Исследователи из Университета Торонто разработали уникальную камеру, которая способна визуализировать движение света с любой точки зрения. Эта инновация открывает новые возможности в изучении света, а также в создании сложных визуальных эффектов и передовых технологий трехмерного сканирования.
Работа, представленная на Европейской конференции по компьютерному зрению 2024 года, позволяет наблюдать распространение света так, словно камера движется вместе с его фотонами. Как пояснил профессор Дэвид Линделл, один из авторов исследования, новая технология делает видимыми процессы, происходящие на временных масштабах скорости света, которые остаются недоступными человеческому глазу.
Система позволяет визуализировать свет, проходящий через прозрачные среды, например, воду или стекло, отражающийся от зеркальных поверхностей или рассеивающийся на различных объектах. Кроме того, ученые смогли зафиксировать явления, предсказанные еще Альбертом Эйнштейном. Среди них эффект прожектора, при котором объект, движущийся к наблюдателю, становится ярче, а также эффект сокращения длины, когда быстро движущийся объект кажется укороченным в направлении своего движения.
В основе этой технологии лежит инновационный алгоритм искусственного интеллекта, который воспроизводит ультрабыстрые процессы на видео. Синтез изображений позволяет реконструировать сцены, снятые с различных точек. Ранее подобные алгоритмы применялись только к изображениям и видеороликам, снятым обычными камерами. Однако в данном случае ученые впервые адаптировали его для работы с данными, полученными с помощью ультрабыстрой камеры. Алгоритм учитывает не только скорость света, но и его поведение при взаимодействии с различными объектами и средами.
Авторы проекта предполагают, что технология найдет применение в различных областях. Она может стать основой для новых методов нелинейной визуализации, которые позволят видеть объекты за углами или сквозь препятствия благодаря отраженному свету.
Также она окажется полезной для визуализации в сложных условиях – в тумане, при задымлении, в мутной воде или биологических средах живого организма. Еще одним важным направлением станет создание трехмерных моделей, где понимание поведения света после многократного рассеивания имеет ключевое значение.
Новые возможности визуализации
Потенциальное использование этой технологии выходит далеко за пределы научных экспериментов. Разработка может усовершенствовать лидары — устройства для трехмерного сканирования, применяемые в автономных транспортных средствах. Современные лидары сразу создают 3D-изображения на основе обработанных данных, но новая система позволяет сохранить необработанные данные, что дает возможность увидеть больше деталей, просматривать объекты за препятствиями и точнее анализировать материалы.
Кроме того, эта технология имеет значительный потенциал в искусстве. Один из участников проекта Анаг Малик выразил надежду, что разработка вдохновит на создание новых визуальных эффектов и интерактивных инсталляций, позволяя художникам и дизайнерам раскрыть красоту света по-новому.
Исследователи намерены продолжить развитие технологии. Следующим шагом станет разработка метода, который позволит использовать скрытую информацию, содержащуюся в свете, для точного восстановления трехмерной геометрии объектов. Это откроет возможность создавать детализированные модели пространства, основываясь только на том, как свет взаимодействует с окружающей средой.
Ранее ученые научили искусственный интеллект чувствовать поверхности.
