Actuality удалось создать по-настоящему объемный дисплей
Чтобы продемонстрировать возможности своей платформы объемной визуализации, в Actuality разработали приложение для военных, получившее название «визуализация поля сражения»

В углу тускло освещенного компьютерного зала компании Actuality Systems стоит прозрачный шар диаметром около 50 см. Это объемный дисплей для трехмерных изображений с самым высоким в мире разрешением. Заглянув в этот магический шар, я увидел нечто, напоминающее узкую перекрученную ленту зеленого цвета. В двух местах, там, где возникли «карманы» в структуре ленты, находилась напоминающая шар масса белого цвета с несколькими отростками, прекрасно подходящими по форме к этим «карманам». Я обошел шар вокруг и взглянул сверху, пытаясь рассмотреть эту необычную конструкцию под другим углом.

Грег Фавалора, основатель и директор по технологиям компании Actuality, объяснил мне, что эта зеленая лента — изображение структуры вируса иммунодефицита человека; белая масса — химическая молекула, созданная специально в соответствии со сложной формой структуры вируса. Ни один другой вид дисплеев не в состоянии показать столь точно, каким образом молекула «стыкуется» с вирусом. В этот момент я понял, насколько трехмерная визуализация способна расширить наше представление о виртуальном объекте.

Здесь важно подчеркнуть, что это действительно трехмерное изображение, а не стереоскопическая картинка, составленная из двух плоских изображений и соответствующая определенному углу зрения. В данном случае я могу видеть ее как объект в пространстве. Вот почему этот дисплей и называется объемным (volumetric). И поскольку большая часть современных исследований новых лекарственных препаратов посвящена изучению именно структурных вопросов, таких как создание молекул для взаимодействия с определенными патогенами, визуализация, подобная той, что позволяет добиться дисплей Actuality, — это действительно серьезное достижение. Взглянув на двухмерное представление того же самого объекта, я был поражен, насколько бедное представление оно дает по сравнению с трехмерным, особенно в том, что касается пространственных связей.

Как это работает

Моделирование полета аэроплана над холмистой местностью демонстрирует способ решения трехмерных задач, оперирующих с изменяемой средой

На рынке сейчас представлено весьма немного объемных дисплеев, но ни один из них не имеет такого высокого разрешения, как Actuality. Качество, или разрешение объемного изображения, измеряется в единицах, называемых вокселами (voxel) или объемными пикселами. Дисплей Actuality имеет разрешение 768x768 пикселов на 198 плоскостях с восемью цветами, то есть всего 116 млн. вокселов.

Для сравнения: те объемные дисплеи, которые мне приходилось видеть, как правило, имели не более 12 плоскостей, что является существенным ограничением, когда речь идет о детальном изображении.

Технология, положенная в основу дисплея, на удивление проста. В большинстве случаев для создания объемного дисплея применяется множество лазеров и сложные, часто винтообразные полупрозрачные экраны.

Внутри прозрачной сферы Actuality находится белый пластиковый диск диаметром около 25 см, вращающийся со скоростью 700 оборотов в минуту. С одной стороны установлен трехмерный жидкокристаллический проектор, который использует обычную для проекторов лампу. Она передает постоянно меняющееся изображение либо непосредственно на диск, либо на расположенное над ним зеркало, которое вращается вместе с диском.

Данные для проектора обрабатывает специальный DSP-процессор, выполняющий очень сложные математические алгоритмы, разработанные Actuality. Каждый «кадр» должен быть пересчитан с учетом того факта, что всякий раз, когда изображение передается на экран, последний располагается под другим углом к проектору. Без таких преобразований изображение было бы искаженным и бесполезным.

Модель вируса позволяет ученым изучать его структуру в буквальном смысле со всех точек зрения и тестировать белки на «пригодность» для данного вируса

Изображение имеет блики в некоторых местах. Как объяснил Фавалора, так происходит потому, что белый диск не является в достаточной степени плоским. Он заметил, что в интересах упрощения производства Actuality стремится решить эту проблему главным образом на программном уровне, обходясь без дорогостоящих экранных носителей и средств для их выравнивания.

Дисплей получает данные по SCSI-соединению с компьютера, который работает под управлением операционной системы Linux или Windows 2000. Дисплей, функционирование которого базируется на графических стандартах OpenGL, может использоваться с большинством программ трехмерного моделирования.

Этот дисплей — детище Фавалоры, а он интересовался проблемами трехмерных изображений еще будучи ребенком. В 1996 году Фавалора закончил Йельский университет и создал компанию Actuality после того, как занял второе место в конкурсе Entrepreneurship Competition Массачусетского технологического института, получив премию в размере 50 тыс. долл. В 2000 году он вошел в список Technology Review, публикуемый МТИ как один из ста специалистов моложе 35 лет, которые определяют будущее технологий. В настоящее время в Actuality работает восемь человек; компания получила 2,3 млн. долл. от венчурных фондов.

По словам Фавалоры, компания намерена потратить еще один год на разработку технологии дисплея прежде, чем займется выводом своей продукции на рынок. Но он отметил, что уже есть спрос на прототипы и что Actuality продает опытные экземпляры решения, включающего в себя оборудование, базовое программное обеспечение и инструментарий разработчика по цене 65 тыс. долл.

Поскольку стоимость относительно невысока, найдется немало желающих приобрести дисплей, в частности среди тех организаций, сталкивающихся с необходимостью визуализировать данные, качественное изображение которых позволяет получить только трехмерный дисплей.

Фармацевтическая компания Structural Genomix сейчас проводит тестирование объемного дисплея.

Интерес к новому дисплею проявили ученые, занимающиеся медицинскими и хирургическими исследованиями, нефтедобывающие и газовые компании, работающие с терабайтами сложных геологических данных, военные, которым необходимы более мощные средства моделирования, а также специалисты по автоматизированному проектированию и архитекторы.

От пикселов к вокселам

Ставшие привычными для двумерных экранов пикселы в дисплее Actuality превращаются в вокселы

Что в имени

Трехмерная графика — весьма расплывчатый термин. Как правило, так называют объекты, смоделированные в трехмерном пространстве, но отображаемые на двухмерном экране. Да, вы можете манипулировать объектами, чтобы рассмотреть скрытые детали, но при этом вам по-прежнему приходится иметь дело с двухмерным представлением. Несколько лет назад были созданы специальные видеоплаты, которые вместе с поляризующими очками позволяют получать трехмерное стереоскопическое изображение. А в прошлом году я увидел специальный плоскопанельный монитор, который делает то же самое, но с помощью стандартной видеоплаты и не требует никаких очков. Однако, по существу, он дает не более чем иллюзию трехмерного изображения, то есть вы видите изображение объекта только в одном ракурсе, как будто вашу голову зафиксировали в определенном положении. Вы не можете повернуть трехмерный объект перед собой, но вы можете обойти его. Голограммы также дают трехмерное представление, но они ограничены размером пленки. Однако голографическое изображение тоже можно обойти.