La génération d’hologramme 3D en temps réel devient une réalité

Hologramme 3D : pourquoi en temps réel ?

L’hologramme 3D a investi notre quotidien depuis plusieurs années. Mais nombreux sont les utilisateurs de casques de réalité virtuelle à connaître les désagréments de la motion sickness. Nausées, fatigue oculaire, apparaissent souvent après une utilisation prolongée.

Ces inconvénients sont causés par les limites de la technologie qui modélise de la 3D en mouvement sur un plan 2D statique. Le léger décalage physiologique qui en résulte peut provoquer un phénomène proche du mal de mer.

Les scientifiques du Massachusetts Institutes of Technologie ont réussi à corriger ce défaut. Ils se sont aperçus que l’hologramme est la meilleure manière de regarder un sujet en 3D. Partant de cette base, ils ont orienté leurs recherches sur la mise au point d’un hologramme 3D amélioré, qui peut régler sa perspective en fonction de la direction du regard du spectateur. Ils ont fini par créer une méthode appelée « holographie tensorielle ».

Les origines de l’hologramme 3D

Les premiers hologrammes remontent au milieu du vingtième siècle. Ils ont d’abord été enregistrés par optique. Un faisceau laser divisé en deux éclairait pour moitié le sujet. L’autre moitié servait de référence pour la phase des ondes lumineuses. La sensation de profondeur de l’hologramme était créée par cette seconde moitié du laser. Mais le résultat obtenu était une image statique, incapable de capturer le mouvement. De plus, ces hologrammes de la première génération étaient imprimés, donc fastidieux à reproduire et à partager.

Avec l’arrivée de l’informatique, les techniques de projection d’hologramme se sont nettement améliorées. Il en existe trois principales :

• La projection d’hologramme par ventilateur à LED, qui projette un hologramme 3D donnant l’impression de flotter en suspension dans le vide. Ce procédé a l’avantage de ne nécessiter aucun support. Contrairement aux autres techniques, un simple projecteur suffitpour faire apparaître un flux vidéo 3D. La création d’hologrammes 3D avec un ventilateur à LED est applicable partout.
• La technique Pepper’s Ghost.Une image est projetée sur un support plat et fin. Il faut qu’il qui soit à la fois invisible à l’œil des spectateurs, mais assez dense pour capter la lumière projetée, comme une vitre ou un tissu en tulle par exemple. La vitre ou le tulle réfléchit alors l’image en miroir. L’avantage de cette technique de création d’hologrammes 3D est de pouvoir générer des hologrammes visibles à la lumière du jour. C’est l’une des plus populaires à l’heure actuelle, notamment pour les animations qui mettent en scène un personnage connu. Celui-ci n’a pas besoin d’être présent pour communiquer avec son public.
• L’holobox,qui consiste à faire apparaître un hologramme 3D à l’intérieur d’une boîte. L’holobox est un projecteur d’hologramme 3D facile à transporter, qui ne nécessite pas d’autre équipement que la boîte. Son autre point fort est de proposer des animations personnalisables à l’infini.

Bien qu’elles soient de plus en plus abouties, ces techniques de création d’hologrammes 3D présentent quelques défauts. Notamment la difficulté de leur mise au point, qui demande de lourds calculs. Mais surtout la fatigue oculaire et les nausées qui apparaissent après un usage prolongé des utilisateurs. Les chercheurs du Massachusetts Institutes of Technologie ont réussi à y remédier grâce à une méthode de pointe : l’holographie tensorielle.

Génération d’hologramme en temps réel : la méthode

L’holographie tensorielle est l’aboutissement de nombreux essais du MIT. Aidés de puissants ordinateurs, les chercheurs ont découvert un processus capable de projeter un hologramme 3D presque instantanément.

Le principe de la génération d’hologramme 3D en temps réel est de laisser une intelligence artificielle intégrer les bases de la physique.

• Les chercheurs ont créé un réseau de neurones convolutifs. Cette technique de traitement utilise une chaîne de tenseurs capables de recevoir un entraînement qui leur apprend à imiter le traitement humain de l’information visuelle. À noter que l’apprentissage d’un réseau neuronal demande un gros volume de données, de très haute qualité. Ce qui n’est pas le cas pour la création d’hologramme 3D classique.
• À l’aide d’un ordinateur, le MIT a produit une base de données personnalisée de quatre mille paires d’images. Chaque paire coïncide avec une image, qui contient les informations sur la profondeur et sur la couleur de chaque pixel. Chaque image est associée à son hologramme correspondant. Les hologrammes de la base de données ont été créés à partir de scènes aux formes et aux couleurs complexes. La profondeur des pixels a été répartie de manière uniforme en partant de l’arrière-plan, vers le premier plan. À chaque fois, un nouveau calcul gérait l’occlusion. Les données d’entraînement protocolaires sont issues de cette approche novatrice.
• Ensuite, l’intelligence artificielle a travaillé seule.Elle apprend par elle-même. Le réseau de neurones à convolution peut alors traiter les données liées au visuel et à la profondeur, de la même façon qu’un humain les capterait. Il apprend de chaque paire d’images. La chaîne de tenseurs réajuste en permanence ses paramètres de calculs, et perfectionne en continu sa capacité à générer des hologrammes 3D.
• La base de données contient un hologramme 3D par image. Grâce à une configuration multi-caméras, le réseau de neurones à convolution peut calculer la solution optimale de création d’hologramme 3D en un temps record.

Les avantages de la génération d’hologramme 3D par l’holographie tensorielle

L’énorme qualité de l’holographie tensorielle est de consommer moins de 1 MO de mémoire. Ce qui n’est rien, comparé aux dizaines (voire centaines) de giga-octets contenues dans les téléphones portables. Elle est également en mesure d’engendrer jusqu’à soixante hologrammes 3D par seconde avec une résolution 1080p.

Et plus spectaculaire encore : en une fraction de seconde, cette technique de projection holographique peut créer un hologramme 3D à partir d’une base d’images et d’informations sur la profondeur. N’importe quel écran peut servir, que ce soit un ordinateur, une tablette ou un smartphone. Et les données peuvent être calculées à partir d’un capteur ou d’un équipement multi-caméra standard.

Autant dire qu’il s’agit d’une percée technologique, qui impactera significativement de nombreux domaines.

Quel public pour l’hologramme 3D en temps réel ?

L’holographie tensorielle inaugure l’ère du projecteur d’hologramme 3D en temps réel. Elle ne nécessite pas d’équipement lourd, elle permet l’instantanéité. De quoi séduire de nombreux domaines d’applications.

L’hologramme en temps réel peut améliorer l’impression 3D volumétrique. Plus rapide que la technique « couche par couche », l’holographie tensorielle est aussi encore plus précise. Le monde de la santé peut également tirer profit de la projection holographique 3D. Visualisation de données médicales, conception de surfaces à propriété optiques personnalisées, les possibilités sont vastes.

Le domaine du jeu vidéo pourra immerger les utilisateurs dans des décors en réalité virtuelle encore plus réalistes. Qui plus est, ils seront débarrassés du mal de mer dû à la motion sickness.

Le secteur du marketing appréciera la souplesse d’utilisation permise par la facilité de création d’un hologramme en temps réel. Mettre au point des lancements de produits à fort impact ou des présentations de concepts coûtera beaucoup moins cher en budget comme en temps.

Les professionnels de l’événementiel ont eux aussi beaucoup à gagner. La génération d’hologramme 3D en temps réel facilitera la mise en œuvre des animations spectaculaires dont ils sont friands. La petite révolution apportée par l’holographie tensorielle correspond à leur besoin de transportabilité et de rapidité d’exécution. Et la qualité accrue des images générées ne peut que les emballer.

Quasi immédiate, peu onéreuse, et facile à mettre en place, la génération d’hologramme 3D en temps réel bouleverse la donne. Jusqu’à présent lourde à mettre en place, la projection d’hologramme 3D est désormais accessible grâce à l’holographie tensorielle. Dans un futur proche, il y a fort à parier que l’hologramme en temps réel trouvera sa place parmi les indispensables du quotidien.