微云全息（NASDAQ:HOLO）開發(fā)多種算法實(shí)現(xiàn)CGH生成3D全息數(shù)字內(nèi)容

據(jù)報(bào)道，微云全息公司(納斯達(dá)克:HOLO)（以下簡稱為“HOLO”或“公司”），一家提供全息數(shù)字孿生技術(shù)服務(wù)提供商，開發(fā)多套算法支持基于計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)生成3D全息數(shù)字內(nèi)容。

微云全息根據(jù)計(jì)算機(jī)生成全息技術(shù)（CGH,Computer-Generated Holography）面臨的各種問題，關(guān)鍵是效率問題，研究和應(yīng)用了CGH多個算法，并對其進(jìn)行優(yōu)化以提高效率和提高3D全息數(shù)字圖像的質(zhì)量。微云全息在CGH計(jì)算中，通過對3D對象分解為多個基本單元，然后3D對象進(jìn)行景深數(shù)據(jù)編輯合成疊加所有基本單元數(shù)據(jù)來獲得全息數(shù)字圖像。因此，CGH涉及巨大的計(jì)算量，實(shí)現(xiàn)實(shí)時的動態(tài)全息3D顯示是一個很大的挑戰(zhàn)。特別是在3D對象復(fù)雜且全息數(shù)字圖像尺寸大的情況。微云全息基于點(diǎn)陣的算法、基于多邊形的算法和基于分層的算法，3個方案來提高計(jì)算效率，將優(yōu)化算法應(yīng)用在CGH之中。

微云全息基于點(diǎn)陣算法的CGH，將3D全息對象由數(shù)百萬個點(diǎn)陣表示，對象的每一個像素由一個點(diǎn)表示，照射全息數(shù)字內(nèi)容的球面波，全息數(shù)字內(nèi)容的復(fù)振幅分布可以通過疊加所有目標(biāo)點(diǎn)來獲得，通過提前計(jì)算所有可能的對象的點(diǎn)并將其存儲在計(jì)算機(jī)預(yù)先判斷中，可以大大減少計(jì)算的負(fù)擔(dān)。在微云全息基于點(diǎn)陣算法的CGH中，還可以通過在線和離線對算法進(jìn)行優(yōu)化，可在離線計(jì)算出來預(yù)3D全息數(shù)字點(diǎn)陣數(shù)據(jù)并存儲在表中，加快了全息圖的生成速度。此外，為減少3D全息數(shù)字內(nèi)容對內(nèi)存的量的占用，通過微云全息基于點(diǎn)陣算法，可以在一個3D全息對象沿軸向劃分為多個2D切片平面并且只有每個切片平面中心對象點(diǎn)為主，其他目標(biāo)點(diǎn)的可以根據(jù)空間坐標(biāo)中的相對位置關(guān)系，將同平面內(nèi)的點(diǎn)陣移位計(jì)算出來，通過將所有目標(biāo)點(diǎn)的偏移相加乘相應(yīng)的振幅得到結(jié)果，以此來減少計(jì)算量，同時為了減少內(nèi)存的占用量。通過微云全息CGH點(diǎn)陣算法不僅可以完整保留了全息數(shù)字圖像的完整相位與景深數(shù)據(jù)而且提高了整體的計(jì)算效率。

在微云全息基于點(diǎn)陣算法的CGH中，加快計(jì)算速度的另一種方法是減少每個對象點(diǎn)的計(jì)算區(qū)域。如在我們不需要百萬級點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的高精度全息數(shù)字圖像內(nèi)容時，或在同一圖層或幀的某些區(qū)域不需要更高精度的情況下，我們可以采取基于多邊形的全息數(shù)字內(nèi)容算法，微云全息基于多邊形算法，顧名思義算法將3D全息對象，視作數(shù)千個多邊形而不是數(shù)百萬個點(diǎn)。這樣，計(jì)算單元的數(shù)量顯著減少。在微云全息基于多邊形算法的CGH中，將每個多邊形視為一個多邊形孔徑，通過添加所有多邊形孔徑的衍射圖得到CGH，此外，結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的渲染算法，微云全息基于多邊形算法可以輕松地為3D場景添加紋理和陰影。基于多邊形的算法的核心問題，是傾斜平面和全息平面之間的衍射計(jì)算。在該算法中，3D全息對象被分成數(shù)千個傾斜的多邊形，這些多邊形并不平行于平面圖層?；诙噙呅嗡惴ǘx局部坐標(biāo)系中具有振幅和相位函數(shù)的基礎(chǔ)多邊形，并首先計(jì)算其頻譜。然后利用矩陣，從基礎(chǔ)多邊形和傾斜多邊形的頂點(diǎn)向量計(jì)算三維變換矩陣中的核心參數(shù)。3D全息變換包含三維空間中的平移、旋轉(zhuǎn)和縮放變換，因此可以使用三維變換矩陣中的核心參數(shù)一步計(jì)算CGH，來節(jié)省多邊形描繪，不需要額外的擴(kuò)散計(jì)算，也沒有深度限制。為了加快計(jì)算速度，采用基于多邊形的全解析算法，可以從基礎(chǔ)多邊形中明確表示出其解析譜。使用基礎(chǔ)多邊形和傾斜多邊形的，變換矩陣的解析譜計(jì)算出全息平面中任意多邊形的全局角譜。

微云全息基于點(diǎn)陣的算法和基于多邊形算法，都可以提供3D場景的精確幾何信息，但其計(jì)算量仍然很大。微云全息開發(fā)了基于層的算法以減少計(jì)算單元并加快計(jì)算速度。在基于層的算法中，將3D全息對象劃分為平行于全息平面的幾層，并且每層被視為一個獨(dú)立的計(jì)算單元。然后利用衍射計(jì)算每層的子全息圖，通過疊加所有子全息圖得到CGH。因?yàn)槿搜鄣姆直媛视邢?，基于層的算法比基于點(diǎn)陣的算法和基于多邊形算法，計(jì)算單元更小。微云全息基于層算法的CGH，也采用了角譜法，避免了近軸近似，計(jì)算了精確的衍射場，優(yōu)化基于層的算法來加快計(jì)算速度。

微云全息基于點(diǎn)陣算法、基于多邊形算法和基于層的算法，應(yīng)用于不同的客戶和場景的需要，可根據(jù)不同的需求應(yīng)用在不同的3D全息數(shù)字內(nèi)容或同一3D全息數(shù)字內(nèi)容制作，旨在優(yōu)化計(jì)算方法和提高計(jì)算的效率，可以實(shí)現(xiàn)快速生成全息數(shù)字內(nèi)容，在現(xiàn)在各行業(yè)如直播、娛樂、電商、教育等行業(yè)都在讓內(nèi)容走向3D全息化的今天有著非常積極的促進(jìn)作用，各行業(yè)都需要3D全息內(nèi)容或產(chǎn)品展示輕量化服務(wù)以加快終端的響應(yīng)效率，因此微云全息開發(fā)的3D全息數(shù)字內(nèi)容算法有效提高計(jì)算效率，有著非常重要的行業(yè)意義和應(yīng)用價值。

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