XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Голограмма
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В прошлом году я побывала в Самаре, где увидела и узнала много красивого и интересного. Большое впечатление на меня произвел проект «Голограмма. Балет». На сцене были представлены уникальные номера в исполнении звезды мировой сцены, примы-балерины Большого театра – Ольги Смирновой, однако балерина оказалась лишь голограммой. Голограмма высочайшего качества создала эффект присутствия балерины на сцене. Все просто: вы буквально видите реальный объект, который на самом деле является объемной картинкой. Его можно обойти, рассмотреть со всех сторон, можно придать мощную глубину, которой не может похвастать никакая другая технология 3D-отображения.
Меня заинтересовала эта тема, говорят, что и самим можно создать голограммы, поэтому я решила изучить эту тему и найти способ создания своей голограммы.
Цель моей работы: Выяснить, что такое голограммы и понять, как они работают.
Объект исследования: голограмма.
Предмет исследования: процесс получения голограммы.
Гипотеза: голограмма – это сложная система, которую практически невозможно повторить в домашних условиях.
Задачи моей работы:
-
Познакомиться с историей возникновения голограммы;
-
Изучить виды голограмм;
-
Создать собственную голограмму в домашних условиях;
-
Сформировать выводы.
Методы исследования:
1.Сбор информации;
2. Моделирование;
3. Эксперимент;
4. Анализ и обобщение.
Глава № 1
Теоретическая часть
1. Что такое голограмма?
«Голография» в переводе с греческого означает «полная запись»: «голос» — полный, весь, целиком, «графе» — записываю, фиксирую.
Голография – это фотографический метод получения объемного изображения, основанный на взаимном наложении световых волн, в результате которого получаются изображения в высшей степени похожие на реальные. Такая фотографическая запись называется голограммой, то есть голограмма - это объемное изображение, полученное с помощью голографии.
Метод голографии, применяемый в основном для регистрации информации, которую несет свет, отражающийся от некоего объекта или проходящий сквозь него, пригоден отнюдь не только для видимого света.
2. Экскурс в прошлое
1.1 История голографии
Основоположником голографии является профессор Лондонского колледжа Деннис Габор. Занимаясь поисками способа повышения резкости изображений электронного микроскопа, он открыл новый способ записи изображений – голографию (приложение № 1).
При записи голограммы Деннис Габор использовал ртутную лампу. После проявления и отбеливания фотопластинка восстанавливала трехмерное изображение объекта. Результат был ошеломляющий, но мог взволновать пока только ученых, т. к. на голограмме можно было видеть мнимое, действительное изображения и восстанавливающий источник света одновременно, то мешало нормальному восприятию голограмм.
Голография начала бурно развиваться и приобрела большое практическое значение после того, как советскими физиками Басовым Н.Г. и Прохоровым А.М. в 1960 г. был создан первый лазер. В том же году профессором Маймамом Т. был сконструирован импульсный лазер на рубине. Эта система (в отличие от непрерывного лазера) дает мощные и короткие, длительностью в несколько наносекунд, лазерные импульсы, позволяющие фиксировать на голограмме подвижные объекты.
Начало изобразительной голографии было положено работами Эмметта Лейта и Юриса Упатниекса из Мичиганского Технологического Института в США. В 1962 году они получили первую объемную пропускающую голограмму, восстанавливаемую в лазерном свете. Схема записи голограмм, предложенная этими учеными, теперь используется в голографических лабораториях во всем мире.
Решающее значение для развития изобразительной голографии имели работы академика Денисюка Ю.Н. Он впервые получил отражательные голограммы, позволяющие воспроизводить объемные изображения в белом свете. Практически вся современная изобразительная голография базируется на методах, предложенных Денисюком Ю.Н. Первые высококачественные голограммы по этому методу были выполнены в 1968 году в СССР - Соболевым Г.А. и Стаселько Д.А., а в США - Зибертом Л.
В 1977 году Ллойд Кросс получил мультиплексную голограмму, состоящую из множества обычных фотографий объекта, снятых с множества точек зрения, лежащих в горизонтальной плоскости. При перемещении такой голограммы в поле зрения можно увидеть все запечатленные кадры.
С середины 1970-х годов ведутся разработки систем голографического кинематографа. В России значительные успехи в этом направлении были достигнуты специалистами Научно-исследовательского кино-фото института (НИКФИ) в Москве под руководством В.Г. Комара.
В результате своего развития голография позволила создавать качественные трехмерные изображения. Появилась новая область изобразительного искусства – художественная голография. Сальвадор Дали был первым художником, который использовал голограммы, создавая иллюзии объема. Так эффект рельефности передавала его работа как «Пейзаж с мухами» (приложение № 2). А с 1970 года он берется работать над стереоскопическими картинами.
Тем самым можно сказать, что художественная голография находится еще в начале своего пути. Все ее возможности еще до конца не раскрыты.
Уже сейчас голограммы применяются в архитектуре (приложение № 3). Это позволяет спроецировать здание и рассмотреть всю его конструкцию и недочеты.
В современном мире голография продолжает активно развиваться, и с каждым годом в этой области появляются новые интересные открытия. Нет сомнения, что в будущем изобразительной голографии предстоит занять в жизни людей еще более значительное место.
-
Виды голограмм.
Голографические изображения (голограммы) все шире входят в нашу жизнь. Обычным явлением они стали в выставочных залах, где демонстрируются голографические двойники скульптур, археологических находок, драгоценностей...
Существует несколько видов голограмм, различающихся по областям использования, однако, определяющими являются два: декоративные и защитные.
Основное назначение декоративных голограмм — привлечь покупателя. По оценкам экспертов, для того, чтобы покупатель в магазине принял решение о покупке, необходимо, чтобы его взгляд задержался на товаре минимум две секунды. Именно голограмма способна привлечь внимание к товару, выделить его среди множества, заинтриговать переливающимся рисунком, иллюзией объема и глубины. Широк простор для фантазии специалистов по рекламе, маркетингу и рекламе, дизайнеров и художников.
Однако наибольшее распространение на рынке приобрели именно защитные голограммы. Компании используют голографические метки для защиты своей высококачественной продукции.
По объемности восстановленного изображения выделяют следующие виды голограмм:
2D-голограммы это двумерная (плоская) голограмма. Изображение создается только в одной плоскости, но при этом может иметь эффекты объема. При изменении угла наблюдения меняется цвет отдельных частей изображения. 2D голограммы характеризуются высокой яркостью картины и нетребовательностью к качеству источника света. По сравнению с другими видами голографических изображений, они сравнительно легко подделываются или имитируются и потому сами по себе редко используются для защиты, за исключением малоценных товаров. (Приложение 4)
3D-голограммы воспроизводят объемное изображение реального объекта. Для их записи необходим реальный объект или его модель в масштабе 1:1. Такие голограммы полностью передают красочность и трехмерность объектов, однако их стойкость к оптическому копированию не очень высока. 3D-голограммы широко используются в комплексных задачах защиты и создания имиджа торговых марок. (Приложение 5)
С развитием технологий и вычислительной техники стали популярны так называемые цифровые голограммы, в которых изображение рассчитывается при помощи компьютера и синтезируется из набора точечных голограмм. Синтезированные голограммы отличаются от оптических (радужных) повышенной яркостью и простотой реализации всевозможных кинетических эффектов.
Промежуточное положение между цифровой и обычной голограммой занимает многоракурсная (мультиплексная) голограмма. В этом случае объект фотографируется обычным способом с различных углов зрения, после чего полученные таким способом снимки (ракурсы) записываются на смежные участки фотопластины. При наблюдении такой голограммы зрителю кажется, что он рассматривает объект с разных сторон, и в результате возникает иллюзия объемности изображения.
-
Применение голограмм в повседневной жизни
Наиболее широкое применение голография находит в науке и технике.
Голографическими методами контролируют точность изготовления изделий сложной формы, исследуют их деформации и вибрации. Для этого деталь, подлежащую контролю, облучают светом лазера, и отраженный свет пропускают сквозь голограмму эталонного образца. При отклонении размеров от эталонных, искажении формы и появлении поверхностных напряжений возникают полосы интерференции, число и расположение которых характеризует степень отличия изделия от образца или величину деформаций.
Аналогичным образом исследуют обтекание тел потоками жидкости и газа: голограммы позволяют не только увидеть в них вихри и области уплотнений, но и оценить их интенсивность.
Голографические защитные изображения представляют собой наклейки с переливающимся металлизированным рисунком, используются для защиты товара от подделок и вскрытия, предотвращения фальсификации документов и изделий.
Применение этикеток с голограммой создает конкурентное преимущество бренда среди аналогичного товара, является подтверждением качества и эксклюзивности продукции.
Использование голографического изображения позволяет создавать различные визуальные эффекты: объемный 3D рисунок, эффект движения картинки, скрытые изображения, тексты. Для создания этикетки, используется технология тиснения фольгой и лазерная гравировка.
Голограммы используются маркетологами для продвижения продукции. Они повышают степень доверия покупателей и потенциальных клиентов, влияют на лояльность потребителей к производителю, создают узнаваемость торговой марки, являются элементом брендирования (Приложение № 6)
Виды продукции для применения голографических наклеек:
- Парфюмерия и косметика;
- Бытовая техника, высокотехнологичные устройства;
- Продукты и напитки высокой ценовой категории;
- Документы государственного образца, патенты, сертификаты, регистрационные свидетельства, билеты;
- Фармацевтическая продукция;
- Алкогольная продукция.
В современных реалиях голография начала развиваться и в медицине, что облегчает выявление нарушений в организме и проведение различных операций повышенной сложности.
В мире набирают популярность концерты, спектакли голограмм. Вместо настоящих артистов на сцене - точная копия, созданная дизайнерами и инженерами. Неподдельным остается восторг зрителей: технологии уже на таком уровне, что кумиры как живые. На одном из таких спектаклей мне довелось побывать в г. Самара, где на сцене выступала балерина, и лишь когда балерина вдруг растворилась в воздухе, стало ясно — это ее голограмма (Приложение № 7)
Компьютерная компания «IBM» в 2015 году сделала заявление, что пользователям мобильной связи станут доступны трехмерные голографические звонки.
И такое случилось. Компания Holoconnects разработала устройство Holobox, которое похоже на телефонную будку, внутри нее находится реалистичная голограмма собеседника или заранее записанный цифровой аватар (Приложение № 8). А 26 сентября 2018 года в Москве состоялся первый в России голографический звонок в сети 5G. Абоненты, находясь физически в разных местах, могли общаться, наблюдая 3D-голограммы друг друга (Приложение № 9).
Глава № 2
Практическая часть. Создание голограммы
Когда я узнала, что такое голограмма и как она работает, мне стало интересно, возможно ли сделать простейшую голограмму в домашних условиях.
С помощью планшета и нехитрой пирамидки я смогла посмотреть видео с голограммой. Можно наслаждаться оптической иллюзией, движущимся 3D-изображением.
-
Итак, мне потребовалось:
-
лист пластика;
-
острый нож;
-
немного скотча или клей-пистолет;
-
линейка;
-
бумага.
-
Вырезать трафарет из бумаги для изготовления пирамиды: равнобедренный треугольник со стороной бедра 10 сантиметров.
-
С помощью трафарета разметить и вырезать из пластика четыре детали будущей пирамиды (Приложение № 10).
-
Склеить стороны деталей скотчем или клеем, получив пирамидку (Приложение № 11).
-
Смонтировать видеоролик.
-
Установить пирамидку усеченной вершиной на экран планшета.
-
Запустить 3D видео (Приложение № 12).
В итоге получилась «живая» объемная картинка. Четыре симметрично противоположных варианта одного и того же изображения проецируются на четыре грани пирамиды. Каждая сторона проецирует изображение, падающее на нее, в центр пирамиды. Эти проекции работают в унисон, образуя целую фигуру, которая создает трехмерную иллюзию.
Видео, отражаясь в гранях призмы, создаёт полную иллюзию движущегося 3D-изображения.
Конечно, это не настоящее 3D. Настоящая голограмма воссоздаёт 3D-объект, и сделать её не так-то просто, как минимум потребуются лазерные лучи. То, что видим мы, — просто оптическая иллюзия, созданная на основе 2D-видео.
При создании голографической пирамиды основной проблемой стал правильный подбор размеров деталей пирамиды с учетом размера экрана планшета. Я заметила, что чем больше грань пирамиды, тем крупнее изображение. Нужны были такие размеры, при которых центр изображения находилась ровно в центре пирамиды. Так же было замечено, что для более четкого изображения голограммы необходима полностью темная комната, чем темнее комната, тем четче изображение голограммы.
Я попробовала создать видеофайл со своим изображением. Вот что вышло (приложение № 13).
Заключение
Проведенная мной исследовательская работа дала мне много знаний об голограммах, их видах, об истории происхождения.
Благодаря проведенной работе я изучила технологию создания голограмм и создала свою собственную версию голограммы своими руками. Познакомилась с историей создания голограмм, узнала, где используются голограммы в нашей жизни.
Убедилась, что голография – одно из самых перспективных направлений развития науки на сегодняшний день, и совсем скоро голографические технологии войдут в повседневную человеческую жизнь.
Выбранная мной тема очень обширна, и в старших классах, когда познакомлюсь с предметом «Физика», я планирую продолжить исследование данной темы.
Источники информации
-
Интернет-ресурс Википедия;
2. http://howitworks.iknowit.ru/paper1632.html
3. Островский Ю.И. Голография и ее применение/ Островский// - М.: Наука. 1977 – 180с.
4. Пирожников Л.Б. Что такое голография? /Л.Б. Пирожников // М.:
1983 – 115с.
Приложение
№ 1 № 2
№ 3 № 4
№ 5 № 6
№ 7 № 8
№ 9 № 10
№ 11 № 12
№ 13