и Mercedes с 2003 года. Традиционные устройства отображения информации на лобовом стекле — очень сложные приборы с изогнутыми зеркалами и сферической оптикой. И что критически важно, требующие большого объема, примерно 18 л — полтора обычных ведра! А ведь разместить эти полтора ведра нужно в районе рулевого колеса — одной из самых значимых точек автомобиля. Поэтому HUD оснащаются большие дорогие авто, которые изначально спроектированы с местом под дисплей. Неудивительно, что за установку проекционного дисплея в дилерских центрах немецких автомарок с вас попросят не меньше 100 000 рублей. Ну а на обычных машинах классический HUD не увидишь.
Основатель и CEO компании WayRay, изобретатель Обучался в Российской академии народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации по специальностям «экономика», «управление инновационными проектами». В 2012 году основал проект WayRay, который за четыре года превратился в международную компанию с офисами в России, Швейцарии и США. В 2015 году вошел в топ-100 выдающихся инноваторов Швейцарии по версии газеты L’Hebdo.
Барс-монстр
Кроме габаритов и сложности конструкции, у традиционных head-up-дисплеев есть и еще один недостаток: они выдают плоскую картинку на расстоянии 20 см от лобового стекла. То есть водителю все равно приходится перефокусировать взгляд. А Виталий Пономарев решил получить изображение на расстоянии 10−20 м. По его замыслу, картинка должна стать объемной. Не стереоскопической, а настоящей, голографической. Несмотря на финансовое образование, в физике Виталий разбирался очень даже неплохо. Занимаясь поиском инвесторов, он многое узнал о новых технологиях. Интуиция подсказывала ему, в каких областях нужно искать специалистов. Как правило, у истоков подобных компаний стоят два человека: один — гуру в области маркетинга, второй — технический гений. С маркетингом все было в порядке, дело оставалось за технарем. История обретения технического директора будущей WayRay уже вошла в кейсы хедхантеров: Виталий просто запустил поиск по словам «лазеры», «микроэлектроника» и «IT» на «Хабре», культовом сайте технологических гиков habrahabr.ru. В топе ответов поисковик выдал: Михаил Сваричевский с ником BarsMonster. «Теперь этот монстр мой», — шутит Пономарев.
Между стекол
В 2012 году Виталий с Михаилом начали собирать первые гигантские прототипы на основе стандартной оптики, чтобы определить, насколько интересным будет эффект. Стало понятно, что так нужного изображения и требуемых габаритов не добиться. Пришла идея использовать плоскую линзу Френеля типа тех, которые устанавливают на задние стекла автомобилей. Эта прозрачная пленка наклеивается или вваривается между стекол триплекса и работает как часть оптической системы. Решили создать линзу Френеля для нескольких длин волн, и оказалось, что это голограмма — голографический оптический элемент (holographic optical element, HOE). Самый обширный опыт работы с голографическими материалами в России в ФИАН — Физическом институте имени П. Н. Лебедева. Именно туда отправились коллеги за новыми технологиями. Начинали с голограмм на серебре, пытаясь понять, можно ли вообще делать голографические элементы большой площади, постепенно перешли на прототипы прозрачных фотополимеров. Сделали объемную трехмерную голограмму, на которой записана дифракционная решетка — по сути, виртуальный оптический элемент, преобразователь волнового фронта, который отражал волны нужной длины, а остальные пропускал.
Идея устройства, которое проецирует навигационные сведения на лобовое стекло
автомобиля, пришла к Виталию, когда он отвлекся на навигатор и чуть не разбил машину. Концепция постепенно дополнилась подключением к интернету, технологиями социальной сети и дополненной реальности.
«Что здесь инновационного? — опережает мой вопрос Виталий Пономарев. — Голографию изобрели не мы. Фотополимеры тоже. И попытки делать HUD на голографических элементах были до нас. Но тогда не было дешевых лазеров и фотополимеров, которые подходят под наши требования: прозрачность и отсутствие host-эффектов. Мы занялись head-up-дисплеями как раз в тот момент, когда все это появилось. Наш небольшой стартап быстрее других создал средства проектирования и производства, невозможные в условиях крупной компании, и стал первым». Впрочем, неправильно считать WayRay технологическим интегратором: в компании работают физики, инженеры-механики, оптики, программисты. Даже средства проектирования они применяют нестандартные: их пришлось модифицировать, чтобы они могли считывать системы с «ненормальными» оптическими компонентами.
Alibaba и сорок разработчиков
Наша редакция вдоволь наигралась с прототипом HUD. Его размер — с небольшой чемодан — огромный прогресс: первые прототипы занимали все пассажирское сиденье справа от водителя. Штука действительно впечатляющая, фотографии и видео не передают всей полноты генерируемой дополненной реальности. Осенью выпустят и коммерческий образец голографического навигатора Navion: в комплект войдет небольшая коробочка с лазерным проектором и специальная пленка, превращающая лобовое стекло в экран. Он будет стоить около 500 долларов. А в следующем году на дорогах появится первый автомобиль со встроенным AR-решением WayRay. В начале 2016 года компания договорилась о реализации пилотного проекта с Banma Technologies — совместным предприятием Alibaba Group и крупнейшего китайского автопроизводителя SAIC Motor.
В рамках проекта будет разработана AR-инфотейнмент-система, которую внедрят в массовое производство одного из автомобилей в 2018 году. На вопрос, почему решили обратиться к китайцам, а не к европейцам, Виталий отвечает просто: китайцы готовы рисковать и очень быстро работают. И к тому же акционер Banma — интернет-гигант Alibaba Group, который в марте инвестировал в WayRay 18 млн долларов, в одночасье сделав компанию Виталия Пономарева всемирно знаменитой. «Нас не купили, нашу компанию проинвестировали, — подчеркивает Виталий. — Alibaba является миноритарным акционером. Мы сохранили контроль». Впрочем, это не первые инвестиции. Около 10 млн долларов вложили российские частные инвесторы, имен которых Пономарев не называет. Один из них профессионально разбирается в современной оптике — именно он первым поверил в перспективы технологии.
Глобальный результат
Сегодня WayRay — технологическая компания с офисами в Швейцарии, России и США. Разрабатывает навигационную систему для автомобилей, использующую принцип дополненной реальности, а также программно-технический комплекс для сбора информации о вождении и коррекции поведения водителя.
Однако автомобильные голографические навигаторы для стартапа всего лишь этап на пути к цели. «Мы хотим стать компанией номер один на рынке неносимых устройств дополненной реальности, — говорит Виталий. — Любая прозрачная поверхность может стать дисплеем для трехмерного изображения». Компания уже работает над прототипами новых устройств. Судя по всему, они будут связаны с развлечениями.
Плазменные панели и LCD-экраны давно никого не удивляют, заняв свое место в повседневной жизни. Привычной стала и появившаяся в последние годы технология создания стереоскопического изображения с использованием 3D-очков, занявшая свою нишу и активно развивающаяся. Большинство экспертов придерживаются мнения, что дальнейшим этапом развития дисплейных технологий станет появление голографического проекционного экрана, что вполне логично, поскольку современное 3D-телевидение является промежуточным этапом на пути формирования объемного изображения, поскольку трехмерное изображение на таких экранах видно только при определенном положении головы. Голографические дисплеи можно рассматривать как следующую ступень развития 3D-технологий.
Принцип 3D-технологий
В современных кинотеатрах и TV используется 3D-технология, основывающаяся на обмане человеческого зрения посредством представления глазам незначительно отличающихся друг от друга картинок, что в итоге и создает трехмерный эффект. Оптический фокус широко применяется в 3D-технике: к примеру, иллюзия глубины и объема изображения создается при помощи поляризационных очков, которые фильтруют часть изображения для левого и правого глаза.
Недостаток технологии 3D
Минусом данной технологии является то, что объемное изображение видно только под определенным углом. Несмотря на то что в продаже имеются домашние телевизоры с эффектом 3D и без очков, смотреть их зритель может, только если будет находиться точно напротив дисплея. Объемное изображение начинает пропадать при небольшом смещении вправо или влево относительно центра экрана, что является основным недостатком всех 3D-дисплеев. Решить данную проблему должны в ближайшем будущем голографические экраны.
Псевдоголографические дисплеи
На сегодняшний день большой популярностью пользуются псевдоголографические экраны, созданные на базе полупрозрачной сетки или пленки. Панели крепятся к потолку или торговой витрине. При грамотном освещении панели незаметны для человека, и если на них проецируется изображение, то создается впечатление голограммы, сквозь которую зритель может смотреть. В сравнении с и плазмой псевдоголографические экраны обладают рядом преимуществ: ярким изображением, оригинальностью, возможностью установки в любом помещении.
Проектор, который проецирует изображение, может быть скрыт от зрителя. Преимуществами подобного оборудования являются широкие углы обзора, высокая контрастность изображения и возможность создавать голографические экраны определенного размера и формы. Дисплеи на полупрозрачной пленке используются для придания необычного эффекта и шарма помещению, оформления телевизионных студий и торговых пространств. Прозрачные панели выпускаются многими компаниями и используются в рекламных и маркетинговых целях.
Экраны Sax3D
Одними из самых популярных считаются голографические экраны Sax3D от немецкой компании, созданные с использованием технологии избирательного преломления света, благодаря чему система игнорирует любой свет в помещении за исключением луча проектора. Сам дисплей выполнен из прочного прозрачного стекла, поверх которого наносится тонкая пленка, превращающая экран в голограмму и отображающая проецируемое проектором контрастное изображение. Подобный голографический экран позволяет просматривать как цифровые снимки, так и видеоролики. По аналогичному принципу работают дисплеи Transscreen, созданные из полиэфирной пленки со специальными слоями, задерживающими идущий со стороны проектора свет.
Голографические телевизоры
Обывателей в большей степени интересуют не специализированные экраны, а решения, которые могут быть использованы в планшетных компьютерах, телевизорах и смартфонах с голографическим экраном. Стоит отметить, что в данной области за последние годы появилось большое количество оригинальных решений, несмотря на то что основная часть из них работает на усовершенствованном эффекте 3D.
Компания InnoVision на выставке CES 2011 представила публике прототип телевизора с голографическим экраном под названием HoloAd Diamond. При создании TV используется призма, преломляющая идущий от нескольких проекторов свет и создающая полноценную голограмму, которую зритель может рассматривать под разными углами. Посетители выставки и журналисты во время демонстрации смогли убедиться в том, что подобная голограмма значительно превосходит изображения, создаваемые классическими 3D-устройствами, по насыщенности и глубине цветов.
Телевизор HoloAd может воспроизводить изображения, фотографии и видеоролики в формате FLV в виде голограммы. На выставке компания представила две модели TV, основанные на аналогичном принципе: разрешение первой составляет 1280х1024 точки, вес - 95 килограмм, разрешение второй - 640х480 точек. Несмотря на то что телевизоры довольно габаритные, пользоваться ими удобно и комфортно.
Разработка технологии
Специалисты лаборатории HP, расположенной в Пало-Альто, предприняли попытки устранить извечную проблему экранов с 3D-эффектом. Для воспроизведения объемного изображения, видимого с любой точки обзора, исследователями было предложено показывать изображение с разных сторон, посылая для каждого глаза зрителя отдельную картинку. Подобная технология подразумевает использование системы с лазерными установками и вращающимися зеркалами, однако калифорнийские ученые прибегли к комплектующим обычной жидкокристаллической панели, нанеся на внутреннюю поверхность стекла экрана большое количество канавок круглой формы. В результате это позволило преломить свет таким образом, чтобы создать перед зрителем трехмерную голограмму. Экран, созданный специалистами HP, демонстрирует зрителям статическое трехмерное изображение, проецируемое с двухсот точек, а динамичную картинку - с шестидесяти четырех.
Телефон с голографическим экраном
Сравнительно недавно наконец-то состоялось ожидаемое многими событие - был официально представлен смартфон с голографическим дисплеем. Используемая в телефоне Red Hydrogen One технология отображения отличается дороговизной, однако в ближайшем будущем будет использоваться на многих мобильных устройствах.
Компания Red в основном специализируется на производстве профессиональных цифровых кинокамер, однако теперь она обратила внимание на новую отрасль, разработав и представив смартфон с голографическим экраном Red Hydrogen One.
Дисплей телефона
Специалисты компании Red заявили, что экран, установленный на смартфон, представляет собой водородный голографический дисплей, позволяющий мгновенно переключаться между 2D-контентом, 3D-контентом и голографическим содержимым приложения Red Hydrogen 4-View. Несмотря на то что точных сведений о принципе данной технологии так и не было опубликовано, смартфон позволяет просматривать все голограммы без использования специальных очков или дополнительных аксессуаров.
Демонстрация смартфона Red с голографическим экраном прошла в июне 2017 года, однако никаких подробностей производителем до сих пор не было разглашено. Впрочем, есть несколько счастливчиков-блогеров, которым удалось подержать в руках два прототипа смартфона: один - нефункциональный макет, демонстрирующий отделку и внешний вид телефона, второй - рабочий аппарат, который компания все еще держит в секрете.
Настало время выяснить какую электронику стоит ждать в автомобилях уже в ближайшем будущем. Давайте постараемся представить, какие еще гаджеты и технологии, возможно, станут такими же привычными как автомагнитолы или видеорегистраторы.
Беспроводные сети в автомобиле
Производители полупроводниковых решений для связи уже выпускают специальные версии чипов для автомобилей предназначенные для автомобильных информационно-развлекательных систем. В зависимости от необходимости, используя связку Wi-Fi+Bluetooth, медиацентр автомобиля может связываться с носимой электроникой владельца (ведь мы говорим о будущем, где вариантов носимой электроники может быть даже больше чем современные умные часы) и в зависимости от полученной информации разблокировать автомобиль или предупреждать об опасности.
Еще более интересным применением различных комбинаций беспроводных сетей должны будут стать системы наподобие V2X - предусматривающие обмен данными между автомобилем и окружающей инфраструктурой. Vehicular communication systems - автомобильные системы связи, предусматривающие обмен информацией между автомобилями (данные про ДТП, дорожную ситуацию, пробки и т.п.), предусматривающие возможность более эффективно управлять дорожной ситуацией в целом, посредством предоставления информации всем участникам. Существует уже несколько вариантов реализации подобных сетей связи малого радиуса действия (DRSC). Технически, работать они должны в частотном диапазоне 5.9 ГГц (5.85-5.925 ГГц), с примерным радиусом действия до 1000 метров. Стандарт этот получил название IEEE 802.11p (WAVE), и был утвержден в 2010 году.
В 1999 году, эта частота в США была закреплена для создания интеллектуальной транспортной системы (ИТС). ИТС будущего можно рассматривать как систему, в которой применяются информационные и коммуникационные технологии в сфере автотранспорта (включая инфраструктуру, транспортные средства, участников системы, а также дорожно-транспортное регулирование), и имеющую наряду с этим возможность взаимодействия с другими видами транспорта. Для работы подобных систем могут использоваться также и традиционные технологии WiMAX, GSM, 3G или 4G/5G. Рассматривая ныне существующие варианты решений для беспроводных сетей в авто, можно с уверенностью предположить что связь или «подключенность» автомобиля к глобальной сети, в том или ином виде фактически неизбежно.
Мобильные операционные системы для авто
Современных автомобилистов уже не удивить медиацентром, работающим под управлением Android OS. Чаще всего встретить Android можно на головном устройстве автомобиля (в случае если вы используете современный видеорегистратор, то Android можно обнаружить даже… в зеркале заднего вида CANSONIC SKY).
Однако на самом деле, планы компаний простираются гораздо дальше и примером таких решений будущего можно назвать Android Auto, представленную корпорацией Google в 2014 году. При поддержке двадцати восьми производителей автомобилей и компании Nvidia, оптимизированная для автомобилей «мобильная» операционная система борется за право произвести революцию среди «зоопарка» разнообразных проприетарных операционных систем в медиацентрах. Где-то мы это уже видели, не так ли? Подобно тому, как Android на смартфонах со временем потеснил собственные операционные системы различных производителей, можно делать ставку на повторение этого сценария на автомобилях. В текущем виде система уже обладает неплохой функциональностью - поддерживает GPS навигацию, проигрывание музыки, SMS, телефонию, веб-поиск, сенсорные экраны и возможность управления аппаратными переключателями и кнопками, вместе с голосовым управлением. На данный момент Android Auto делает ставку на наличие (и подключение к автомобилю) основного Android-устройства водителя, выступая скорее интерфейсом для удобной интеграции привычных функций смартфона в авто. Такой подход имеет свои преимущества - учитывая скорость обновления и возрастающую мощность современных мобильных платформ, отсутствие собственной встроенной (а значит и заведомо устаревающей с каждым годом) электроники даст возможность получения новых функций просто методом подключения нового смартфона. Автомобиль выступает в роли «обычной» док-станции - возможно сейчас это звучит странно, но в будущем такой сценарий вовсе не исключен.
Беспилотные автомобили и электромобили
Конечно, какое же будущее без самоуправляемых автомобилей! Однако почти всех, кто представляет себе самоуправляемые автомобили серьезно отличающимися от классических автомобилей с ручным управлением, ожидает небольшое разочарование. Единственным современным концептом автомобиля «без руля и педалей» стали самоуправляемые автомобили от Google. Большинство же самоуправляемых концептов (в том числе те, которые получили право на движение на дорогах общего пользования в некоторых штатах США) предполагают возможность возвращения к ручному управлению в любой момент. Таким образом, для водителя и пассажиров использование самоуправления не приносит внешних серьезных изменений в интерьер автомобиля. Современные самоуправляемые автомобили достигают значительных успехов, так например в этом году самоуправляемый автомобиль сумел обогнать водителя-гонщика, правда, преимущество было очень небольшим - всего 0,4 секунды.
Подобная ситуация повторяется и для электромобилей и гибридов. Если не учитывать стоящую особняком компанию Tesla, автопроизводители всячески стремятся унифицировать опыт использования электромобилей, гибридов и автомобилей с ДВС. Так что во множестве случаев отличить электромобиль от обычного авто (кроме звука мотора) можно разве что по дополнительным индикаторам заряда на приборной панели и наличию гнезда зарядки вместо горловины бензобака.
Голографические HUD дисплеи
Еще в 2006 году компания Light Blue Optics Ltd заявила о приобретении лицензии на производство полноцветных голографических лазерных проекторов. Сама технология была изобретена Эдвардом Бакли и Адрианом Кэйблом в 2003 году в университете города Кембридж. Начиная с 2009 года эту систему начали адаптировать для использования в дисплеях, не требующих отвлечения внимания водителя от дороги (head-up display, HUD). Вариантов проецирования изображения на лобовое стекло автомобиля нашлось множество - это и полноцветные лазерные голограммы и существенно более простые решения (отражение зеркального изображения яркого монохромного дисплея от стекла). Пока что автопроизводители не спешат оснащать все новые модели HUD дисплеями, но такие примеры есть - в 2014 такую систему получил Range Rover Evoque, а компания Ford делает ставку на систему MISHOR 3D, с подобными функциями. HUD дисплеи надежно завоевали лобовые стекла самолетов (в первую очередь военных), но в автомобилях будущего (особенно самоуправляемых) такая система вывода информации будет смотреться более чем уместно.
Дополненная реальность в автомобилях
Зачем ограничивать область возможного проецирования лобовым стеклом? Примерно такими рассуждениями руководствовались авторы современных концептов систем дополненной реальности. Это и система «прозрачный капот» в автомобилях Land Rover (система позволяет водителю видеть поверхность дороги, которая в обычных условиях скрыта, реализуется при помощи камер и проекторов внутри салона автомобиля) и концепт виртуального экрана с «подсказками» касательно необходимой траектории движения (точно как в серии игр NFS Shift).
Более экстравагантным решением является концепт полностью прозрачного автомобиля японского университета Кэйо. В нем заднее сиденье автомобиля становится прозрачным, чтобы не преграждать водителю обзор при езде задним ходом. Сзади автомобиля находится проектор, который проецирует изображение на отражающий экран, расположенный между двумя передними сиденьями и чуть позади них.
Когда водитель оборачивается назад через плечо, он видит практически настоящий вид сзади от машины, но только через дополненную реальность. Концепт, безусловно интересный, но явно не учитывающий наличия пассажиров в салоне автомобиля. Скорее всего, подобные системы все же завоюют автомобили будущего, в том или ином виде проецируя изображение в виде дополненной реальности.
Альтернативные способы управления
Кроме голосового управления или ввода желаемого маршрута через сенсорный экран (в гипотетическом самоуправляемом автомобиле будущего) автопроизводители экспериментируют и с более экзотическими способами управления - в том числе с управлением жестами. Еще в 2012 году Mercedes-Benz, представлял концепт салона под названием DICE (Dynamic & Intuitive Control Experience).
Вместо лобового стекла предлагалось использовать дисплей, а при помощи датчиков отслеживать положение руки водителя или переднего пассажира в пространстве и следить за её движениями для регулирования и настройки функций авто. Даже с экранами сверхвысокого разрешения, вряд ли водители в скором времени согласятся использовать их вместо лобового стекла. Систему управления жестами в том же году демонстрировала и Audi, но там она использовалась для смены режимов HUD дисплея. Так что кроме датчиков, следящих за пристегнутым ремнем безопасности или наличием пассажиров в салоне, в салоне будущего можно ожидать наличие куда большего количество разнообразных «следящих систем», наподобие Leap Motion.
Социальные сети будущего и автомобили
Уже сегодня социальные сети и сервисы «для автомобилистов» способны существенно влиять на дорожную ситуацию. Примеров тому множество - на такие приложения как Waze (краудсорсинговый проект на основе пользовательских данных, с помощью которого участники проекта узнают о возникновении проблем на дорогах) обращает внимание даже полиция, выступая как с критикой, так и с одобрением. Возможность уведомлений о местонахождении патрулей вызвала беспокойство правоохранительных органов за безопасность сотрудников полиции. Примеры социального взаимодействий на уровне «автомобиль-автомобиль» или «автомобиль-инфраструктура» могут приобретать разные формы - это и программы лояльности от заправок, бесплатные электрозаправки для электромобилей, оптимизация паркомест в городе в зависимости от заполненности, системы вызова такси без диспетчера, «гэймификация» и «достижения» (к примеру начисление баллов за безопасную езду) при использовании автомобиля. Большинство этих функций не вызывают удивления сами по себе, но они несомненно будут развиваться в будущих автомобилях.
Послесловие
Конечно, угадать какими будут автомобили или их электроника через несколько десятков лет с большой достоверностью почти не представляется возможным. Очевидно что автоэлектронику ожидает качественный скачок, ведь с каждым годом концепты на автовыставках начинают напоминать настоящие «автомобили из будущего», которые мы представляли лишь в фантастических произведениях. Осталось лишь немного подождать и мы увидим какие еще технологии будущего покажутся нам такими же привычными, как автомагнитола или видеорегистратор.
