Mucize Hologramın Peşinde

• Grafik ve çizim

Mucize

DUC.

” A “ | "A Ve a Üz p b © Sinan Vural

Uraysal Görüntü Uzmanları Streoskopik Gerçekliği Yakalamak İçin Uğraşıyorlar. Hemen herkes R2D2'nin baş kısmındaki bir mercekten çıkan, Athena'ya benzer prensesi hatırlar: “Yardım et Obie Won Kenobe, sen benim son umudumsun.”” Bu kadar bilim kurgu yeter. Bu günlerde herkes Prenses Leia'nın bir kopyasını istiyor. Yani herkes, küçük, boşlukta süzülen bir varlık istiyor - Üç boyutlu, etrafında dolaşılabilen, dokunabildiğiniz, görebildiğiniz, interaktif bir görüntü. Endüstriyel araştırmacılar bu üç boyutlu sistemlerin nerede ve nasıl ortaya çıkacakları hakkında hep fikirler yürütmektedirler. En çok dayandıkları nokta da bilim kurgu filmlerinde kullanılan hilelerdir; difraksiyon desenleri, düzenli ışık kaynakları (laserler) ve film tabakaları için geliştirilen ışınımlar. Dahası üç boyutlu gösterimler şimdiden, gerçek katıların gösterimi, görünmeyen yüzeylerin kaldırılması ve bilgisayar interaktifliği gibi bazı sorunları çözmüştür. Ayrıca hologramları görebilmek için izleyiciler, stereoskopik gözlükler takmak veya başka görsel hileler kullanmak zorunda değillerdir. Bugün, umutlarını gerçek zamanlı (real-time) holografi veya bilgisayar grafiklerine (iki boyutlu piksel gösterimden üç boyutlu uzaysal gösterime ilk adım) bağlayan CAD/CAM tasarımcıları, hologramcılar, Pentagon savaş şefleri ve üç boyutlu video oyunu manyakları, bilimin, görüntüleri iki boyuttan üç boyutlu gerçek uzaya çekmesini bekliyorlar. Gerçekten de araştırmacılar stereoskopik gerçekliğin değişik uygulamalarını arıyorlar. Paralaks (bakış açısının değişmesine göre değişen görüntüler) veya derinlikli üç boyutlu stereo görüntüler, gerçek zamanlı interaktif holografik video sistemleri, çok yüzeyli dönen görünümler, yapay gerçeklikli (virtual reality) bilgisayar ortamları, daha geniş görüş açılı ve daha yüksek çözünürlüklü gökkuşağı hologramları üzerinde çalışıyorlar. Teknik olarak bir hologram laser ışınlarının optik olarak ikiye ayrılmasıyla oluşur. Bir referans ışını filme gönderilir ve ışının dağılarak tüm filme homojen olarak çarpması sağlanır. Nesneye de bir ışın gönderilerek bunun filmi çekilecek olan cisme çarpması ve tüm cismi aydınlatacak kadar genişlemesi sağlanır. Bu ışın daha sonra dönerken cismin çarptığı noktası hakkında şekil, boyut ve yüzey yapısı gibi bilgileri taşır. Referans ışını ve nesnel ışın daha sonra holografik film üzerinde karşılaşır ve karışım deseni ışığa duyarlı film yüzeyine kaydedilir. Desen arkadan (geçirgen hologram) veya önden (yansıma hologram) ışıklandırılarak geliştirildikten sonra şaşırtıcı bir üç boyutlu görünüm oluşur. Görüntü holografik plakanın önünde veya arkasında yer alabilir. Görünüşte tüm hologramlar aynı ölçüde üç boyutlu değildir. Geniş bakış açısına sahip büyük bir hologramın derinliği, küçük ve dar açılı bir hologramınkinden daha fazladır. Holografik araştırma asistanı Mark Lucente şöyle demektedir: “İnsanların hologramda gördükleri, fiziksel ortama bağlıdır. Görüntü plakadan çok önde veya çok arkada olamaz ve ancak plaka kadar büyük olabilir.” Örneğin bir metrekarelik bir plaka üzerinde ancak bir metrekarelik bir görüntü sağlanabilir ve kredi kartları'nın üzerindekiler gibi bir gökkuşağı hologramı da küçüklüğü ve dar bakış açısı sebebiyle daha sığ görünecektir. Görünüşte farklı olmalarına rağmen bu iki hologram da filme dayalı sistemlerle oluşturulur.

Havada asılı gibi görünmek üzere hazırlanacak bir hologram fotografik plakalara dayanır, küçük bir gökkuşağı hologramı ise daha sonra filmin üzerine yerleştirilmek üzere yükseltilecektir. İlk hologram, görüntünün film yüzeyinden ileride veya geride görünmesini sağlayacak, yarım metrekarelik bir plaka kullanırken, ikinci hologramın küçük plakası daha vurgusuz bir görüntü sağlayacaktır. Bazı paketlerin ve video filmlerinin kutularında bulunan, gökkuşağı hologramları, beyaz ışık hologramlarının örnekleridir. Bu hologramlara beyaz ışık altında baktığınızda, cismin farklı bakış açılarından, değişik renklerdeki görüntülerini görebilirsiniz. Ama acaba bilim Prenses Liea'yı merceklerin, perdelerin veya diğer optik elemanların yardımı olmadan gerçekleştirebilecek mi - yani üç boyutlu uzayda süzülen gerçek görüntüyü? “Yıllardır herkes üç boyutluluğu taklit etti. Bu yeni bir çağın sadece başlangıcı” diyen Dr. Stephen Benton, MIT'te Uzaysal Görüntüler Bölümü başkanı. Ticari bir holografi şirketinin yetkilisi Chris Outwater da bu fikre katılıyor, “Esas olarak insanlar, gerçek zamanlı, renkli ve yekpare görüntüler istiyorlar. Ama teknoloji henüz o noktaya Düşlerle gerçek arasında henüz çok fark olmasına rağmen bu alanda yapılan yenilikler ve geliştirilen teknikler gerçekten şaşırtıcı. Örneğin MIT'teki araştırmacılar, film yerine kırmızı laser ve uzaysal ışık modülatörü kullanan bir süper bilgisayar tekniğiyle, boşlukta izlenebilen tek renkli minyatür hologramlar geliştirmekteler. Işık modülatörü bir ışık ışınını aynalarla odaklanan bir görsel desene çeviriyor. Sonuçta ortaya çıkan beş santimlik görüntü ışıkla oluşturulmuş ve bilgisayarla istendiği gibi değiştirilebilen gerçek bir görüntü. Bu tekniğe holovideo deniyor ve araştırmacılar bu sistemin en yüksek mertebesinde üç boyutlu holoscope'a (üç boyutlu bir ekran üzerindeki gösterim sistemi) ulaşarak CAD/CAM tasarımcılarının, bilim adamlarının ve diğer görsel çalışanların çalışmalarını gerçek üç boyutta ve renkli olarak izlemelerine olanak sağlamasını bekliyorlar. Texas Instruments'te çalışan araştırmacıların ilgi alanı ise bahsettiğimizden farklı ama yine filme dayanmayan bir sistem. Buradakiler de x, y ve z koordinatlarını çok düzenli bir sistemle küresel bir hacim içinde ifade edebiliyorlar. OmniView adı verilen sistem dönen, geçirgen bir ekran üzerine laser ışını düşürülmesine dayanıyor. Yüzey saniyede on kez kendi ekseni etrafında dönüyor (600 rpm). Dönen disk, tarayan bir laser ışını ile karşılaştığında üç boyutta noktalar belirleniyor, böylece izleyicinin her yandan görebileceği ışığı geçiren gerçekçi bir görüntü oluşuyor. R.Don Willams'a göre, “Bir hologramla aynı görüntüye sahip olan bu sistem, üç boyutlu uzayda yüksek kontrastlı renkli ışık noktaları gösterir. Gerçek cisimlerin görüntüsüne sahip görüntüler oluşturmak için bu noktaları alıp birleştirebilirsiniz: sonuçta boşlukta süzülen ve ışığı geçiren cisimler elde edebilirsiniz.” Kullanılan teknoloji ne olursa olsun, stereoskopik görüntülere olan ilgi hep esas kalıyor. Gelişmiş bilgisayar grafikleriyle çalışan kullanıcılar, stereo (iki gözle farklı algılanıp üç boyutlu olarak yorumlanan) görüntülerin iki boyutlu ekran gösterimlerinin ve şimdiye kadar yapılmış hacimsel gösterim araştırmalarının kaçınılmaz bir sonucu olarak bekliyorlar. Gerçekçi taklitler ve uzay-zamanla ilgili araştırmalar artık sanatçıları tatmin edemiyor. Prenses Leia'lar, gerçekçi, ışığı geçiren arabalar, havada asılı kalan üç boyutlu uzay gemileri hep bilimsel görüntüleme kullanıcılarının, taktik savaş simulatörlerinin, film yapımcılarının ve daha birçok alandaki kullanıcının hayali durumunda. Örneğin Chrysler otomobil şirketinde CAD/CAM yetkilisi olarak çalışan Michael Holmes'ün en büyük isteklerinden biri tasarladıktan sonra, istediği gibi değiştirip üzerinde mühendislik geometrisini uygulayabileceği bir araba taklidi. “İki boyutlu düz bir ekran yerine üç boyutlu bir gösterim ortamında çalışmayı çok isterdim - renkli dev bir hologram mesela” diyor Holmes. Chrysler de zaten, CAD ve CAM datasını olduğu gibi fotografik olarak gerçeğe çok yakın görüntüleri de işleyebilecek bir endüstriyel bilgisayar sistemini özelleştirip renkli bir hologram veya bu tür bir üç boyutlu sistem için hazırlıklar yapıyor. Holmes şu andaki holografik tekniğinin kendi isteklerini tam olarak yansıtamayacağının farkında ama yine de gerçek boyutlardaki bir holografik görüntüyü kendi amaçları için kullanabileceği fikrinde. “Eğer yeterince iyiyse kil model yapmanıza gerek kalmayabilir” diyor Holmes ve vam ediyor, “örneğin hologram üç boyutlu bir Etch-a-Sketch gibi olabilir, böylece arabanın kaportasına bir kabartı koyunca ne olacağını görebiliriz. Ya da holografik bir araştırma sistemi kurup, araştırma merkezine fiberglas model yerine holografik görüntüyü gönderebilirsiniz.”” Holmes'a göre, hologramlar tasarım-üretim aşamaları arasında boşa geçen zamanı, mühendislere fikirler değil istenen görüntünün kendini vererek değerlendirip bu süreci, kısaltabilirler.

General Motors'da otomotiv mühendisi olarak görev yapan Jeff Stevens'ın beklentileri daha mütevazi. Bir arabanın mükemmel hologramı fikrinden vazgeçmiş olsa bile MIT”'- nin Uzaysal Görüntüler Bölümü ile çalışıyor ve daha gerçekçi bir amaca ulaşmaya çalışıyor: holografik görüntüleri rafine ederek daha küçük ama daha yüksek çözünürlüklü ve daha geniş bakış açılı (80-90 derece) basılmış hologramlar elde etmek. *““Klasik basılmış hologramlarla çalışmak çok daha kolay” diye belirtiyor Stevens, “Normal bir kağıtmış gibi duvara asabilirsiniz, normal bir iki boyutlu görüntüden çok daha fazla bilgi sağlayacaktır Yakın geçmişte, basit üç boyutlu cisimlerin laserle yapılmış hologramları üç boyutlu animasyon filmlerinin ana kaynağını oluşturdu. Bilgisayar grafikleri artık kullanıcıya, hologram öznesi üzerinde alışılmamış kontrol olanağı sağlıyor. Örneğin holografçılar bir görüntüyü gösterimden önce istedikleri gibi değiştirerek gerçek cisim varolmayan şekillerde incelenmesini sağlıyorlar. Holografik bilgisayar animasyonları iki boyutlu akışların üç boyutlu holografik film üzerine kaydedilmesiyle oluşturuluyor. Beyin ise bu görüntüleri üç boyutlu olarak yorumluyor. Applied Holographics adlı şirketin çalışanları, büyük endüstriyel bir rafinerinin kesit görüntülerinden oluşan, bu tür bir uygulama yapmış. İşletmeci mühendis Craig Newswanger olayı şöyle anlatıyor, “Müşteri bize rafinerinin hidrojen tanklarının planlarını getirdi. Biz de bunları digitize ettik ve bilgisayarda yeniden canlandırdık. Daha sonra da bunların kesitlerini alarak yükselen hidrojenin nasıl görüneceğini canlandırdık.””

Bu hologram şu anda New York Hologram Müzesi'nde sergileniyor ve 100-300 karelik filmden oluşuyor. Kesitler izleyicinin gözü hareket ettikçe açığa çıkıyor. Newswanger, “üç boyutlu bir görünüm ve değişik perspektifler elde edebilmek için animasyonlar kullandık” diyor.

Son yıllarda renklendirme ve ışıklandırma konusunda yapılan yenilikler, laser yazıcılara direkt çıkış, geliştirilmiş paralaks ve daha gerçekçi rengeler elde etmek için ışığa duyarlı tabakanın kalınlığını değiştirerek duyarlılığı artırmak gibi sistemleri kapsayan yeni gösterim teknikleri kazandırmış. Şimdiye kadar sanatçılar da holografi konusuna eğildiler ve uzayzaman'a kendi bakış açılarını geliştirdiler. Harriet Casdin-Silver gibi bazıları da bilgisayar grafikleri, fotografi ve holografiyi birleştirerek sanatsal bir yaklaşımda bulundular. Ama teknik olarak yapılan ilerlemeler en çok holografik görüntüleri kapsayan bilgisayar interaktifliğinde oldu. Örneğin MİT'te, herbirinin kendine özgü gri tonları olan x, y ve z koordinatları şeklindeki bilgisayar dataları bir ışık modülatörüne yollanıyor. Oluşan ışık deseni bir kristalden geçirilerek titreşen dalgalar halinde uzaya yayılıyor. Daha sonra bunlar tek tek çizgiler haline getirilmek üzere optik tarama aygıtları tarafından yakalanıp odaklanıyor ve beş santimlik hologramlar haline getiriliyor. ““Hologramın bir çizgisini oluşturacak olan desenin sinyali zamanla değişerek gönderilebiliyor; kristali besleyip bunu ışık ışınına uyguluyoruz” diye açıklıyor Lucente. Işık ışını düşey 192 pozisyondan herhangi birinde yakalanabiliyor.

Uygulaması oldukça zor olan bu algoritma için 4 milyon dolarlık “Thinking Machines Connection Machine model 2” kullanılıyor. Gerçekten de bant genişliği o kadar geniş ki -30' derece bakış açılı 100 mm

- xXx 100 mm'lik bir hologramın dataları yaklaşık olarak 25 gigabyte hafıza kaplıyor- MIT araştırmacıları görüntünün düşey bakış açılarını tamamen kaldırmışlar ve yatay bakış açısını da 15 derece olarak belirlemişler. Ama bu sınırlamayı yaptıktan sonra görüntüyü gerçek-zamanlı olarak istedikleri gibi inceleyebiliyorlar. Bu tür problemler proje yönetmeni Benton'a pek dert olmuyor. “Üç boyütlü interaktif hologramlar yaratmayı başardık”” diyor Benton, “Ama holografi fotoğrafçılığın 100 yıl önce olduğu yerde henüz. Üç boyutlu görüntülerle uğraşan herkesin altından kalkması gereken tonlarca bilgi var. Bunların işlenmesi o kadar kolay değil Ancak her araştırmacı ve kullanıcı hologramın gelecekteki üç boyutlu gösterim olacağı fikrinde değil. Bir çoğu, kullanıcılar hareket paralaksı, daha iyi renk sabitliği ve daha yüksek çözünürlük, keskin görüntüler ve ucuz maliyet gibi özellikler istediği sürece, istenenlerin ancak alternatif teknolojiler veya başka sistemler tarafından sağlanabileceğini düşünüyor. Texas Instruments'tan R. Don Williams çalışmalarında başka bir yol izliyor. Daha önce Hollanda Delft Üniversitesi'nde temelleri atılan titreşen aynalar sistemi üzerine kurduğu çalışmalarında üç boyutlu görüntüler elde etmek için Williams dönel helis yüzeyler kullanıyor. “Bizim üzerinde çalıştığımız sistemler gerçek çok yüzeyli gösterimleri kapsıyor” diyor Williams. Özgün çalışmalar sırasında bilim adamları, izleyicinin kendi bakış açısından gözlemlenebilecek üçüncü bir boyut yaratmak için, CRT görüntüsünü yansıtacak titreşen bir ayna fikrini üretmişlerdi.

““Aynanın fiziksel hareketi uzakta veya yakında gibi görünen şeyler görmenizi sağlıyor” diye açıklıyor Williams. “Ama yine de bakış açısı ile sınırlısınız ve bir aynaya bakıyorsunuz. Titreşen bir ayna çok hızlı döndüğü için üçüncü boyut hissini veren görüntülerin tazelenmesi de geç oluyor.”

Williams bu sorunların çoğunu, çok hızlı dönen parabolik bir ekran ve laserli tarama cihazları kullanarak çözümlemiş. Williams'ın uygulaması normal hologramın getiremediklerini de getiriyor: tam bir paralaks. “Gerçek zamanlı holografi hesaplama açısından çok yoğun bir işlem, üstelik bakış açısı hâlâ çok dar”' diyen Williams şöyle devam ediyor, “insanların istediği hacimsel cisimler: gerçek uzayda bulunan, datalarını bilgisayardan alan ve yine üzerinde bilgisayarla istediğiniz gibi işlem yapabildiğiniz gerçek fiziksel Bu amaca ulaşmak için TI'daki sistem vektör datalarına başvuruyor. X, y ve z koordinatlarını bir iş istasyonundan alan sistem karmaşık algoritmalar yardımıyla laser tarayıcılarına. komutlar gönderiyor. Bu işlem Williams'a göre tarayıcılarına komutlar gönderiyor. Bu işlem Williams'a göre hesap açısından çok yoğun değil, tek bir mikroişlemci bile bu işin altından kalkabilir. ““Cismin etrafında dolaştıkça gerçek bir cisimden alacağınız hareket anahtarlarını alıyorsunuz. Bu sistemi bir uçağın içinden yeryüzünü izlemek için Ancak bu sistemin de iki önemli dezavantajı var. TI'nın sisteminde görünmeyen yüzeylerin kaldırılması özelliği yok. Bir de cisimler ışığı geçiren ışık noktalarından oluştukları için katı görünümü kazanmıyorlar. Bu ikinci faktör CAD/CAM uygulamalarındaki gibi katı cisim görüntüleri gerektiren uygulamalarda eski bir puan olacaktır. Yine de bu yaklaşım üç boyutlu görüntülemeye değişik bir bakış açısı getiriyor ve dahası da var. Dimension Technologies Inc.'de pazarlama bölümü başkanı olan Art Roberts, “Gözlük kullanmadan stereoskopik görüntüler izleyebilmek, şu anda üç boyutlu gösterim cihazlarına muhtaç birçok kullanıcıyı çekecektir.”

1990 SIGGRAPH Konferansı sırasında Dimension Technologies, patentli bir üç boyutlu gösterim monitörünü tanıttı. Bu monitör arkadan ışıklandırılmış LCD (liguid erystal display - sıvı kirstal ekran) sistemine ugün, umutlarını gerçek zamanlı holografi veya bilgisayar grafiklerine bağlayan tasarımcılar, hologramcılar, Pentagon savaş şefleri bilimin, görüntüleri iki boyuttan üç boyutlu gerçek uzaya çekmesini bekliyorlar. TE dayanıyor ve böylece bir cismin stereo görüntüsünü verebiliyor. ““Görüntünün kendisinin değinliği var” diyor Roberts. “LCD arkadan ışıklandırılmaya olanak tanır ve bizim teknolojimiz de ışık ışınlarını LCD'nin arkasından herbir göze ayrı gönderebiliyor.” Bunun bir tür otomatik üç boyutluluk sağladığını belirten Roberts, bunun gözlüklerle izlenen CRT sistemine iyi bir alternatif oluşturacağı kanısında.

Yapay gerçeklik uygulamaları da uzaysal görüntüleme alanında kendine bir yol arayabilir, çünkü bu sistemler daha önceden hazırlanmış bir ortam içerisinde gerçek-zamanlı olarak dolaşmanızı sağlıyor. Chrysler'- den Mike Holmes'a göre, “Bu hologramdan daha da iyi olabilir. Çünkü yapay gerçeklikte binanın içinde dilediğinizce dolaşabileceğiniz gibi elinize bir eldiven geçirip cisimlere dokunabilirsiniz.”” Ama Holmes bu sistemin uygulamalarının ancak kullanılabilecek düzeyde olduğunu belirtiyor. “Bize göre bilgisayarda mükemmel bir görüntü oluşturulmadıkça bunun gösterimi de pratik olmayacaktır.” O zaman kullanıcılar ne yapsın? Hayal kurmaya devam edebilirler tabi ki veya şu andaki üç boyutlu gösterim sistemlerinin geliştirilmesini bekleyebilirler. Ya da en baştaki holografik Prenses fikrine bağlı kalabilirler. Aslına bakarsanız bunun gerçekleşmesi o kadar mantıksız görünmüyor gibi. Teknoloji, istekleri yerine getirecek bir yapıya sahiptir. Örneğin, henüz etrafında dolaşabileceğiniz, derinlik hissi veren gerçek hologram yapılmamış olsa da sanatçılar bu hissi verebilmek için çeşitli hilelere başvurup gerçekten havada süzülüyormuş gibi görünen ve ışığı geçiren görüntüler sağlayabiliyorlar. Araştırmacılar, görüntüleri gerçek boyutlarda olmasa da en azından üç boyutlu holoskopun kullanıcılarına bunların gerçek olduğu izlenimini vereceğini ummaktadırlar. MIT'ten Benton kendi araştırmaları sonucunda hologram yerine cisimlerin gerçek derinliğe, boylara ve renge sahip üç boyutlu görüntülerinin CRT tüpleri yardımıyla izlenebileceğini düşünüyor. Bir noktadan sonra artık büyük boyutlarda, geniş bakış açılarında ve çok renkli hologramlar bilgisayar grafiklerinin de yardımıyla gösterilebilecek. Ama Benton hologramların, üç boyutlu, renkli, gerçek boylarda, havada süzülen interaktif hale gelebileceğinden şüphelidir.

“Bu tamamen başka bir hikâye.” 65