Verra-t-on un jour un film en 3D projeté sur notre table basse ? Peter Schelkens, professeur à la VUB et chercheur chez imec, apporte une contribution majeure à cette quête du Graal holographique.
Qui n'a pas en mémoire la scène iconique de Star Wars où l'hologramme de la princesse Leia implore l'aide de Luke Skywalker ? L'holographie à son apogée, dans un film qui fête ses 40 ans. Nous avons encore du chemin pour transformer cette vision en réalité.
Aujourd'hui, les lunettes 3D au cinéma ou les casques VR simulent la 3D en exploitant la disparité binoculaire : l'œil gauche voit une image légèrement différente de l'œil droit, et le cerveau recrée l'illusion de profondeur. Cependant, ces projections stéréoscopiques provoquent souvent un inconfort dû au conflit d'accommodation-vergence. En conditions naturelles, regarder un objet proche induit une convergence des yeux vers le nez, tandis qu'un objet lointain provoque une divergence, avec un ajustement simultané de la lentille oculaire (accommodation). Avec un casque VR, les yeux fixent un écran à quelques centimètres, mais l'accommodation est forcée sur un point virtuel distant. Cette dissonance fatigue rapidement les yeux.
Un affichage holographique de table, comme dans Star Wars, éliminerait ce conflit : l'illusion 3D flotterait au-dessus de la surface sans lunettes, offrant une résolution de profondeur élevée sous divers angles de vue pour une expérience réaliste. Ces écrans représentent depuis longtemps le Saint Graal des technologies 3D.
Cependant, la route est semée d'embûches. Un écran de table holographique exige une immense quantité de pixels holographiques. Plus l'écran est grand et l'angle de vue large (jusqu'à 180°), plus les pixels doivent être minuscules : environ 200 nanomètres, soit la moitié de la longueur d'onde lumineuse utilisée. Cela génère un volume de pixels colossal.
L'holographie domestique ne débutera pas par des tables basses. Les premiers hologrammes numériques apparaîtront via des casques, où l'écran proche des yeux limite l'angle de vue (déplacement pupillaire de quelques millimètres seulement), rendant des pixels de 4 à 10 micromètres suffisants. Des prototypes émergent déjà pour les futures applications de réalité augmentée, promettant une profondeur parfaite.
Quelle que soit l'application, générer, encoder et transmettre efficacement les données holographiques reste crucial. Ce n'est pas si simple.
Dans une image classique, chaque pixel résulte d'une onde lumineuse incidente. Dans un hologramme, chaque pixel intègre la somme de toutes les ondes issues de chaque point de la scène 3D dans sa ligne de visée. Les algorithmes de traitement d'images traditionnels sont inadaptés.
De plus, des angles de vue élargis exigent des pixels plus petits et des datasets massifs. Bien que non simultanés pour un observateur, ils requièrent une génération continue. Une approche naïve imploserait en puissance de calcul et consommation électrique.
Peter Schelkens, professeur à ETRO (groupe de recherche imec à la VUB), a relevé ces défis via le projet ERC "INTERFERE", financé par une bourse prestigieuse.
INTERFERE propose une technique innovante pour accélérer le calcul holographique. À partir de nuages de points (générés par LIDAR par exemple), la méthode traditionnelle calcule la propagation lumineuse point par point, très coûteuse. INTERFERE divise le nuage en sous-ensembles, génère des hologrammes locaux par plan, et recombine : résultats équivalents, mais 2 500 fois plus rapides.
Le projet améliore aussi la compression : les méthodes classiques filtrent les hautes fréquences spatiales (moins perceptibles par l'œil), inadaptées aux hologrammes riches en hautes fréquences pour les angles larges. INTERFERE développe de nouvelles techniques, réduisant les données nécessaires sans perte de qualité.
Pour les hologrammes dynamiques, une méthode compense les mouvements (translations et rotations complètes). Elle prédit l'hologramme suivant avec précision, intégrée dans un codec vidéo holographique.
Évaluer objectivement les hologrammes manquait cruellement, freinant la recherche. INTERFERE définit pour la première fois des protocoles fiables.
Deux approches : métriques objectives (propriétés intrinsèques) ou subjectives (tests humains, fiables mais coûteux). INTERFERE valide une métrique objective par des tests utilisateurs, évitant désormais ces expériences longues et onéreuses.
