वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले

वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले डिवाइस एक डिस्प्ले डिवाइस है जो त्रि-आयामी अंतरिक्ष में किसी वस्तु का दृश्य प्रतिनिधित्व बनाता है, पारंपरिक स्क्रीन की समतल छवि के विपरीत जो विभिन्न भिन्न-भिन्न दृश्य प्रभावों के माध्यम से गहराई का अनुकरण करती है। इस क्षेत्र के अग्रदूतों द्वारा दी गई परिभाषा यह है कि वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले (x, y, z) अंतरिक्ष में अच्छी तरह से परिभाषित क्षेत्रों से उत्सर्जन, बिखरने या प्रकाश के रिले के माध्यम से 3डी इमेजरी बनाते हैं।

एक सच्चा वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले पर्यवेक्षक को त्रि-आयामी अंतरिक्ष में किसी भौतिक वस्तु का दृश्य अनुभव उत्पन्न करता है, तथापि ऐसी कोई वस्तु उपस्थित न हो। कथित वस्तु वास्तविक भौतिक वस्तु के समान विशेषताओं को प्रदर्शित करती है, जिससे पर्यवेक्षक इसे किसी भी दिशा से देख सकता है, कैमरे को विशिष्ट विवरण पर केंद्रित कर सकता है, और परिप्रेक्ष्य देख सकता है - जिसका अर्थ है कि दर्शक के निकटम छवि के भाग बड़े दिखाई देते हैं जो और भी दूर हैं.

वॉल्यूमेट्रिक 3डी डिस्प्ले विधिी रूप से ऑटो स्टिरियोस्कोप नहीं हैं, तथापि वे बिना सहायता वाली आंखों से दिखाई देने वाली त्रि-आयामी इमेजरी बनाते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि डिस्प्ले त्रिविम छवियां उत्पन्न नहीं करते हैं; वे स्वाभाविक रूप से आंखों को फोकल-डेप्थ होलोग्राफिक वेवफ्रंट प्रदान करते हैं। इसके कारण, उनके पास आवास (आंख), मोशन परालेक्स और सत्यापन जैसी भौतिक वस्तुओं की स्पष्ट विशेषताएं हैं।

वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले विभिन्न प्रकार के 3डी डिस्प्ले में से एक है। अन्य प्रकार हैं स्टीरियोस्कोप, दृश्य-अनुक्रमिक डिस्प्ले, इलेक्ट्रो-होलोग्राफ़िक डिस्प्ले, दो दृश्य डिस्प्ले, और पैनोरमाग्राम है।

चूँकि पहली बार 1912 में प्रतिपादित किया गया था, और यह विज्ञान कथाओं का प्रमुख भाग है, वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले अभी भी रोजमर्रा की जिंदगी में व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है। मेडिकल इमेजिंग, खनन, शिक्षा, विज्ञापन, सिमुलेशन, वीडियो गेम, संचार और भूभौतिकीय दृश्य सहित उपयोग की स्थितियों के साथ वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले के लिए विभिन्न संभावित बाजार हैं। आभासी वास्तविकता जैसे अन्य 3डी विज़ुअलाइज़ेशन टूल की तुलना में, वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले स्वाभाविक रूप से क्रिया की भिन्न विधि प्रदान करता है, जिससे लोगों के समूह को डिस्प्ले के आसपास इकट्ठा होने और 3डी चश्मा या अन्य हेड गियर लगाए बिना प्राकृतिक विधियों से क्रिया करने का अवसर मिलता है।

प्रकार
वॉल्यूमेट्रिक इमेजिंग उपकरणों के उत्पादन के लिए विभिन्न भिन्न-भिन्न प्रयास किए गए हैं। वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले की विविधता की कोई आधिकारिक तौर पर स्वीकृत वर्गीकरण (सामान्य) नहीं है, एक उद्देश्य जो उनकी विशेषताओं के विभिन्न क्रमपरिवर्तन से जटिल है। उदाहरण के लिए, वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले के अंदर प्रकाश या तो सीधे स्रोत से या दर्पण या कांच जैसी मध्यवर्ती सतह के माध्यम से आंख तक पहुंच सकती है; इसी तरह, यह सतह, जिसका मूर्त होना आवश्यक नहीं है, दोलन या घूर्णन जैसी गति से निकल सकती है। वर्गीकरण इस प्रकार है:

स्वेप्ट-वॉल्यूम डिस्प्ले
स्वेप्ट-सतह (या स्वेप्ट-वॉल्यूम) वॉल्यूमेट्रिक 3डी डिस्प्ले 3डी ऑब्जेक्ट के स्लाइस की श्रृंखला को 3डी छवि में जोड़ने के लिए दृष्टि की मानवीय दृढ़ता पर निर्भर करता है। विभिन्न प्रकार के स्वेप्ट-वॉल्यूम डिस्प्ले बनाए गए हैं।

उदाहरण के लिए, 3डी दृश्य को कम्प्यूटेशनल रूप से स्लाइस की श्रृंखला में विघटित किया जाता है, जो आयताकार, डिस्क-आकार, या हेलिकली क्रॉस-सेक्शन हो सकता है, जिसके बाद उन्हें गति से निकलने वाली डिस्प्ले सतह पर या उससे प्रक्षेपित किया जाता है। 2डी सतह पर छवि (सतह पर प्रक्षेपण, सतह में एम्बेडेड एलईडी या अन्य विधियों द्वारा बनाई गई) सतह के हिलने या घूमने पर बदल जाती है। दृष्टि की दृढ़ता के कारण मनुष्य प्रकाश की निरंतर मात्रा का अनुभव करता है। प्रदर्शन सतह परावर्तक, संचरणशील या दोनों का संयोजन हो सकती है।

एक अन्य प्रकार का 3डी डिस्प्ले जो स्वेप्ट-वॉल्यूम 3डी डिस्प्ले के वर्ग का अभ्यर्थी सदस्य है, वह वैरिफोकल मिरर आर्किटेक्चर है। इस प्रकार की प्रणाली के पहले संदर्भों में से एक 1966 से है, जिसमें कंपन दर्पण वाला ड्रमहेड उच्च-फ़्रेम-दर 2डी छवि स्रोत, जैसे वेक्टर डिस्प्ले, से गहराई सतहों के संबंधित सेट तक पैटर्न की श्रृंखला को दर्शाता है।

व्यावसायिक रूप से उपलब्ध स्वेप्ट-वॉल्यूम डिस्प्ले का उदाहरण वोक्सन फोटोनिक्स VX1 है। इस डिस्प्ले का वॉल्यूम क्षेत्र 18 सेमी * 18 सेमी * 8 सेमी गहरा है और यह प्रति सेकंड 500 मिलियन स्वर तक प्रस्तुत कर सकता है। VX1 के लिए सामग्री यूनिटी का उपयोग करके या मेडिकल इमेजिंग के लिए ओ.बी.जे, एसटीएल और डीआईसीओएम जैसे मानक 3डी फ़ाइल प्रकारों का उपयोग करके बनाई जा सकती है।



स्थिर आयतन
तथाकथित स्टैटिक-वॉल्यूम वॉल्यूमेट्रिक 3डी डिस्प्ले इमेज वॉल्यूम में किसी भी मैक्रोस्कोपिक मूविंग पार्ट्स के बिना इमेजरी बनाते हैं। यह स्पष्ट नहीं है कि इस डिस्प्ले क्लास में सदस्यता व्यवहार्य होने के लिए शेष सिस्टम को स्थिर रहना चाहिए या नहीं।

यह संभवतः वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले का सबसे प्रत्यक्ष रूप है। सबसे सरल स्थितियों में, सक्रिय तत्वों से अंतरिक्ष की पता योग्य मात्रा बनाई जाती है जो ऑफ स्टेट में पारदर्शी होती है किंतु ऑन स्टेट में या तो अपारदर्शी या चमकदार होती है। जब तत्व (जिन्हें वॉक्सेल कहा जाता है) सक्रिय होते हैं, तो वे डिस्प्ले के स्थान के अंदर ठोस पैटर्न दिखाते हैं।

विभिन्न स्थिर-मात्रा वाले वॉल्यूमेट्रिक 3डी डिस्प्ले ठोस, तरल या गैस में दृश्य विकिरण को प्रोत्साहित करने के लिए लेजर प्रकाश का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, कुछ शोधकर्ताओं ने दुर्लभ-पृथ्वी-डोपिंग (अर्धचालक) सामग्री के अंदर दो-चरण फोटॉन अपरूपांतरण पर भरोसा किया है, जब उपयुक्त आवृत्तियों के अवरक्त लेजर बीम को प्रतिच्छेद करके प्रकाशित किया जाता है।

आधुनिक प्रगति ने स्थैतिक-वॉल्यूम श्रेणी के गैर-मूर्त (मुक्त-स्थान) कार्यान्वयन पर ध्यान केंद्रित किया है, जो अंततः प्रदर्शन के साथ सीधे संपर्क की अनुमति दे सकता है। उदाहरण के लिए, विभिन्न प्रोजेक्टरों का उपयोग करके फॉग डिस्प्ले अंतरिक्ष की मात्रा में 3 डी छवि प्रस्तुत कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप स्थिर-वॉल्यूम वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले होता है।

2006 में प्रस्तुत विधि सामान्य हवा में फोकस (प्रकाशिकी) पर चमकते प्लाज्मा (भौतिकी) की गेंदों को बनाने के लिए केंद्रित स्पंदित अवरक्त लेज़र (प्रति सेकंड लगभग 100 पल्स ; प्रत्येक नैनोसेकंड तक चलने वाला) का उपयोग करके डिस्प्ले माध्यम को पूरी तरह से हटा देती है। केंद्र बिंदु दो गतिशील दर्पणों और स्लाइडिंग लेंस (प्रकाशिकी) द्वारा निर्देशित होता है, जो इसे हवा में आकृतियाँ बनाने की अनुमति देता है। प्रत्येक पल्स पॉपिंग ध्वनि उत्पन्न करती है, इसलिए उपकरण चलते समय चटकने लगता है। वर्तमान में यह घन मीटर के अंदर कहीं भी बिंदु उत्पन्न कर सकता है। ऐसा माना जाता है कि डिवाइस को किसी भी आकार तक बढ़ाया जा सकता है, जिससे आकाश में 3डी छवियां उत्पन्न की जा सकेंगी।

बाद में संशोधन जैसे कि प्लाज्मा ग्लोब के समान नियॉन/आर्गन/क्सीनन/हीलियम गैस मिश्रण का उपयोग और एक हुड और वैक्यूम पंपों को नियोजित करने वाली तीव्र गैस रीसाइक्लिंग प्रणाली इस विधि को दो-रंग (आर/डब्ल्यू) प्राप्त करने की अनुमति दे सकती है और संभवतः चमकदार प्लाज्मा शरीर के उत्सर्जन स्पेक्ट्रा को ट्यून करने के लिए प्रत्येक पल्स की पल्स चौड़ाई और तीव्रता को बदलकर आरजीबी इमेजरी।

2017 में, 3डी लाइट पैड के नाम से जाना जाने वाला नया डिस्प्ले प्रकाशित किया गया था। डिस्प्ले के माध्यम में तीन आयामों में संरचित प्रकाश उत्पन्न करने के लिए फोटोएक्टिवेबल अणुओं (स्पिरोडैमाइंस के रूप में जाना जाता है) और डिजिटल लाइट-प्रोसेसिंग (डीएलपी) विधि का वर्ग सम्मिलित है। यह विधि उच्च-शक्ति वाले लेज़रों और प्लाज्मा के उत्पादन की आवश्यकता को दरकिनार कर देती है, जो सुरक्षा के लिए चिंताओं को कम करती है और त्रि-आयामी डिस्प्ले की पहुंच में प्रभावशाली रूप से सुधार करती है। यूवी-प्रकाश और हरे-प्रकाश पैटर्न का लक्ष्य डाई समाधान है, जो फोटोएक्टिवेशन प्रारंभ करता है और इस प्रकार ऑन वोक्सल बनाता है। डिवाइस 200 μm रिज़ॉल्यूशन के साथं 0.683 मिमी का न्यूनतम स्वर आकार प्रदर्शित करने में सक्षम है, और सैकड़ों ऑन-ऑफ चक्रों में अच्छी स्थिरता प्रदर्शित करने में सक्षम है।

ह्यूमन-कंप्यूटर इंटरफ़ेस
वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले के अद्वितीय गुण, जिसमें 360-डिग्री व्यूइंग, सत्यापन और आवास (आंख) संकेतों का समझौता, और उनकी अंतर्निहित त्रि-आयामीता सम्मिलित हो सकती है, नई उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस विधि को सक्षम करती है। वर्तमान में वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले की गति और स्पष्टता लाभों, नए ग्राफिकल यूजर इंटरफेस, और वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले द्वारा बढ़ाया गया चिकित्सा अनुप्रयोग की जांच की जा रही है।।

इसके अतिरिक्त, ऐसे सॉफ़्टवेयर प्लेटफ़ॉर्म उपस्थित हैं जो देशी और विरासती 2डी और 3डी सामग्री को वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले पर वितरित करते हैं।

कलात्मक उपयोग
होलोग्रफ़ी, संगीत, वीडियो संश्लेषण, दूरदर्शी फिल्म, मूर्तिकला और अस्थायी व्यवस्था के तत्वों को मिलाकर, होलोग्लिफ़िक्स नामक कला रूप की खोज 1994 से की जा रही है। चूँकि इस प्रकार का डिस्प्ले दृश्य डेटा को वॉल्यूम में प्रस्तुत कर सकता है, यह एड्रेसेबल डिस्प्ले नहीं है और केवल लिसाजस कर्व में सक्षम है, जैसे कि गैल्वो या स्पीकर कोन से लेजर को उछालकर उत्पन्न किया जाता है।

तकनीकी चुनौतियाँ
ज्ञात वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले प्रौद्योगिकियों में भी विभिन्न कमियां हैं जो सिस्टम डिजाइनर द्वारा चुने गए ट्रेड-ऑफ के आधार पर प्रदर्शित होती हैं।

अधिकांशतः यह प्रमाणित किया जाता है कि वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले दर्शक-स्थिति-निर्भर प्रभावों जैसे अवरोधन और अस्पष्टता वाले दृश्यों का पुनर्निर्माण करने में असमर्थ हैं। यह गलत धारणा है; डिस्प्ले जिसके स्वरों में गैर-आइसोट्रोपिक विकिरण प्रोफाइल हैं, वास्तव में स्थिति-निर्भर प्रभावों को चित्रित करने में सक्षम हैं। आज तक, अवरोधन-सक्षम वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले के लिए दो स्थितियों की आवश्यकता होती है: (1) इमेजरी को स्लाइस के अतिरिक्त दृश्यों की श्रृंखला के रूप में प्रस्तुत और प्रक्षेपित किया जाता है, और (2) समय-भिन्न छवि सतह समान विसारक नहीं है। उदाहरण के लिए, शोधकर्ताओं ने परावर्तक और/या लंबवत विसरित स्क्रीन के साथ स्पिनिंग-स्क्रीन वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले का प्रदर्शन किया है जिनकी इमेजरी अवरोधन और अस्पष्टता प्रदर्शित करती है। प्रणाली ऊर्ध्वाधर विसारक पर तिरछे प्रक्षेपण द्वारा 360-डिग्री क्षेत्र के दृश्य के साथ एचपीओ 3डी इमेजरी बनाई गई; एक और एक घूर्णन नियंत्रित-प्रसार सतह पर 24 दृश्य प्रक्षेपित करता है; और दुसरी लंबवत उन्मुख लौवर का उपयोग करके 12-दृश्य छवियां प्रदान करता है।

अब तक, अवरोधन और अन्य स्थिति-निर्भर प्रभावों वाले दृश्यों को फिर से बनाने की क्षमता ऊर्ध्वाधर लंबन की मूल्य पर रही है, जिसमें 3 डी दृश्य विकृत दिखाई देता है यदि उन स्थानों के अतिरिक्त अन्य स्थानों से देखा जाता है जिनके लिए दृश्य उत्पन्न किया गया था।

एक अन्य विचार वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले पर इमेजरी को फीड करने के लिए आवश्यक बैंडविड्थ की बहुत बड़ी मात्रा है। उदाहरण के लिए, मानक 24-बिट रंग, 1024×768 रिज़ॉल्यूशन, फ्लैट/2डी डिस्प्ले को 60 फ्रेम प्रति सेकंड बनाए रखने के लिए डिस्प्ले हार्डवेयर पर लगभग 135 एमबी/एस भेजने की आवश्यकता होती है, जबकि 24 बिट प्रति वोक्सल, 1024×768× 1024 (जेड अक्ष में 1024 पिक्सेल परतें) वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले को 60 वॉल्यूम प्रति सेकंड बनाए रखने के लिए डिस्प्ले हार्डवेयर को लगभग तीन ऑर्डर अधिक परिमाण (135 जीबी/एस) भेजने की आवश्यकता होती है। नियमित 2डी वीडियो की तरह, प्रति सेकंड कम वॉल्यूम भेजकर और डिस्प्ले हार्डवेयर को अंतरिम में फ़्रेम दोहराने की अनुमति देकर, या डिस्प्ले के उन क्षेत्रों को प्रभावित करने के लिए केवल पर्याप्त डेटा भेजकर आवश्यक बैंडविड्थ को कम किया जा सकता है जिन्हें अपडेट करने की आवश्यकता है, जैसे एमपीईजी जैसे आधुनिक हानिपूर्ण-संपीड़न वीडियो प्रारूपों में यही स्थिति है। इसके अतिरिक्त, 3डी वॉल्यूमेट्रिक डिस्प्ले के लिए समकक्ष गुणवत्ता की 2डी इमेजरी के लिए आवश्यक मात्रा से अधिक सीपीयू और/या जीपीयू पावर के दो से तीन ऑर्डर की आवश्यकता होगी, कम से कम आंशिक रूप से डेटा की सरासर मात्रा के कारण जिसे बनाया जाना चाहिए और डिस्प्ले हार्डवेयर पर भेजा जाना चाहिए। चूँकि, यदि केवल वॉल्यूम की बाहरी सतह दिखाई देती है, तो आवश्यक स्वरों की संख्या पारंपरिक डिस्प्ले पर पिक्सेल की संख्या के समान क्रम की होगी। यह केवल तभी होगा जब स्वरों में अल्फा या पारदर्शिता मान न हों।

यह भी देखें

 * होलोग्राफी
 * वॉल्यूमेट्रिक हैप्टिक डिस्प्ले
 * वॉल्यूमेट्रिक वीडियो
 * वॉल्यूमेट्रिक प्रिंटिंग
 * वर्चुअल रेटिनल डिस्प्ले
 * डिस्प्ले डिवाइस
 * 3डी डिस्प्ले
 * ज़ेबरा इमेजिंग
 * ऑटोस्टीरियोस्कोपी
 * मल्टीस्कोपी
 * वर्जेंस-एकोमोडेशन कनफ्लिक्ट

अग्रिम पठन

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बाहरी संबंध

 * Dragon O - a commercially available Interactive Volumetric LED Display composed of 50cmx50cmx3m plugin modules. Positioned for audiovisual interactive experiences and installations
 * Volumetric Motion Picture and 3D Digital Film Forum
 * VisualCube — a small volumetric display composed of 6x6x6 voxels, each represented by a 2-color LED
 * Voxon Photonics — a commercially available swept-volume based volumetric display positioned for gaming and entertainment applications
 * Volumetric Displays — Summary of history, practical issues, and state of the art up until March 1996
 * The Return of the 3D Crystal Ball — A comprehensive article on Actuality Systems' Volumetric technology including an interview, pictures and a movie
 * Felix3D Display — Some examples for volumetric displays
 * Interactive 360° Light Field Display — by USC Institute for Creative Technologies
 * QinetiQ Autostereo 3D Display Wall — Press Release from 2004, perhaps discontinued as no further references found
 * SPIE / IS&T Stereoscopic Displays and Virtual Reality Applications annual global conference
 * Diffraction Influence on the Field of View and Resolution of Three-Dimensional Integral Imaging