Голограммы и трехмерные образы
К середине века мы, вероятно, увидим еще одно техническое новшество — настоящее трехмерное кино и телевидение. Когда-то давно, в 1950-х гг., при просмотре трехмерного фильма вы должны были надеть неуклюжие очки с разноцветными стеклами — красным и синим. Дело в том, что человеческие глаза, правый и левый, видят чуть-чуть по-разному. На экран проецируется сразу два изображения, одно синее и одно красное. Стекла служат фильтрами, и в результате в левый и правый глаз поступает немножко разное изображение; мозг смешивает их, и возникает иллюзия объема. Восприятие глубины изображения, таким образом, создавалось искусственно. (Чем дальше друг от друга расположены глаза, тем лучше воспринимается глубина изображения. Именно поэтому у некоторых животных глаза находятся на конце гибких стебельков: так объем воспринимается лучше всего.)
Определенный прогресс обеспечивают 3D-очки из поляризованного стекла, благодаря которым левый и правый глаз получают два разных поляризованных изображения. Таким способом можно создавать полноцветные, а не красно-синие, объемные изображения. Свет — это волна, и колебания в нем могут происходить в разных плоскостях — к примеру, в вертикальной и горизонтальной. Поляризованная линза пропускает только световые колебания определенной направленности. Так что если стекла ваших очков поляризованы в разных направлениях, вы можете создать эффект трехмерности изображения. В более сложном варианте трехмерности можно подавать разные изображения прямо на контактные линзы.
Трехмерное телевидение, которое также нужно смотреть в очках, уже появилось на рынке. Очень скоро, однако, необходимость в очках исчезнет, их сменят двояковыпуклые линзы. Телеэкран будет специально изготавливаться таким образом, чтобы выдавать для глаз два различных изображения чуть-чуть под разными углами. Каждый глаз зрителя будет видеть свое изображение, а вместе они создадут иллюзию трехмерности. У этой системы есть свои недостатки: голова должна быть правильно расположена; каждый глаз должен находиться в предназначенной именно для него точке. (Принцип действия такого телевидения основан на хорошо известной оптической иллюзии. Иногда встречаются рекламные щиты, изображения на которых волшебным образом меняются, по мере того как мы движемся вдоль них. Делается это так. Два изображения раскладываются на множество тонких полосок, которые затем кладутся вперемешку, составляя композитное изображение. Затем это изображение накрывается своеобразной линзой — стеклянным листом с множеством вертикальных пазов, причем каждый паз размещается точно над двумя полосками. Пазы имеют такую форму, чтобы под одним углом видна была одна полоска, а под другим — другая. Поэтому, проходя мимо такой картины, мы видим, как одно изображение внезапно превращается в другое, а затем обратно. Трехмерное телевидение заменит неподвижные изображения в этой системе движущимися, и 3D-эффект будет достигаться без применения специальных очков.)
Но самый продвинутый вариант трехмерного изображения — это голограмма. Без всяких очков человек видит точный волновой фронт трехмерного изображения, как если бы изображенный объект в реальности находился перед вами. Голограммы известны уже несколько десятилетий (их можно увидеть на выставках, открытках и кредитных карточках) и нередко мелькают в фантастических фильмах. В «Звездных войнах» завязкой сюжета служит голографический призыв о помощи, посланный принцессой Леей членам Повстанческого альянса.
Проблема в том, что голограмму очень трудно изготовить.
При создании голограммы лазерный луч расщепляется на два. Один луч направляется на объект, изображение которого вы хотите получить, затем отражается и попадает на специальный экран. Второй луч направляется непосредственно на экран. Смешение двух этих лучей создает на экране сложную интерференционную картину, содержащую «застывшее» трехмерное изображение объекта; это изображение закрепляется на специальной пленке, покрывающей экран. Затем, если сквозь экран пропустить другой лазерный луч, в пространстве появится настоящее трехмерное изображение объекта.
Голографическое телевидение — довольно своеобразная вещь. Во-первых, изображение все равно должно проецироваться на экран. Сидя перед экраном, вы будете видеть точное трехмерное изображение объекта; при этом вы, естественно, не сможете протянуть руку и прикоснуться к нему. Трехмерное изображение останется лишь иллюзией.
Это означает, что при просмотре футбольного матча по голографическому телевизору движение зрителя перед экраном вызывает соответствующее изменение изображения. Вы можете наблюдать за матчем едва ли не с середины поля, игроки будут бегать прямо перед вами. Но потянувшись за мячом, вы упретесь руками в экран.
Однако настоящую техническую проблему, из-за которой у нас до сих пор нет голографического телевидения, представляет хранение информации. Настоящее трехмерное изображение содержит громадное количество информации, во много раз больше, чем обычное двумерное. Компьютер непрерывно обрабатывает двумерные изображения; они разбиты на крохотные точки — пиксели, и изображением каждого пикселя управляет крохотный транзистор. Но в трехмерном кино кадры должны сменяться с частотой 30 штук в секунду[6]. Несложный расчет показывает, что количество информации, необходимой для генерации движущихся трехмерных изображений, намного превосходит возможности сегодняшнего Интернета.
К середине века эта проблема, возможно, будет решена, ведь ширина интернет-канала растет экспоненциально.
Но на что будет похож трехмерный телевизор?
Один из вариантов — это экран в форме цилиндра или купола, внутри которого размещается зритель. На экран проецируется голографическое изображение, и зритель оказывается в окружении объемных фигур, очень похожих на реальные.
