Wie Hologramme durch Luftdruck spürbar werden
Forscher entwickeln ein neuartiges Display, durch das sich 3D-Projektionen berühen lassen und eine bewegliche Druckluftdrüse ein haptisches Feedback gibt.
(Bild: Ravinder Dahiya et al.)
Streng genommen, sind es eigentlich gar keine Hologramme, die das neue Display von Ravinder Dahiya und Kollegen von der University of Glasgow zeigt. Die Forscher sprechen lieber von "Pseudo-Hologrammen", denn sie verwenden eine Technik, die bereits von Illusionisten des viktorianischen Zeitalters verwendet wurden, um Gespenster auf der Bühne zu zeigen.
Doch die Technik ist tatsächlich verblüffend nah dran am Holodeck von Star Trek, denn die Objekte, die das "volumetrische Display" zeigen, lassen sich tatsächlich berühren, spüren und mit den Händen manipulieren. Technische Einzelheiten ihrer Entwicklung beschreiben die Forscher jetzt in einem Artikel der Fachzeitschrift Advanced Intelligent Systems.
Idee des Hologramms
Ein Hologramm speichert das Lichtfeld eines beleuchteten Objektes – und zwar Amplitude und Phase des Wellenfeldes. Rekonstruiert man dieses Wellenfeld, entsteht für den Betrachter exakt der ursprüngliche optische Eindruck – man kann das Bild von allen Seiten betrachten. Der ungarische Ingenieur Dennis Gábor wurde 1971 für diese Idee mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet. Allerdings ist die Idee nicht für alle möglichen Anwendungen wirklich praktikabel. Denn der technische Aufwand, um ein Wellenfeld aufzuzeichnen, ist beträchtlich – insbesondere, wenn es um Bewegtbild-Hologramme geht.
In den vergangenen Jahren haben verschiedenste Forschungsgruppen mit vereinfachten Verfahren experimentiert. Bei der von Dahiya und Kollegen verwendeten Methode besteht die Idee im Wesentlichen daraus, das Ursprungsbild auf eine schräg im Raum liegende Glasscheibe zu projizieren. Für den Betrachter scheint das Bild dann dahinter im – abgedunkelten – Raum zu schweben. Um einen 3D-Eindruck zu erwecken, verwendeten die Forscher allerdings nicht nur eine Scheibe, sondern projizierten vier Bilder aus unterschiedlichen Blickrichtungen von unten an die Wände einer Pyramide – ganz ähnlich wie bei dieser Bastellösung).
Allerdings gibt es bei dieser Pyramide eine Öffnung, durch die Benutzer ihre Hände stecken können. Direkt unter der Pyramide befindet sich ein Sensor, der die Bewegungen der Hände und Finger des Benutzers verfolgt. Das Grafik-System reagiert auf die Handbewegungen und passt die Bewegungen des virtuellen Objektes an die Handbewegungen an – etwas ähnliches hatte Microsoft Research bereits 2012 mit seinem Holodesk-System gezeigt. Neu ist allerdings, dass man die virtuellen Objekte auch spüren kann. Dafür sorgt eine bewegliche Druckluftdüse, die einen Luftstrom variabler Stärke auf die Hände bläst, um ein "haptisches Feedback" zu erzeugen.
Virtuellen Ball anstoßen
Um die Fähigkeiten des "aerohaptischen" Systems zu demonstrieren, zeigten die Forscher unter anderem die interaktive Projektion eines Basketballs, der berührt, gerollt und geprellt werden kann. Die Benutzer können den virtuellen Ball sogar mit unterschiedlicher Kraft anstoßen und den daraus resultierenden Unterschied zwischen einem harten und einem weichen Aufprall in ihrer Handfläche spüren, schreiben die Forscher nicht ohne Stolz.
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"Selbst bei etwas so scheinbar Einfachem wie dem Aufprall eines Basketballs mussten wir hart arbeiten, um die Physik des Vorgangs zu modellieren und das vertraute Gefühl mit Luftströmen zu reproduzieren". Im nächsten Schritt wollen sie nun die Temperatur des Luftstroms so verändern, dass die Benutzer heiße oder kalte Oberflächen spüren können – und sie experimentieren damit, dem Luftstrom Düfte hinzuzufügen.
(wst)
