Визуализация нанотехнологий. Виртуальная витрина – интерактивный 3D мир внутри стеклянного куба

В этом выпуске мы расскажем вам о необычном 3D решении, которое впервые появилось около 8 лет назад в Германии в научно-исследовательском институте Фраунгофер.

Это решение называется «виртуальная витрина». Это технология расширенной реальности, где реальные объекты дополняются виртуальными и создают эффект единого визуального решения, практически неотличимого от реального.


Мы поговорим об этой технологии еще и потому, что одним из первых 3D приложений, созданных специально для демонстрации в «виртуальной витрине», было объяснение процесса фотосинтеза. Процесса, близкого к нанотехнологиям.


Фотосинтез, как нам известно еще со школы, - одна из важнейших химических реакций на земле. Вдобавок к тому, это довольно сложный процесс. Его сложно представить человеку, знакомому с технологией только на словах. Поэтому немецкие ученые решили использовать именно этот жизненно важный процесс как пример для наглядной визуализации фотосинтеза в «виртуальной витрине» и ее дальнейшей многомесячной инсталляции в Техническом Музее Бонна.


Процесс фотосинтеза строится на извлечении энергии из солнечного света. Кислород в этой реакции – лишь побочный продукт. Поскольку клетки не могут использовать солнечную энергию напрямую, им приходится преобразовывать ее из углекислого газа. В интерактивном объемном приложении внутри «виртуальной витрины» наглядно продемонстрировано, как именно происходит процесс преобразования. В качестве примера было решено использовать виртуальную модель пурпурной бактерии Rhodopseudomonas viridis.


Как выглядит такая витрина, как она устроена и что именно в ней можно увидеть? Давайте разберемся


Существуют два типа «виртуальных витрин». Первые построены на проекционных системах (с использованием проекторов), а вторые - на мониторах. Эти мониторы имеют частоту обновления картинки до 120 Гц. В первом случае система дороже и сложнее в настройке. В случае с мониторами создать виртуальную витрину дешевле и проще. Давайте взглянем на схему витрины второго типа.

Схема процесса фотосинтеза для виртуальной
витрины в Немецком Музее Бонна, Германия    © IMK Fraunhofer 

Виртуальная витрина для показа процесса фотосинтеза в Техническом Музее Бонна, Германия

Теперь представьте, что стекла на автомобиле расположены с наклоном к земле. Тогда в отражении вы увидите не себя, а часть земли. А теперь представьте, что внутри салона кто-то включил свет. Тогда вам станет видна еще и часть салона. То, что находится внутри «виртуальной витрины» и есть «салон» автомобиля – это реальный объект внутри. А то, что экраны отражают от мониторов – и есть виртуальная, несуществующая часть системы. Наблюдатель видит и то, и другое, и в его голове реальные и виртуальные образы складываются в единую картину.

Модель молекулы пурпурной бактерии

Такие виртуальные объекты легко «привязываются» к реальным объектам внутри «виртуальной витрины». Например, можно заставить виртуального клоуна ходить по реальной доске, или наложить анимированные мышцы на реальный череп динозавра. Или расположить объемную виртуальную структуру молекулы на реальных пластинах из оргстекла, с помощью которых демонстрировалась структура пурпурной бактерии.

Один из этапов 3D презентации в “виртуальной витрине» 

«Виртуальная витрина» занимает совсем небольшую площадь (от 2.5 м² до 4 м²) и может вмещать в себя несколько сотен виртуальных экспонатов. 

Использование технологий активного стерео дает очень качественный эффект стерео и показывают динамичные объекты со всех сторон. А специальные интерактивные устройства позволяют изменять 3D мир объекта простым движением руки. 

Это может быть очень наглядным и простым в управлении способом визуализации многих нанопроцессов, происходящих за пределами возможностей человеческого зрения. Исключительный эффект объема создает иллюзию присутствия, а в дополнение к этому появляется возможность моделировать различные ситуации и рассматривать 3D объекты в объеме с разных сторон и под разными углами.

«Виртуальная витрина» в Техническом Музее Бонна до сих пор продолжает свою работу. Так что каждый, кто будет в Бонне, может зайти и вживую понаблюдать и поработать с этой необычной системой.

А в следующем выпуске нашей колонки мы расскажем вам о «рабочем месте» нанотехнолога.

Автор: Валерия Холодкова, компания EligoVision (www.eligovision.ru)