المبدأ الأساسي للتصوير المجسم الحسابي هو استخدام الكمبيوتر لحل طور أو سعة الضوء، وإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد رقمية، ثم تعديل طور أو سعة الضوء من خلال المغيرات البصرية مثل مُعدِّل الضوء المكاني (SLM)، وأخيرًا استخدام الضوء المتماسك لإشعاع SLM. يتم إنشاء حقل ضوئي منعش لتكوين صورة ديناميكية ثلاثية الأبعاد.
يختلف التصوير المجسم الحسابي عن توليد الهولوغرام التقليدي، ولا يتطلب شعاعين من الضوء ليكونا متماسكين ماديًا، وبالتالي تبسيط عملية توليد الهولوغرام. ومع ذلك، لا يزال توليد الصور المجسمة الحسابية عالية الدقة يواجه العديد من التحديات، مثل الكم الكبير من العمليات الحسابية، ومتطلبات الطاقة الحاسوبية العالية، وقيود الدقة والحجم لمعدِّلات الضوء المكانية.
ثانيا، التكنولوجيا الرئيسية للتصوير المجسم الحسابي
خوارزمية تحسين الهولوغرام
يعتمد توليد الصور المجسمة الحسابية عالية الدقة على خوارزميات التحسين. نظرًا لأن تحسين الهولوغرام هو في الأساس مشكلة عكسية غير مشروطة، فعادةً ما يتم حلها بمساعدة خوارزميات التحسين غير المحدبة. سيؤثر تحديد وإعداد المعلمات لخوارزمية التحسين بشكل مباشر على الجودة والكفاءة الحسابية لتوليد الهولوغرام.
تتضمن أطر التحسين الشائعة طريقة الإسقاط البديلة وطريقة النسب المتدرجة. تجد طريقة الإسقاط البديل الحل الأمثل الذي يلبي قيود مجموعتين مغلقتين عن طريق الإسقاط البديل بين مجموعتين مغلقتين. تحدد طريقة النزول المتدرج اتجاه انخفاض دالة الخسارة من خلال حساب التدرج، وذلك للعثور على الحل الأمثل الذي يلبي شروط القيد.
المغير الضوء المكاني
يعد مُعدِّل الضوء المكاني جهازًا رئيسيًا في التصوير المجسم الحسابي، والذي يمكنه تحويل الصور المجسمة الرقمية إلى تعديل مجال الضوء. حاليًا، تعتمد معظم أنظمة التصوير المجسم الحسابية على أجهزة العرض مثل SLM أو جهاز المرآة الدقيقة الرقمية (DMD). ومع ذلك، فإن هذه الأجهزة لها قيود متأصلة في أداء العرض، مثل زاوية مجال الرؤية الصغيرة جدًا والحيود متعدد الترتيب.
ولمعالجة هذه المشكلات، يقوم الباحثون باستكشاف التصوير المجسم القائم على الأسطح الخارقة. يمكن لـ Metasurface إدخال طفرات في الخصائص الأساسية للموجة الكهرومغناطيسية، مثل السعة والطور، وتحقيق العديد من تأثيرات التعديل التي يصعب تحقيقها في أجهزة التعديل التقليدية. حققت التصوير المجسم القائم على Metasurface تقدمًا كبيرًا في مجال الرؤية الكبير، والتصوير الخالي من الألوان، وعرض الألوان، وتوسيع سعة المعلومات، وتعدد الإرسال متعدد الأبعاد، وما إلى ذلك.
يعد العرض المجسم الديناميكي مجالًا مهمًا لتطبيق التصوير المجسم الحسابي. غالبًا ما يعاني نظام العرض المجسم التقليدي من مشاكل الحساب الكبير وانخفاض معدل إطارات العرض، مما يحد من تطبيقه في العرض المتقدم مثل التفاعل المتقدم بين الإنسان والحاسوب. من أجل تحقيق عرض ثلاثي الأبعاد ديناميكي بطلاقة عالية، يستكشف الباحثون طرقًا فعالة لتوليد الهولوغرام الحسابي وتقنيات العرض.
على سبيل المثال، اقترح فريق من مركز ووهان الوطني لأبحاث الإلكترونيات الضوئية بجامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا تقنية التصوير المجسم الديناميكي للسطح الفائق (Bit-MH) ذات معدلات حسابية ومعدلات عرض عالية. تحقق هذه التقنية تحديثًا ديناميكيًا فعالاً وتفاعلًا في الوقت الفعلي من خلال تقسيم وظيفة العرض للسطح العلوي إلى مناطق مكانية مختلفة (أي القنوات المكانية)، وإسقاط نمط ثلاثي الأبعاد فرعي مُعاد بناؤه في كل قناة.
تتمتع التصوير المجسم الحسابي بإمكانية تطبيق واسعة في مجال العرض ثلاثي الأبعاد. باستخدام الصور المجسمة المولدة بالكمبيوتر، يمكن تحقيق تعديل واجهة الموجة عالي الدقة لإنشاء مشاهد ثلاثية الأبعاد مع إحساس مستمر بالعمق. ولا يمكن استخدام هذه التقنية في مجال الترفيه والألعاب فحسب، بل أيضًا في مجالات التعليم والتدريب والمجالات الطبية وغيرها لتوفير تجربة بصرية ثلاثية الأبعاد أكثر واقعية وبديهية.
تخزين ومعالجة المعلومات البصرية
يمكن أيضًا استخدام التصوير المجسم الحسابي لتخزين المعلومات البصرية ومعالجتها. ومن خلال توليد الصور المجسمة الرقمية، يمكن تخزين المعلومات في الوسط على شكل مجال ضوئي لتحقيق كثافة عالية وسرعة عالية في تخزين وقراءة المعلومات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام التصوير المجسم الحسابي في مجالات مثل التشفير البصري ومكافحة التزييف لتحسين أمان وموثوقية المعلومات.
الواقع المعزز والواقع الافتراضي
لدى التصوير المجسم الحسابي أيضًا تطبيقات محتملة في مجال الواقع المعزز (AR) والواقع الافتراضي (VR). ومن خلال توليد صور ثلاثية الأبعاد واقعية، يمكن تحقيق التفاعل الطبيعي والتجارب الغامرة في أنظمة الواقع المعزز والواقع الافتراضي. على سبيل المثال، في أنظمة الواقع المعزز، تسمح تقنية التصوير المجسم الحسابي للمستخدمين بالتركيز بشكل طبيعي على المحتوى المعروض عبر أعماق متعددة للمستوى، وحل مشكلة تعديل تعارض التقارب البصري (VAC)، وتحسين راحة المستخدم.
التصنيع بالليزر وتصميم الأسطح المعدنية
التصوير المجسم الحسابييمكن استخدامه أيضًا في مجالات مثل المعالجة بالليزر وتصميم الأسطح المعدنية. من خلال توليد صور ثلاثية الأبعاد عالية الدقة، يمكن تحقيق التحكم الدقيق في شعاع الليزر، ويمكن تحقيق معالجة الليزر عالية الدقة وتصنيع النانو الصغير. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أيضًا استخدام التصوير المجسم الحسابي لتصميم الأسطح الفوقية وتحسينها لتحقيق تأثيرات تعديل الموجات الكهرومغناطيسية الأكثر تعقيدًا وكفاءة.
رابعا، اتجاه التنمية والتحدي المتمثل في التصوير المجسم الحسابي
مع التطور المستمر لتكنولوجيا الكمبيوتر والابتكار المستمر للأجهزة البصرية، تحقق تكنولوجيا التصوير المجسم الحسابي باستمرار تقدمًا واختراقات جديدة. ومع ذلك، لا تزال الصور المجسمة الحسابية تواجه العديد من التحديات والمشاكل، مثل كمية العمليات الحسابية الكبيرة، ومتطلبات الطاقة الحاسوبية العالية، والدقة والحد من حجم مُعدِّل الضوء المكاني. لحل هذه المشكلات، يستكشف الباحثون خوارزميات وتقنيات جديدة، مثل أساليب إنشاء الصور المجسمة القائمة على التعلم العميق، والتصوير المجسم القائم على الأسطح الفائقة، وما إلى ذلك.
وفي المستقبل، من المتوقع أن يتم تطبيق تكنولوجيا التصوير المجسم الحاسوبية وتعميمها في المزيد من المجالات. على سبيل المثال، في نظام عرض HUD للمركبة، يمكن للتكنولوجيا الثلاثية الأبعاد الحسابية تحقيق ملاحة ثلاثية الأبعاد وعرض معلومات أكثر واقعية وبديهية؛ في المجال الطبي، يمكن استخدام تقنية التصوير المجسم الحسابية في مجالات مثل الملاحة الجراحية والتطبيب عن بعد لتحسين المستوى والكفاءة الطبية.
باختصار،التصوير المجسم الحسابيباعتبارها تقنية ذات إمكانات تحويلية، تعمل باستمرار على تعزيز تطوير علم البصريات وعلوم المعلومات. مع التقدم التكنولوجي المستمر والتوسع المستمر في مجالات التطبيق، من المتوقع أن يحقق التصوير المجسم الحسابي اختراقات وابتكارات في المزيد من المجالات، مما يجلب المزيد من الراحة والمفاجآت للبشرية.
We use cookies to offer you a better browsing experience, analyze site traffic and personalize content. By using this site, you agree to our use of cookies.
Privacy Policy
