Картины объемные из бисера: Объемная картина из бисера. Мастер – класс.. Обсуждение на LiveInternet — Российский Сервис Онлайн-Дневников

практические советы по созданию шедевров

Поразительно красивая объемная вышивка картины набрала популярности среди рукодельниц не так давно. Однако эти удивительные элементы декора настолько гармонично дополняют интерьер, что всё больше мастериц желают научиться их создавать. Основное отличие этого вида рукоделия в том, что схема объемных картин требует особенной выразительности для некоторых фрагментов.

Отдавайте предпочтение качественным заготовкам для вышивок, они экономят время и нервы. Например, желая изготовить традиционные или объемные легкие картины из бисера, рассмотрите предложения бренда «Лансвит». Очень много достойных вариантов предлагает и производитель Миледи.

Этот способ декорирования полотен делает произведения невероятно эффектными. Для его применения нужно выбирать качественные материалы и надежные инструменты. Приблизительный перечень комплектующих:

– схема, распечатанная на бумаге или нанесенная на ткань с условными обозначениями;

– бисеринки, отобранные по оттенкам, которые обозначены на схеме;

– мононить либо любая другая прочная нитка;

– несколько иголок для крепления бисерин.

Для хорошего результата нужно подобрать качественную ткань. Мастера советуют отдавать предпочтение льняным, хлопковым, шелковым или атласным материалам. А полотно с заметным переплетением волокон не очень подходит. Если на такой основе изготавливается объемная вышивка картины, она располагается недостаточно ровно.

Специфика техники выполнения объемной вышивки картины

Начало творческой работы по изготовлению эксклюзивного произведения – это правильный подбор бисерин. Схема объемных картин внимательно рассматривается, на эскизе определяются фрагменты для выделения. Остальные компоненты рисунка выполняют бисеринами, что немного больше обычных.

В качестве примера можно разобрать процесс создания милой детской картинки, изображающей зайчика на цветущей поляне. Оригинальности рисунку придаст выделение носа зайки, нежно-голубых цветочков и тычинок растений. Расшивать объемные легкие картины из бисера чаще всего начинают снизу, с левого уголка. Передвигаясь по схеме, вышивку делают до того участка, который решено выделять объемностью.

В изображении для примера объемной будет серединка цветка. Чтобы это выполнить, нужно взять желтые бусинки нескольких оттенков. Их нанизывают, применяя игольчатую технику (столбики из бисерин крепят перпендикулярно тканевой основе). Высота каждого такого элемента определяется количеством бисеринок, которые надевают на иголку. Так, на детской картинке, что рассмотрена в качестве образца, используют по три бисеринки. Можно сделать несколько столбиков из пяти бусинок, тогда рисунок будет иметь более эффектный вид.

Миниатюрные нежно-голубые цветочки можно выделить узелковым методом, который вполне уместен, когда создается объемная вышивка картины. С этой целью на иголку набирают три бусины. А пришить их нужно так, словно это одна бисерина.

Когда берется в работу схема объемных картин, как указанная в примере, то носик зайчика вышивают аналогичным (узелковым) способом. Такая же техника применяется и для остальных деталей изображения – выделения цветочков и их тычинок. Листочки вышивают бисеринами зеленых оттенков, используя для их крепления «монастырский» шов. В пространстве между ними виднеется светло-синий фон. Такая небесная синева подчеркивает сочную зелень крон.

Когда вышиты объемные легкие картины из бисера, можно их бережно постирать. После этого полотно готово для красивого обрамления. Работа выглядит волшебно!

Объемные картины из бисера в Пензе: 595-товаров: бесплатная доставка, скидка-56% [перейти]

Партнерская программаПомощь

Пенза

Каталог

Каталог Товаров

Одежда и обувь

Одежда и обувь

Стройматериалы

Стройматериалы

Текстиль и кожа

Текстиль и кожа

Здоровье и красота

Здоровье и красота

Детские товары

Детские товары

Продукты и напитки

Продукты и напитки

Электротехника

Электротехника

Дом и сад

Дом и сад

Мебель и интерьер

Мебель и интерьер

Сельское хозяйство

Сельское хозяйство

Торговля и склад

Торговля и склад

Все категории

ВходИзбранное

Объемные картины из бисера

11 880

Объемная картина из янтаря «Французский замок»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

17 820

Объемная картина из янтаря «Замок в Чехословакии»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

Папертоль «Лягушонок Квакита» 10*13см. » — РТ150329, Магия Хобби. Набор карт для творчества, 3Д картина, для домашнего декора минимальный возраст: 8 лет, длина: 13 см, ширина: 10 см

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

11 880

Объемная картина из янтаря «Кëнигсберг»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

11 880

Объемная картина из янтаря «Кёнигсберг»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

51 480

Объемная картина из янтаря «Венеция»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

10 890

Объемная картина из янтаря «Лось на водопое»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

21 600

Объемная картина из янтаря «Куршский морской прибой»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

Папертоль «Лягушонок и муха» 10*12см. » — РТ150327, Магия Хобби. Набор карт для творчества, 3Д картина, для домашнего декора минимальный возраст: 8 лет, длина: 12 см, ширина: 10 см

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

10 890

Объемная картина из янтаря «Домик шкипера»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

29 700

Объемная картина из янтаря «Альпийский замок»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

22 100

Картина объемная «Химия» Тип подарка: интерьерные, необычные, ручные

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

79 200

Объемная картина из янтаря «Роза»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

Папертоль «Лягушонок» 10*12см.» — РТ150326, Магия Хобби. Набор карт для творчества, 3Д картина, для домашнего декора минимальный возраст: 8 лет, длина: 12 см, ширина: 10 см

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

29 100

Картина объемная «Стоматология»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

14 850

Объемная картина из янтаря «Букет. Лотосы»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

49 005

Объемная картина из янтаря «Чайная роза»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

36 000

Объемная картина из янтаря «Куршская коса»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

10 080

Объемная картина из янтаря «Цветы»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

13 500

Объемная картина из янтаря «Французский замок»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

21 600

Объемная картина из янтаря «Осенняя сказка»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

11 880

Объемная картина из янтаря «Кафедральный собор»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

34 200

Объемная картина из янтаря «Ночная тропинка»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

21 600

Объемная картина из янтаря «По дороге в лес «

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

21 600

Объемная картина из янтаря «Куршский залив»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

Объемная картина из янтаря «Цветы»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

37 125

Объемная картина из янтаря «Астры»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

30 500

Картина объемная «Взгляд окулиста» Тип подарка: интерьерные, креативные, оригинальные, эксклюзивные

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

23 760

Объемная картина из янтаря «Герб Российской Федерации»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

45 000

Объемная картина из янтаря «Парусник»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

21 600

Объемная картина из янтаря «Река в густом лесу»

В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары

2 страница из 18

записывающих бусин | Научные объемные изображения

Калибровка установки микроскопа имеет решающее значение для надежного получения изображений, а также для надежной обработки изображений. Анализируя изображение, полученное от известного объекта, можно выяснить, как микроскоп искажает объекты на изображении. Зная аберрации, их можно исправить. Наиболее подходящими объектами для калибровки микроскопа являются сферические шарики из-за их симметрии во всех пространственных измерениях.

На этой странице

• Регистрирующие шарики для дистилляции PSF
  • Выбор бисера
  • Перегонка PSF в Huygens
  • Схема процедуры
• Бусины для записи для коррекции хроматических аберраций
  • Коррекция хроматической аберрации в Гюйгенсе

Регистрирующие шарики для дистилляции PSF

Обычное применение метода записи гранул — дистилляция функции распределения точек (PSF) (также известная как экстракция или измерение PSF). Каждая система микроскопа имеет свою собственную характеристику PSF, которая описывает, как точки объекта искажаются на изображении. Эту PSF можно определить по 3D-изображениям сферических шариков с субразрешением: поскольку они имеют субразрешение, такие шарики будут действовать как точечные объекты и, таким образом, будут отображаться как PSF на полученном изображении.

На практике все немного сложнее. Необработанные изображения бусинок могут иметь низкое отношение сигнал-шум (SNR), поскольку маленькие бусины дают очень слабый сигнал. Обычно это означает, что вместо них должны использоваться более крупные бусины. Эти шарики больше не точечны, поэтому их изображение будет раздутым представлением фактического PSF. Таким образом, важно учитывать конечный (ненулевой) размер гранул при извлечении PSF; прямое использование необработанных изображений шариков даст завышенную оценку PSF, что приведет к чрезмерной коррекции при использовании ее для деконволюции.

Даже при использовании более крупных бусинок изображение с одной бусиной будет иметь фотонный шум. Поэтому рекомендуется процедура усреднения с использованием множества бусин.

Выбор бус

Шарики будут отображаться на изображении как PSF только в том случае, если их диаметр значительно ниже разрешения используемого микроскопа. Экстракция PSF затем осложняется тем фактом, что количество флуоресцентных молекул и, следовательно, интенсивность сигнала зависит от размера гранул: для методов микроскопии с низким уровнем сигнала, таких как конфокальная или STED, это означает, что гранулы с низким разрешением не могут иметь достаточный сигнал для надежного извлечения PSF. Однако более крупные шарики дают раздутое представление о фактическом PSF, поскольку они больше не точечны. Поэтому для всех типов микроскопии важно найти подходящую гранулу, которая правильно уравновешивает требования к сигналу и размеру, исходя из отношения сигнал-шум и разрешения микроскопа.

¹ Микросферы TetraSpeck™ от Thermo Fisher Scientific
² Набор точечных источников для микроскопа PS-Speck™ Thermo Fisher Scientific
³ GATTA-Beads by GATTAquant GmbH

TetraSpeck — 4-цветные флуоресцентные бусины

Универсальные бусины
Могут использоваться для коррекции хроматических аберраций

PS-Speck — монохромные флуоресцентные бусины

Высокий уровень сигнала
Нет перекрестных помех
Доступно только с диаметром 175 нм

Gatta-Beads — нанокубы оригами

Высокий уровень сигнала
Диаметр 23 нм (подходит для STED)
Доступен реже

Рекомендации и опыт
Обратите внимание, что эти пункты могут быть устаревшими, так как микроскопы и флуоресцентные шарики постоянно совершенствуются.

• Если 100-нм бусины недостаточно яркие, вы можете рассмотреть возможность использования 200-нм бусинок.

• Монохромные бусины выглядят на изображении ярче, чем их разноцветные аналоги. Обратите внимание, что зеленый имеет тенденцию быстро отбеливаться.

• Не рекомендуется выполнять многоцветное сканирование шариков (даже многодорожечное) для реконструкции PSF. При использовании многоцветных шариков, в том числе для измерения хроматической аберрации, следует учитывать возможность перекрестных помех).

• Нанокубы Origami (например, эти GATTA-Beads) очень хорошо подходят для дистилляции STED PSF. Эти объекты с низким разрешением (<40 нм для STED) могут быть упакованы многими молекулами красителя, что делает их достаточно яркими даже в условиях визуализации STED.

Перегонка PSF в Гюйгенсе

Дистиллятор Huygens PSF обеспечивает простую и надежную дистилляцию PSF со специализированными режимами для различных типов микроскопии. Пользователь может загружать одно- или многоканальные изображения одного или нескольких шариков. Дистиллятор автоматически отбрасывает любые непригодные гранулы и усредняет оставшиеся гранулы. Чтобы скорректировать конечный (ненулевой) размер шарика, PSF затем вычисляется с помощью прогона обратной деконволюции: алгоритм находит PSF, который при свертке с моделью известной формы шарика создает полученное изображение шарика. Эта обратная деконволюция также удаляет любой фотонный шум, оставшийся после предыдущего усреднения. После дистилляции Distiller автоматически оценивает полную ширину на полувысоте (FWHM), чтобы облегчить оценку качества микроскопа.

Дистиллятор PSF также сообщает о любых хроматических аберрациях, которые впоследствии можно исправить с помощью корректора хроматических аберраций Huygens.

Дистиллятор Huygens PSF использует (усредненное) изображение шариков и информацию об истинном объекте (использованные шарики) для нахождения PSF.

Схема процедуры

Шаг 1: Подготовьте образец, содержащий флуоресцентные шарики.

Подробные протоколы подготовки образцов можно найти на веб-сайте производителя использованных гранул. См., например, руководство ThermoFisher Molecular Probes® или описание продукта GATTA-Beads.

Перед установкой шариков подумайте о том, чтобы поместить монтажную поверхность в плазменный очиститель. Затем эту поверхность делают гидрофильной, что приводит к растеканию шариков.

Обратите внимание, что если плотность шариков намного больше, чем 10 шариков на область 20 мкм x 20 мкм, шарики часто располагаются слишком близко друг к другу: их размытые изображения затем перекрываются, и больше невозможно распутать их PSF. Дистиллятор Huygens PSF отбраковывает гранулы, расположенные слишком близко друг к другу.

Также обратите внимание, что, поскольку шарики следует измерять в тех же условиях, которые вы будете использовать позже для своих образцов, следует использовать ту же заливочную среду.

Шаг 2: Запишите гранулы, используя те же настройки микроскопа, которые вы будете использовать при записи изображений, которые вы хотите восстановить.

При записи изображений шариков всегда используйте те же условия визуализации и параметры микроскопа, которые вы будете использовать для фактических изображений, которые вы планируете восстановить. При установке расстояний выборки убедитесь, что для вашей установки выполняется критерий Найквиста (для этого вы можете использовать наш бесплатный калькулятор Найквиста).

Вы можете уменьшить шум и тем самым улучшить качество изображения шариков, записав несколько изображений и усреднив их. Это рекомендуется для конфокальных изображений из-за их низкого SNR. При этом следите за отсечением, проверяя (до усреднения), что ни одно из изображений не содержит подозрительно большого количества пикселей/вокселей со значением интенсивности 0 или 255. Для изображений с высоким отношением сигнал-шум, например, полученных с помощью широкопольного микроскопа, одного изображения бусинки может быть достаточно, чтобы выделить PSF. Помните, однако, что это изображение никогда нельзя использовать напрямую в качестве PSF: сначала его нужно центрировать, фон нужно удалить, а также скорректировать шум и конечный размер зерен.

Объем изображения

Если количество плоскостей, записанных по оси Z, слишком мало, вы получите ошибку при перегонке PSF о том, что «осевой размер изображения слишком мал». Также может случиться так, что эта ошибка не отображается, но на вашем изображении не найдено ни одного пригодного для использования шарика.

Для правильной дистилляции PSF важно не (только) количество срезов, но и общий фактически отображаемый физический объем. Хорошее изображение шариков включает в себя сигнал от большой области вокруг шариков, поскольку результирующий PSF будет иметь конус размытия вокруг своего центрального пика. Это размытие особенно велико в широкоугольных изображениях и изображениях с низкой числовой апертурой (ЧА). Например, при использовании 0,95 объектива NA в широкопольном микроскопе ФРТ очень велика по оси Z, поэтому для регистрации всей необходимой информации в этом направлении должен быть отображен больший объем, чем если бы был NA. Вы можете получить больше плоскостей, но вы также можете уменьшить плотность выборки по оси Z, если вы по-прежнему выполняете критерий выборки Найквиста. Идеальную частоту дискретизации (которая зависит от числовой апертуры) для нормальной визуализации можно найти с помощью калькулятора Найквиста, но при записи гранул рекомендуется некоторая избыточная дискретизация.

Если вы попросите калькулятор показать также PSF, вы можете узнать, насколько велика она должна быть, как в реальном объеме, так и в количестве выборок при отображении на скорости Найквиста. Обратите внимание, однако, что вы можете (или даже должны) записывать меньше плоскостей по Z, чем показано там, потому что области с низкой интенсивностью на краю PSF слишком сильно подвержены шуму, чтобы их можно было надежно зафиксировать.

Пример: Для типичного широкопольного микроскопа с числовой апертурой 1,3 шарики должны быть зарегистрированы в виде трехмерного изображения, которое покрывает не менее ~ 12 мкм по оси Z. 50–100 срезов на длине волны 200 нм удовлетворяют критерию Найквиста. Если НС 0,95 изображение должно быть больше по оси Z, покрывая не менее ~ 21 мкм. Однако идеальная частота дискретизации по оси Z также больше: примерно 700 нм. Если вы записываете шарики с некоторой передискретизацией, с одной плоскостью через каждые 500 нм, вам потребуется 42 плоскости, чтобы покрыть требуемый объем. Следовательно, требуемый объем при NA = 0,95 может быть покрыт без записи большего количества плоскостей, чем при NA = 1,3.

Плотность зерен

Если плотность зерен на изображении намного больше, чем 10 зерен на область 20 мкм x 20 мкм, есть вероятность, что они расположены слишком близко друг к другу. Затем их размытые изображения накладываются друг на друга, и распутать их PSF уже невозможно. Дистиллятор PSF отбраковывает гранулы, расположенные слишком близко друг к другу. Вы можете сделать его критерий менее строгим, используя параметр «уменьшить размер PSF», но есть предел для его правильной работы.

Плотность бусинок на этом изображении довольно хорошая, но еще лучше было бы снизить плотность, чтобы свести к минимуму вероятность перекрытия PSF.

Это изображение имеет такую ​​высокую плотность гранул, что его нельзя использовать для дистилляции PSF.

Шаг 3: Реконструируйте PSF с помощью дистиллятора Huygens PSF.

Подробные инструкции по использованию дистиллятора Huygens PSF см. в руководстве пользователя или на странице поддержки.

Шаг 4: Используйте полученный PSF напрямую или сохраните его в формате файла без потерь для дальнейшего использования.

После использования PSF Distiller полученный PSF экспортируется в главное окно Huygens как нормализованное изображение с плавающей запятой. Отсюда его можно использовать для деконволюции немедленно или сохранить для последующего использования. PSF всегда следует сохранять в формате файла без потерь, например ICS или HDF5.

Бусины для записи для коррекции хроматических аберраций

Многоканальные системы визуализации часто страдают от хроматических аберраций, которые проявляются на изображении в виде сдвигов, поворотов и различий в масштабировании между каналами. Для измерения этих аберраций и последующей их коррекции необходимо регистрировать изображения известных разноцветных объектов. Для этой цели хорошо подходят разноцветные шарики: все цвета полностью перекрываются в реальном объекте (бусинах), поэтому любое несовпадение, наблюдаемое на изображении, является артефактом изображения. Таким образом, изображения шариков можно использовать для измерения параметров аберрации используемой системы микроскопии, например, сдвига между красным и зеленым каналами в направлении x. Затем эти параметры можно использовать для коррекции аберраций на изображениях, снятых в аналогичных условиях.

Рекомендуется выполнять деконволюцию перед коррекцией хроматической аберрации для более точной коррекции (на основе более мелких деталей изображения, выявленных деконволюцией).

Слева: MIP визуализированная проекция трехмерного широкопольного стека Huygens с деконволюцией 100-нм 4-канальных разноцветных шариков (TetraSpeck — Life Technologies). Хроматическая аберрация между каналами может быть более четко измерена и скорректирована после деконволюции. Справа: MIP-проекция того же изображения после использования корректора хроматических аберраций Huygens. На вставках показан увеличенный вид одного XZ-среза одной бусины.

Коррекция хроматических аберраций по Гюйгенсу

Все виды хроматических аберраций можно исправить с помощью корректора хроматических аберраций Huygens. Получив входное изображение, Corrected может автоматически оценить сдвиги, повороты и различия масштабирования между каналами. Графический пользовательский интерфейс показывает наложения оценочных значений на различные виды исходного изображения и позволяет пользователю настроить первоначальную оценку. Затем Корректор может немедленно исправить изображение или его можно использовать для сохранения шаблона предполагаемых параметров аберрации. Последнее обычно делается после оценки параметров по изображениям шариков. Затем этот шаблон может быть загружен для любого изображения, снятого в аналогичных условиях, и использован для проведения на нем калиброванной коррекции хроматических аберраций.

3D-изображения в стиле «Звездных войн», созданные из одной частички пенопласта

Одним нажатием на клавиатуру Рюдзи Хираяма оживляет вялую пенопластовую бусинку. Белое пятнышко подпрыгивает и зависает в пространстве с полной неподвижностью. Еще одно касание, и точка превращается в светящуюся форму, похожую на бабочку, которая машет крыльями, кружа внутри черного ящика. Диего Мартинес Пласенсиа, коллега Хираямы по Университету Сассекса в Брайтоне, Великобритания, лезет в коробку, чтобы показать, что в ней нет нити. Эффект кажется чистой магией. «Сначала я показала его своим дочерям. Они такие… «вау!», — говорит Мартинес Пласенсиа, его глаза расширяются от детского восторга.

За метаморфозой в воздухе стоит относительно простая установка. Два тонких массива из 256 крошечных динамиков над и под шариком перемещают его, генерируя ультразвуковые волны. Объект летит так быстро, что все, что видит глаз, — это постоянно меняющееся трехмерное изображение диаметром в несколько сантиметров, нарисованное в воздухе, как будто с помощью высокоскоростного Etch a Sketch. Те же ультразвуковые динамики, которые создают изображение, также могут генерировать звуковые и тактильные ощущения. Потянитесь к бабочке, и ваш палец может почувствовать трепет. В другом случае появляется смайлик в сопровождении мелодий песни Queen «We Will Rock You». Примечательно, что большинство компонентов, используемых для создания этих эффектов, являются готовыми.

Команда из Университета Сассекса, Великобритания, создала виртуальную бабочку, которая может парить в космосе. Фото: Эймонтас Янкаускис/Унив. Сассекс

«Это элегантная и захватывающая платформа», — говорит Дэниел Смолли, физик из Университета Бригама Янга в Прово, штат Юта, который в прошлом году представил аналогичную технику, использующую лазеры для управления кусочком целлюлозы для получения изображений ¹ . По его словам, до сих пор мало кто из физиков думал, что можно использовать звук для перемещения шарика достаточно быстро, чтобы создать такое изображение. В августе Тацуки Фушими, физик из Бристольского университета, Великобритания, и его сотрудники стали первыми, кто продемонстрировал, что это возможно. Но их шарику требовалось больше времени, чтобы обвести форму, а это означает, что только изображения размером менее 1 сантиметра в поперечнике могли выглядеть как единый непрерывный объект 9.0054 2 . Работа команды из Сассекса — это «инженерная работа, которая заставляет нас поверить в то, что мы считали невозможным», — говорит Смолли.

Акустическое устройство, описанное в Nature ³ от 13 ноября, является последним примером технологии генерации 3D-изображения, известной как объемный дисплей, которая принципиально отличается от таких технологий, как голограммы, виртуальная реальность и стереоскопы. . Эти более привычные подходы используют трюки со светом для создания иллюзии глубины и могут быть фотореалистичными и в натуральную величину. Но голограммы можно увидеть только под определенным углом, виртуальная реальность и стереоскопы требуют головного убора, а все эти приемы могут вызывать напряжение глаз. Объемные дисплеи в свободном пространстве, напротив, используют лазеры, электрические поля, проекции тумана и другие подходы для создания действительно трехмерных изображений, которые зрители могут видеть с любой точки зрения. Таким образом, они наиболее близки к SOS-сообщению принцессы Леи в 19-м веке.77 фильм Звездные войны .

Прочтите статью: объемный дисплей для визуального, тактильного и звукового представления с использованием акустического треппинга

Исследования объемных дисплеев еще старше, чем этот фильм. И этот подход имеет решающее преимущество перед голограммами, поскольку требует гораздо меньших вычислительных мощностей. Но, несмотря на десятилетия усилий, дисплеи в свободном пространстве по-прежнему ограничиваются небольшими грубыми рисунками, и они изо всех сил пытались выйти на коммерческий уровень, говорит Смолли. Тем не менее, он надеется, что работа, объединяющая различные и более практичные технологии, включая акустическую левитацию, поможет объемному дисплею найти свое убийственное применение. Возможно, его можно использовать в подробных интерактивных макетах для медицинских стажеров или дать людям возможность общаться с дальними родственниками, представленными в 3D. По словам Смолли, акустический метод команды из Сассекса не обязательно потребует длительного этапа разработки, прежде чем он выйдет за пределы лаборатории. «Я бы сделал ставку на то, что эта технология станет коммерческой раньше многих других технологий, над которыми мы работаем».

Свет и звук

Объемные дисплеи, которые уже представлены на рынке, обычно преобразуют 2D-изображения в 3D. Voxon VX1, например, проецирует фотоны на экран, который быстро вибрирует вверх и вниз. В правильное время это создает трехмерное изображение без необходимости использования специальных очков. Но сложные механические части дисплея означают, что он заперт за стеклом и до сих пор нашел только нишевое применение, например, в музейных экспозициях.

Система Voxon VX1. Фото: Voxon Photonics

В 2006 году Хидэй Кимура предпринял одну из первых попыток рисовать изображения непосредственно в трехмерном пространстве ⁴ . Кимура, исполнительный директор Burton, фирмы, базирующейся в городе Кавасаки, Япония, и его академические сотрудники разработали метод, в котором использовался лазер, чтобы сбивать электроны с молекул воздуха, заставляя их светиться. Перемещая фокальную точку лазера с высокой скоростью, они могли создавать люминесцентные точки плазмы, которые создавали грубое изображение. «Без ничего, мы можем создавать 3D-изображения прямо в воздухе», — говорит Кимура, который предполагает использовать эту технику для передачи информации о чрезвычайных ситуациях в небо или для проецирования 3D-повторов над полем на спортивном мероприятии.

Плазменный метод создает относительно стабильные изображения, но он сталкивается с некоторыми серьезными ограничениями: это низкое разрешение (один лазерный импульс равен одной точке на изображении) и лазер настолько интенсивен, что может вызвать ожоги, говорит Ёити Очиай, компьютерщик. ученый и художник из Университета Цукуба в Японии.

В 2016 году команда Очиаи адаптировала плазменную технику, используя низкоэнергетический лазер с коротким импульсом, чтобы делать изображения, безопасные для прикосновения ⁵ . Изображения размером в несколько миллиметров намного меньше, чем у команды Kimura. Но, используя лазеры, которые пульсируют на более высокой частоте, и модуляторы для формирования луча в несколько фокусов, команда может увеличить разрешение до 10–200 раз выше, чем то, которое использовалось в работе Кимуры. Это позволяет им создавать более сложные изображения, например, фей размером с булавочную головку.

В Сассексе акустический 3D-дисплей начался с другого приверженца научной фантастики: притягивающего луча, прославившегося в телесериале 1960-х годов «Звездный путь ». С 2012 года Шрирам Субраманиан, возглавляющий команду, впервые применил способы обработки звуковых волн для создания точек высокого давления, которые могут захватывать и перемещать небольшие объекты ⁶ . Но только когда Хираяма пришел в лабораторию в 2018 году, команда нашла способ использовать звук для создания изображений.

Глобус на объемном дисплее. Снято с выдержкой 0,025–20 секунд. (Только изображения, нарисованные в течение 0,1 секунды, воспринимаются человеческим глазом как непрерывные изображения.) Предоставлено: Eimontas Jankauskis/Univ. Сассекс

Чтобы изображение выглядело сплошным, бусина должна создавать каждый кадр изображения менее чем за одну десятую секунды. До сих пор акустическая левитация, как правило, фокусировалась на удержании объектов как можно более устойчивыми; движение происходит относительно медленно в режиме остановки-старта от одной стабильной точки к другой. Нововведение Хираямы заключалось в том, чтобы пинать бусину до того, как она остановится, вычисляя каждую новую целевую точку внутри оборудования, разработанного специально для вычислений. Это означало, что команда могла менять фокус поля 40 000 раз в секунду. Шарик развивает скорость до 8,75 метра в секунду, что «похоже на телепортацию», когда шарик шириной 2 миллиметра пересекает несколько сантиметров пространства, говорит Хираяма. Когда шарик движется, быстро меняющийся светодиод заливает дисплей светом, создавая цвет.

Объемное изображение бабочки, созданное в лаборатории Дэниела Смолли. Фото: Нейт Эдвардс/BYU Photo

Команду вдохновила работа Смолли по использованию лазеров для перемещения и освещения кусочка целлюлозного растительного волокна ¹ . Используя то же количество частиц и данных, Смолли говорит, что его изображения составляют всего одну десятую от размера, полученного командой из Сассекса, но имеют в десять раз большее разрешение.

У технологии Sussex есть недостаток: для нее нужны динамики с двух сторон дисплея, что ограничивает возможность зрителя взаимодействовать с дисплеем и ограничивает его размер. Но Субраманиан говорит, что с обновлением аппаратного обеспечения можно будет использовать другой тип акустической волны для создания изображений с динамиками только с одной стороны. Исследователи также работают над улучшением своего понимания того, как шарик реагирует на воздействующие на него силы, что позволит им перемещать его быстрее, рисовать более сложные изображения, левитируя несколько шариков одновременно, и более тесно интегрировать зрение и осязание. . В текущей установке тактильное ощущение и изображение не возникают в одном и том же месте, потому что поля, необходимые для их создания, могут мешать друг другу. Группа Очиаи уже нашла способ объединить осязание и зрение, используя поля, которые не создают помех: акустическое поле для тактильной обратной связи и лазер для рисования крошечных изображений в плазме. Группа использовала подход, чтобы рисовать точки Брайля в воздухе ⁷ .

Интерактивное преимущество

Любой 3D-дисплей неизбежно сравнивают с голограммами Star Wars . Техника Сассекса создает более крупные изображения, чем предыдущие аналогичные методы, и включает звук, поэтому она приближает нас к воссозданию этого, — говорит Цюн-Хуа Ван из Бейханского университета в Пекине, работающий над устройствами 3D-дисплеев. Но изображения по-прежнему крошечные и далеки от фотореалистичных. По ее словам, создание 3D-эффекта в «Звездных войнах» любыми средствами может занять десять лет, а то и больше.

Но Барри Бланделл, физик, специализирующийся на 3D-технологиях из Университета Дерби, Великобритания, предостерегает от попыток использовать объемную технологию для создания насыщенных фотореалистичных дисплеев. «Никто не стал бы смотреть на скульптуру и сравнивать ее с картиной, — говорит он. Он добавляет, что попытки конкурировать с голограммами часто приводили к коммерческим тупикам, и что дисплеи лучше всего подходят для приложений, которые были бы невозможны в других средах, но не требуют высокой детализации, таких как интерактивные дисплеи, способные отображать сложные трехмерные изображения. движения.

Интерактивность может быть мощной, говорит Смолли. Хирурги во время обучения могут использовать такие дисплеи, например, для практики введения катетера в сосуды сердца. Он добавляет, что с миллионом движущихся частиц «у вас может быть бестелесное лицо — телеприсутствие лицом к лицу». По его словам, создание аватаров людей в пространстве может дать более сильное ощущение присутствия, чем фотореалистичное изображение, увиденное в виртуальной реальности.

В лаборатории Сассекса дисплей с миллионами частиц кажется очень далеким. Только время покажет, проложит ли подход группы путь к таким цифрам. Продемонстрировав ограниченный репертуар трюков своей сферы, Хираяма отключает питание динамиков. Парящая бабочка исчезает, а бусинка, которая ее создала, падает и мягко подпрыгивает на основании дисплея. Хираяма поднимает его и кладет в коробку с сотнями других, готовый в любой момент творить волшебство в воздухе.

Ссылки

1. Smalley, P. E. et al. Природа 553 , 486–490 (2018).

   Артикул
   пабмед

   Google Scholar

2. Фушими Т., Марзо А., Дринкуотер Б. В. и Хилл Т. Л. Заявл. физ. лат. 115 , 064601 (2019).

   Артикул

   Google Scholar

3. Хираяма Р., Мартинес Пласенсиа Д.

   Картины объемные из бисера: Объемная картина из бисера. Мастер – класс.. Обсуждение на LiveInternet — Российский Сервис Онлайн-Дневников