Je kunt nu echte 3D-hologrammen met je blote handen vastpakken

Een team van de Public University of Navarra (UPNA), onder leiding van Dr. Elodie Bouzbib en met medeauteurs Iosune Sarasate, Unai Fernández, Manuel López-Amo, Iván Fernández, Iñigo Ezcurdia en Asier Marzo (de laatstgenoemden verbonden aan het Institute of Smart Cities), heeft een systeem getoond waarin driedimensionale beelden in de lucht zweven die mensen met hun handen kunnen manipuleren. Het systeem toont echte 3D-graphics zonder headsets en ondersteunt directe, aanraking-achtige invoer binnen het zichtbare volume.

Wat is hier nieuw?

In films noemen we vaak “hologrammen”, maar wat de onderzoekers maken valt onder volumetrische displays: beelden die in de lucht lijken te zweven en van verschillende hoeken bekeken kunnen worden zonder dat je een VR-bril hoeft te dragen. Bouzbib, eerste auteur van het werk, benadrukt het “come-and-interact”-principe: gebruikers hoeven alleen maar naar het apparaat toe te lopen en kunnen direct beginnen met interactie, net zoals je bij een touchscreen je vinger op het scherm zet.

Volgens het team bestaan commerciële prototypes van volumetrische schermen al (bijvoorbeeld van bedrijven als Voxon Photonics), maar die toestellen laten doorgaans geen directe aanraking toe — je kijkt, maar je kunt niet je hand ín het beeld steken en objecten vastpakken. FlexiVol verandert dat: je kunt je hand in het beeld steken en virtuele objecten grijpen en verplaatsen.

Hoe werkt het

• Volumetrische displays bouwen een 3D-beeld op uit meerdere horizontale “slices”. Dat gebeurt met een snel bewegend vel – de diffuser – waarop vanuit een projector zeer snel opeenvolgende beelden worden geprojecteerd.

• In dit werk stuurt de projector 2880 beelden per seconde, netjes gesynchroniseerd met de beweging van het diffuser-vel. Door het nabeeldeffect (persistence of vision) smelten die afzonderlijke plakjes samen tot één volledig 3D-volume dat je van meerdere kanten kunt zien.

• Het probleem: de meeste diffusers zijn stijf en breekbaar. Als iemand met de hand het bewegende vel raakt, kan dat het oppervlak beschadigen of tot verwondingen leiden.

De sleuteloplossing: elastische diffusers (FlexiVol)

FlexiVol gebruikt elastische diffusers — flexibele materialen waarin je veilig kunt duwen zodat je echt “in” het volumetrische beeld kunt reiken. Omdat zulke materialen vervormen wanneer je ze indrukt, ontstaan er optische vervormingen. De onderzoekers onderzochten verschillende materialen op visuele en mechanische eigenschappen en ontwikkelden algoritmes die de geprojecteerde beelden realtime corrigeren zodat de volumetrische weergave er nog steeds juist uitziet, ook als het diffuser-oppervlak buigt.

Kort: de combinatie van een hoge framerate, een bewegend diffuser-vel en live beeldcorrectie maakt het mogelijk om zowel veilige fysieke interactie als correcte 3D-visualisatie te combineren.

Interactie en gebruikservaring

De auteurs beschrijven een ontwerpruimte voor FlexiVol: verschillende directe interactietechnieken en gebaren waarmee gebruikers objecten in het volume kunnen selecteren, verplaatsen of bewerken. In een gebruikerstudie bleek dat taken zoals selecteren, docken (objecten op hun plek zetten) en traceren (een pad aftekenen) sneller en nauwkeuriger uitgevoerd konden worden met directe handinteractie dan met een indirecte besturing via een 3D-muis.

Voorbeelden van natuurlijke, intuïtieve acties die de onderzoekers noemen:

• Een kubus tussen duim en wijsvinger klemmen om hem te verplaatsen en te roteren (pinch-grasp).

• Met twee vingers “lopen” over een oppervlak om stapbewegingen te simuleren.

Het team bouwde ook demonstratie-apps om te laten zien wat FlexiVol kan ontsluiten, zoals een virtueel huisdier dat je kunt aanraken en verzorgen, en een landschapsexpeditie-app waarmee je elementen kunt verplaatsen of manipuleren.

Toepassingsmogelijkheden

De technologie heeft potentie in meerdere domeinen:

• Onderwijs — onderdelen van een motor ruimtelijk visualiseren en fysiek samenstellen.

• Musea en publieke presentaties — bezoekers hoeven geen brillen: meerdere mensen kunnen tegelijk van verschillende kanten kijken en samenwerken.

• Samenwerking en prototyping — meerdere gebruikers rond één volumetrisch object zonder headsets.
  De onderzoekers wijzen erop dat directe handinteractie 3D-visie en motorische vaardigheden van mensen benut, wat veel taken intuïtiever maakt dan werken mét een indirecte controller.

Veiligheid en techniek

De overgang van een stijf naar een elastisch diffuser is cruciaal voor veiligheid: elastische materialen verminderen de kans op breuk of verwonding wanneer een gebruiker het scherm aanraakt. Tegelijk vereist die keuze robuuste optische en rekenkundige correctie omdat het oppervlak continu van vorm verandert. FlexiVol corrigeert die vervormingen “on the fly” zodat de volumetrische weergave consistent blijft.

Samenvatting

FlexiVol laat zien dat het technisch mogelijk en praktisch bruikbaar is om echte, draagloze 3D-beelden te combineren met directe, aanraking-achtige interactie door gebruik van elastische diffusers en realtime beeldcorrectie. De benadering maakt volumetrische displays veiliger en interactiever, en opent nieuwe mogelijkheden voor onderwijs, samenwerking en publieksinteractie zonder dat gebruikers headsets hoeven te dragen. De gepresenteerde gebruikerstest toont bovendien dat directe handinteractie in veel gevallen sneller en nauwkeuriger is dan werken met een 3D-muis — precies wat je zou verwachten bij een “come-and-interact”-ervaring.

Door: Drifter