Realidade aumentada com imagem holográfica chega aos óculos normais

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/06/2024

Protótipo dos óculos compactos de realidade aumentada, que apresentam imagens em movimento 3D coloridas sobre uma visão direta do mundo real.
[Imagem: Andrew Brodhead]

Realidade aumentada real - e não virtual

Combinando os mais recentes avanços nas tecnologias das telas, das imagens holográficas e da inteligência artificial, engenheiros da Universidade de Stanford, nos EUA, encontraram um modo de apresentar imagens 3D em movimento sobrepostas a uma visão direta do mundo real.

Inaugurando um campo de pesquisa que a equipe chama de "computação espacial", o primeiro resultado é um protótipo de equipamento de visão de realidade aumentada que usa imagens holográficas para sobrepor cenas coloridas em movimento 3D nas lentes de um acessório que não é muito diferente de um par de óculos comum.

Ao contrário dos volumosos capacetes atuais de realidade aumentada, a nova abordagem oferece uma experiência de visualização 3D satisfatória em um formato compacto, confortável e atraente, adequado para uso até mesmo pelo dia todo.

"Nosso capacete parece para o mundo exterior como um par de óculos do dia a dia, mas o que o usuário vê através das lentes é um mundo enriquecido sobreposto com imagens computadorizadas em 3D, vibrantes e coloridas," disse o professor Gordon Wetzstein.

Embora ainda seja apenas um protótipo, essa tecnologia poderá transformar campos que vão desde jogos e entretenimento até treinamento e educação - em qualquer lugar que as imagens computacionais possam melhorar ou substanciar a compreensão do usuário sobre o mundo ao seu redor.

"Poderíamos imaginar um cirurgião usando esses óculos para planejar uma cirurgia delicada ou complexa ou um mecânico de avião usando-os para aprender a trabalhar no mais recente motor a jato," sugeriu Manu Gopakumar, responsável pela construção dos novos óculos de realidade aumentada.

Ilustração do princípio óptico de monitores baseados em guias de onda.
[Imagem: Manu Gopakumar et al. - 10.1038/s41586-024-07386-0]

Estereoscopia + holografia

O protótipo representa a superação de várias barreiras técnicas, o que foi alcançado através de uma combinação de imagens holográficas aprimoradas por IA e novas abordagens de manipulação da luz para construção de telas, usando componentes fotônicos em nanoescala.

O primeiro obstáculo foi que as técnicas de exibição de imagens de realidade aumentada muitas vezes exigem o uso de sistemas ópticos complexos. Ainda assim, nesses sistemas o usuário não vê realmente o mundo real através das lentes, mas sim imagens geradas por câmeras montadas na parte externa do capacete, combinadas com imagens computacionais. A imagem mesclada resultante é então projetada estereoscopicamente no olho do usuário.

O resultado é tão desconfortável que os "tapa-olhos" disponíveis comercialmente viraram um dos temas preferidos de vídeos mostrando acidentes com os usuários - o que talvez explique porque a tecnologia nunca deslanchou.

Para passar dessa "realidade aumentada virtual" para uma "realidade aumentada real", a equipe adicionou aos sistemas estereoscópicos tradicionais a técnica mais futurista da holografia. Apesar da grande promessa na geração de imagens 3D, a adoção mais generalizada da holografia tem sido limitada pela incapacidade de retratar sinais precisos de profundidade 3D, levando a uma experiência visual desanimadora, às vezes indutora de náusea.

Mas já existem tecnologias que permitem superar isto, e a equipe demonstrou seu uso combinado pela primeira vez.

A imagem melhora muito (linha inferior) quando se utiliza o sistema de IA para criar a profundidade.
[Imagem: Manu Gopakumar et al. - 10.1038/s41586-024-07386-0]

Hardware de imagem 3D

A equipe primeiro usou IA para melhorar as dicas de profundidade das imagens holográficas, e então usou componentes nanofotônicos, conhecidos como metassuperfícies, e guias de ondas, a última palavra na geração de imagens ópticas, o que permitiu projetar hologramas gerados por computador nas lentes dos óculos, sem depender de óptica adicional volumosa.

Os guias de ondas são construídos gravando padrões em escala nanométrica na superfície dos vidros que servem como "lentes" para os óculos. Pequenas telas holográficas montadas em cada têmpora projetam as imagens computadorizadas através dessas ranhuras, que refletem a luz dentro das lentes, levando-as diretamente ao olho do observador. Olhando através das lentes dos óculos, o usuário vê o mundo real e as imagens coloridas em 3D apresentadas na parte superior.

O efeito 3D é otimizado porque ele é criado tanto estereoscopicamente, no sentido de que cada olho consegue ver uma imagem ligeiramente diferente, como veria na imagem 3D tradicional, quanto holograficamente. "Com a holografia, você também obtém o volume 3D completo na frente de cada olho, aumentando a qualidade da imagem 3D realista," explicou o pesquisador Brian Chao.

"As telas holográficas há muito são consideradas a técnica 3D definitiva, mas nunca alcançaram esse grande sucesso comercial," disse Wetzstein. "Talvez agora eles tenham o aplicativo matador que esperaram todos esses anos."

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