Hologramas: imagens 3D realísticas estão chegando aos computadores

Cientistas da Cingapura criaram uma técnica que viabiliza tecnicamente a computação em alta velocidade de hologramas com percepção de profundidade realística.

3D de verdade

Apesar da explosão recente da popularidade das projeções 3D, tanto no cinema, quanto nas TVs domésticas, o funcionamento desses sistemas de imagens tridimensionais é baseado na estereoscopia.

Isto significa que, por muito que a qualidade impressione, a percepção de profundidade dos sistemas estereoscópicos é limitada.

Para criar imagens verdadeiramente 3D, a solução é a holografia. Além de realísticos, os hologramas dispensam o uso de óculos especiais.

Algoritmo para hologramas

Até agora, o uso de hologramas gerados online tem sido inviabilizado pelo seu elevado consumo de recursos computacionais.

"A holografia computadorizada tem a capacidade para apresentar todos os traços de profundidade das cenas 3D e poderá ser aplicada não apenas para o entretenimento, mas também para a visualização científica e para as imagens médicas," explica o Dr. Yuechao Pan, do Instituto A*STAR.

Pan e seus colegas agora desenvolveram uma nova classe de algoritmos que acelera em várias ordens de grandeza o cálculo dos hologramas, permitindo que eles rodem até mesmo em um computador pessoal.

Renderização do holograma

A geração dos hologramas é intensiva em recursos computacionais porque exige o cálculo da propagação de um grande número de raios de luz.

Para fazer isso de forma mais rápida, os algoritmos usam tabelas de consulta com valores pré-computados, que são utilizados muitas vezes durante a renderização do holograma. Isto evita que os cálculos tenham que ser repetidos inúmeras vezes.

O algoritmo desenvolvido por Pan e seus colegas simplifica os cálculos ao utilizar uma enorme tabela de consulta tridimensional.

Eles projetaram o algoritmo para dividir esta tabela em duas tabelas bidimensionais com dois planos no espaço, um na direção x-z e outro na direção y-z.

Depois de completar separadamente os cálculos computacionais para cada plano, os valores do plano x-z são integrados com os valores do plano y-z.

Placas gráficas

Em comparação com os algoritmos de cálculo de hologramas existentes até agora, esse processo reduz o volume de cálculos pela metade - e o tempo de processamento em mais de 100 vezes.

Isto torna o programa eficiente o bastante para permitir que um computador pessoal comum gere hologramas realísticos.

Em vez de recair unicamente sobre o processador principal do computador, os cálculos são feitos em paralelo pelos processadores de três placas gráficas, que são mais eficientes na execução dos cálculos de renderização, que são a parte principal da construção do algoritmo.

Holografia por computador

O tempo de computação de um holograma, usando o novo algoritmo, é agora de menos de meio segundo - o que anteriormente levava aproximadamente 50 segundos.

Isto coloca a computação de um holograma muito perto de uma operação em tempo real.

Segundo os pesquisadores, com novas otimizações que eles já estão desenvolvendo, assim como com o lançamento contínuo de placas gráficas mais rápidas, "a holografia 3D interativa e em tempo real, gerada por computador, será uma realidade no futuro próximo."

Bibliografia:
Fast CGH computation using S-LUT on GPU
Yuechao Pan, Xuewu Xu, Sanjeev Solanki, Xinan Liang, Ridwan Bin Adrian Tanjung, Chiwei Tan, Tow-Chong Chong
Optics Express
Vol.: 17, 21, pp. 18543-18555
DOI: 10.1364/OE.17.018543