近年、バーチャルとリアルの境目が徐々に変化しており、将来的には昔のSF映画で描かれていたようなバーチャルとリアルが混在する世界になるのではないかと期待されています。
最近では「VR」などの仮想空間を体感できる技術が発達しており、それに関する機器も続々と販売されるようになってきました。
このようなバーチャルにおける目覚ましい発展がされていく中で、最近では「3Dホログラム」にも世界から注目を集めているのです。
今回はそんな3Dホログラム技術の仕組みと、今後の活用方法などについてご紹介していきます。
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そもそもホログラムとは何か？
皆さんはホログラムというとどのようなものをイメージされるでしょうか？
よく映画などで出てくるように、何もないところから映像が出現するというのを思い浮かべる方も多いでしょう。
有名なSF作品にも数々のホログラム映像がイメージとして紹介されており、そういったイメージが先行的に浮かんでしまうのも無理はありません。
しかし、ホログラムの実態は「何もないところから映像が浮かび上がる技術」のことではないのです。
今、映像を見る上で欠かせないのはディスプレイです。テレビやパソコン、スマホには映像を映すための画面があり、そこに映像が平面的に表示されます。
しかし、ホログラムはそんな映像記録を立体で認知し、立体映像として映し出せるのです。
例えばカメラで3次元を撮影した映像は全て平面な世界の中にあり、結局カメラというのはレンズを通して平面的にしか記録することができません。
しかし、ホログラムの技術は立体的に映像を記録しておくことで、映像を表示する際にも立体的に映し出すことができるものなのです。
なので、何もないところから映像が浮かび上がるわけではなく、ホログラムを表示させるためには映像を映し出すためのディスプレイのようなものが必要となります。
3Dホログラムの仕組み・再生方法
3Dホログラムの仕組みとしてはまず情報を記録するところから既に3D要素が含まれてきます。物体には情報を含んだ「物体光」と呼ばれる光が発せられます。
この光を記録した感光媒体は同じ光を照射すると同時に「参照光」と呼ばれる別の光も照射して、2つの光が重なるようにします。
物体光と参照光はお互いに干渉し合って「干渉縞」と呼ばれる明暗パターンを生み出し、それに従って感光媒体は縞模様に感光されます。この縞模様がホログラムと呼ばれるものなのです。
この状態はまだ記録されただけであり、感光媒体を見ても何が記録されているのかは全く分からない状態となっています。
ただ、記録した時と同様に参照光を感光媒体に照射すると、ホログラムの縞模様によって光が回折（光が障害物の壁に回り込んでから伝わる現象）し、物体光と似た光をホログラムから発せられます。
この回折による光は元々の物体光が持つ情報を全て含んでいるため、立体的な映像が映し出されることになります。
これが、3Dホログラムが立体的に見える仕組みです。物体の情報を含んだ光を記録しておくことで、同じ光を当てると人間の目には記録されている光が立体的に見えるということになります。
普通の映像の仕組みとは何が違う？
普通の映像では光の色や強さが記録されています。光の色というのは波長によって異なります。
例えば虹が7色に見えるのは全て光の波長がそれぞれの色で異なるため、人間の目には7色に見えるのです。
光の強さは振幅がどれだけ大きいのかを指しており、振幅が大きければ大きいほど明るく感じられます。
ただ、光の振幅が小さくてもその量が多ければ明るさは変わるので、一概に振幅が小さいからと言って明るくないとは言えません。
この光の色と強さは物体に反射して情報も持ったまま媒体に記録されます。
単純に反射された光だけを情報として記録しているので平面的な映像になってしまうのです。
身近に使われているホログラム
3Dホログラムというとまだまだ近未来的なイメージであり、あまり身近に感じられないかもしれません。
しかし、実際にはホログラムの技術は既に様々なところで見られています。
例えば1万円札と5000円札の新札には人物が描かれている表面にホログラムが施されています。
このホログラムは「レインボーホログラム」と呼ばれるもので、自然光だけを使って画像を浮かび上がらせることができるものとなっています。
このホログラムは偽造が難しいと言われているため、1万円札や5000円札以外にも金券やクレジットカードなどに施されていることもあります。
今後の活用が期待できる、3Dホログラムの様々な方法
3Dホログラムは前述した通り、何もないところから映像が浮かび上がるというわけではありません。
3Dホログラムは必ず映像を映し出すための画面が必要となるのですが、何もない空間に映像を映し出したように見せるための方法がいくつか存在します。
どのような原理で何もない空間に映像を映し出しているように見せることができるのでしょうか？
また、これらはどのような活用方法が期待できるのでしょうか？
ペッパーズゴーストの応用
3Dホログラムに近いものとして幅広く使われているのが、「ペッパーズゴースト」と呼ばれている視覚トリックの応用です。
ペッパーズゴーストとは、元々劇場で使われていた仕掛けで、別の部屋にある物体に光を当てて、さらに板ガラスと照明技術によってガラスの奥で映像として映し出され、あたかもそこにいるかのように見せるという仕組みを言います。
このペッパーズゴーストはかなり古くから使われてきた演出方法ではあるものの、現代ではこれを応用して3Dホログラムのように見せる技術が開発されています。
どのような仕組みになっているのかというと、まず舞台に半透明のスクリーンを用意してそこに映像を透過させます。
このスクリーンは強い光は通してしまいますが、プロジェクターで投影された映像はスクリーンを通過せずスクリーン表面に映し出されます。
つまり、舞台の後ろにあるものや照明、人などは見える状態で映像が前面に浮かび上がってくるため、まるで本当に目の前に映像が浮かんできたような錯覚に陥ることになります。これはスクリーンの大きさを変えてしまえば様々な活用法ができ、ライブステージでのパフォーマンスだけでなく、自宅に設置して2次元のキャラクターと生活できるような商品開発も既に進められています。
ペッパーズゴーストの弱点としては、立体映像に見えて実は立体ではないということ、立体的に見える方向が限られてしまっていること、光の当て方にも制限があることなどが挙げられます。
そのため様々な活用はできますが、若干用途が限られてしまうようです。
水蒸気を活用した映像
ペッパーズゴーストの応用では、半透明のスクリーンに映像を映し出しており、スクリーンが全くないわけではありません。
このスクリーンも使わずに映像を投影する技術が既に開発されています。
それが、水蒸気を活用したものです。
機械から霧状に水蒸気を吹き出し、そこに情報を含む光を投影させることで水蒸気をスクリーン代わりにしています。
このスクリーンは水蒸気を触ったり動かしたりすることで映像に変化が見られます。
3Dホログラムのような立体感は少ないものの、スクリーンを水蒸気で作ってしまうというのは面白い技術の一つだと言えるでしょう。
網膜に直接映像を映し出す
これまでスクリーンに光を投影させることで立体的な映像を映し出していましたが、人間の目の網膜を使って立体的な映像を見せようとする技術も現在開発が進んでいます。
どういうことかというと、専用のゴーグルに網膜投影型の画面を組み合わせて、実際の景色を映像と重ねて見ることができます。
ゴーグルはシースルーになっており、実際の景色を見ながらゴーグルからは映像を映し出しているので立体的な映像が見えるという仕組みです。
これは実際の景色にゴーグルから映し出されるCG映像を組み合わせている状態であり、例えばSF映画を実際に目の前で体感しているかのようなことになります。
実際の景色との連動性や位置合わせ、専用ゴーグルを装着しないといけないなどの欠点もありますが、これらの欠点が改善されていけば、よりSF映画のような未来へ近づくことになるでしょう。
3Dホログラムは自作できる？
3Dホログラムはレーザー光や解像度の高いディスプレイデバイスなどがないと映し出すことは難しいですが、実はスマートフォンを活用して3Dホログラムに似た装置を作ることができます。まず準備するものとしてスマートフォン、CDケース、方眼紙、ペン、定規、カッター、テープを用意しましょう。
方眼紙に上辺1cm、下辺6cm、高さ3.5cmになる台形をペンと定規を使って書いていきます。
これを4枚作ったらカッターで切り取ってCDケースに置き、さらに転写していきます。
CDケースへの転写が終わったらカッターで切ってテープで止めたら完成です。
これをスマートフォンに上辺を組み合わせた小さい四角形の方を乗せて、Youtubeなどにアップされている3Dホログラム用の動画を流してみましょう。
すると、スマートフォンの画面から映像が飛び出して見えます。
とても簡易的なものなので、映像的に荒い部分もあるかもしれませんが、3Dホログラムを体験するのにおすすめです。
関連リンク
おすすめの3Dホログラム装置
現在世界中で3Dホログラムに関する研究や商品開発が行われており、既に3Dホログラムを投影させる装置も販売されています。
どのような装置があるのかご紹介していきましょう。
HOLHO
アメリカのHOLHOという会社で開発された3Dホログラムプロジェクターは2つあります。
1つは「HOLHO PYRAMID」と呼ばれるもので、ピラミッドの形をした小型のプロジェクターです。
これはスマートフォンやタブレットの上に置き、ホログラム用の映像を流すと映像が立体的に浮かび上がります。
仕組み的には上記で紹介した自作の簡易的3Dホログラム装置と変わりありませんが、やはりこちらの方がガラススクリーンを使っており解像度の高い3Dホログラム映像が見られるでしょう。
なお、スマートフォン用とタブレット用の2種類があり、スマートフォン用であればAndroidやiPhoneなど、機種に関係なく使うことが可能で、タブレット用は10～11インチのみに対応しています。
もう1つ、「HOLHO ZED」というプロジェクターは、タブレット専用の3Dプロジェクターとなっています。
プロジェクターの形は「Z」の形をしており、この上部にタブレットを設置してガラススクリーンに映像を映し出します。
HOLHO PYRAMIDに比べて大きな映像で見ることができ、さらにホログラム用の動画でなくても投影が可能となっています。
家族や友人同士で立体的な映像を見たい時はHOLHO ZEDの方がより見やすいでしょう。
Holus
Holusは様々な角度から立体的な映像を見ることができるピラミッド型ディスプレイです。
開発者用と家庭用、2つのエディションが用意されており、家庭用なら専用アプリを通してHolusに映像を流すことができます。
スマートフォンとの連動も可能で、Wi-FiやBluetoothに接続すれば電話した時に電話先の相手を3Dホログラム化して表示することも可能です。
テレビ電話がかなり立体的になって本当にすぐそこに電話先の相手と会話をしているように感じられます。
この技術は既にKick starterで話題を集めファンディングに成功しています。
将来的に商品として販売される可能性も十分に考えられます。
Phantom
Phantomは日本の株式会社Life is styleが開発した3Dホログラムツールです。
家庭用ではなく集客や販促向けに作られた広告ツールとなっています。
PhantomはLED光源を高速回転させながら3D映像を流すことで立体的に表示されます。
既にPhantomを導入している企業もあり、それぞれで展示会での集客ツールや店頭の販促ツールなどに活用されています。
株式会社Life is styleはPhantomのハード開発・制作だけではなく、3D映像制作技術も持ち合わせており、導入を検討している企業に対してハードだけではなく3D映像制作も実施しています。
企業にとっては新しさから集客を見込める嬉しい広告ツールの一つになるのではないでしょうか。
3Dホログラムの仕組みやおすすめの3Dホログラム装置などについてご紹介してきましたが、いかがでしたか？現代でも既に3Dホログラムの技術は高度なものになってきています。
今後さらなる技術の進歩に期待できますが、より早く3Dホログラムを体感したいという方は、上記で紹介した3Dホログラム装置に注目してみましょう。
3Dホログラムの仕組み・再生方法
ホログラムを再生するためには、振幅や波長、位相の3種類の光を記録・再生できる機器が必要です。
これらの機器はかなり高度なものとなっています。
そのため簡単に揃えるのは難しく、今街中で見られるあらゆる映像は3Dというわけではなく、それに似た映像技術であることが多いのです。
関連リンク
7Dホログラムとは？
7Dホログラムというのは、ホログラム映像を空間に映し出すことのみならず、触ったり、臭いを嗅げたり、感じたりと五感で楽しめる映像を映し出す技術になっています。
しかし、この7Dホログラムは実現化されているものではありません。
残念ながら今のところは「将来的にはできるかもしれない」という予想で留まってしまっていますが、7Dホログラムに関する動画が広まったことで開発に力が入るのではないかとされています。
まだまだ時間はかかるかもしれない技術ですが、実際に映像化に成功すればワクワクする体験が待っていることは間違いないでしょう。
