3D-Bilder Highspeed-Laser zaubert Live-Hologramme

Das Holodeck aus "Star Trek" ist noch Science Fiction. Doch eine neue Technik weckt die Hoffnung, dass die Phantasie Realität wird. Forschern ist es erstmals gelungen, Bilder beinahe in Echtzeit dreidimensional darzustellen - ohne Hilfsmittel wie etwa 3D-Brillen.

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Norma Jean Gargasz

Star-Trek-Fans kennen den schwarzen Raum mit dem gelben Linienraster gut: Im Holodeck können sich Raumschiffbesatzungen im Einsatz auf Erholungsreisen in fantastische Welten begeben. Die Idee dabei: Auf dem ansonsten eher öden Flug durchs All stimulieren die virtuellen Realitäten den Geist der furchtlosen Entdecker - und manchmal nicht nur das: Sporadisch entwickeln sich in den täuschend echt gestalteten Scheinwelten sogar amouröse Abenteuer zwischen den ansonsten eher keuschen Besatzungsmitgliedern.

Natürlich ist das Holodeck nur eine Fiktion. Und doch drängt sich der Vergleich unweigerlich auf, wenn man sich die aktuellen Arbeiten eines Forscherteams um Nasser Peyghambarian von der University of Arizona in Tucson (US-Bundesstaat Arizona) näher ansieht. Im Fachmagazin "Nature" berichten die Physiker von der Entwicklung eines Telepräsenzsystems, das auf Hologrammtechnik basiert - und so einen dreidimensionalen Seheindruck ermöglicht. Die Wissenschaftszeitschrift hat die rot-schwarzen Bilder vor lauter Begeisterung sogar aufs Titelblatt gehoben.

Im Labor haben die Forscher die gewünschten Ansichten auf ein gut zehn mal zehn Zentimeter großes Trägermaterial projiziert. Das besondere daran ist die Geschwindigkeit, mit der das passierte: Alle zwei Sekunden konnte ein Laser ein neues Bild schreiben. Bisher lag die dafür nötige Zeit bei vier bis fünf Minuten. Solch ein System hatten die Forscher um Peyghambarian vor gut zwei Jahren in "Nature" vorgestellt.

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Mittlerweile sei die zum Erzeugen des Bildes nötige Zeit aber um den Faktor 100 gesunken, erklären die Wissenschaftler. "Ein Fortschritt ist erzielt. Aber das Ganze ist auch ernüchternd, wenn man sieht, wie weit man noch vom Ziel entfernt ist", hält Ulrich Leiner vom Fraunhofer Institut für Telekommunikation in Berlin im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE dagegen. Denn klar ist, dass für viele kommerzielle Anwendungen noch weit höhere Wiederholungsraten nötig sind, etwa 30 Bilder pro Sekunde. Das System muss also noch einmal etwa um den Faktor 100 schneller werden.

Prinzessin Leia wäre noch nicht darstellbar

Die aktuellen Filmbeispiele der Forscher erinnern noch sehr an die Pioniertage des Fernsehens. Oder wenn man in der Science-Fiction-Welt bleiben möchte: Selbst der verrauschte 3D-Hilferuf, mit dem Prinzessin Leia in "Star Wars" den Jedi-Meister Obi-Wan Kenobi um Hilfe ruft, wäre mit der aktuellen Technik noch nicht drin. Das Bild könnte nicht oft genug aktualisiert werden, um die Bewegung der Schwester von Luke Skywalker auch nur einigermaßen flüssig darzustellen.

Und überhaupt: Lässt sich ein dreidimensionaler Seheindruck nicht viel einfacher herstellen als mit der Hologrammtechnik - zum Beispiel mit der aus dem Kino bekannten 3D-Brille? "Holographie betrachtet Dinge am ehesten so, wie sie Menschen tatsächlich wahrnehmen", kontert Forscher Peyghambarian. Man könne also aus quasi jedem Winkel auf das Objekt schauen. Und Probleme wie im Zusammenhang mit der 3D-Brille, etwa Schwindel oder Müdigkeit der Augen, gebe es auch nicht.

Außerdem hätten dreidimensionale Kinofilme für gewöhnlich nur zwei Perspektiven, eine für jedes Auge. Das neu entwickelte System biete dagegen 16 verschiedene Blickwinkel. Diese würden von ebenso vielen, in einem Halbkreis angeordneten Kameras aufgezeichnet - doch das sei erst der Anfang: "Die Technologie hat das Potenzial hunderte von Perspektiven zu zeigen", sagt Peyghambarian.

So könnten zum Beispiel Menschen im Kreis um einen Tisch sitzen und alle gleichzeitig ein Hologramm betrachten, das aus der Tischplatte kommt. Manche sehen das Bild dann von vorn, manche von der Seite und manche von hinten. Für Zuschauer eines Kinofilms mag das eine dumme Idee sein, Mediziner könnten die Darstellung hingegen nützlich finden. Allerdings schränkt Ulrich Leiner ein: "Gerade für Telemedizin braucht man hohe Auflösung und keine Verzögerung. Deswegen wird man die aktuell vorgestellte Technologie dafür als allerletztes einsetzen."

Spezielles Trägermedium entwickelt

Um die dreidimensionalen Bilder überhaupt erzeugen zu können, wird mit den Kameras zunächst das Reflektionsverhalten des gewünschten Objekts gefilmt. Das kann ein statisches Maschinenteil sein, ein dozierender Wissenschaftler - oder ein Prominenter, der im Supermarkt dreidimensional für den Kauf eines bestimmten Produktes wirbt. Diese Information wird dann von einem Computer gebündelt und über ein Netzwerk übertragen. Wegen der vergleichsweise hohen Datenmengen setzten die Forscher hier momentan ein normales Ethernet ein, also keine Internetverbindung.

Beim Empfänger schreibt ein grüner 50-Hertz-Pulslaser, der mit einem zweiten Referenzstrahl interagiert, die Informationen dann auf ein spezielles Trägermedium. Die Wissenschaftler nutzen dafür ein neu entwickeltes photorefraktives Polymer aus mehreren Schichten, das zwischen zwei speziellen Glasplatten eingebettet wird. Diese transparente Platte wird dann mit einer Leuchtdiode angestrahlt - und fertig ist das dreidimensionale Bild. Es besteht aus sogenannten Hogels. Das ist die einen Millimeter große 3D-Version der Pixel. Einmal gezeichnet bleiben die einzelnen Bilder mehrere Sekunden, zum Teil sogar Minuten lang stabil. Dann verblassen sie langsam - wenn sie nicht vorher schon durch ein neues Bild überschrieben werden.

Einstweilen ist die Darstellung noch einfarbig. Die Forscher gehen nach eigenen Angaben aber davon aus, dass sie auch farbige Systeme konstruieren können. Die Versuche müssen freilich allesamt in dunklen Räumen stattfinden, weil sich in heller Umgebung keine schwarzen Flächen projizieren lassen.

Trotz aller Schwierigkeiten versprechen die Wissenschaftler, dass die von ihnen nun vorgestellte Technik in sieben bis zehn Jahren in den Wohnzimmern interessierter Kunden zu finden sein könnte. Derzeit experimentieren sie bereits mit einem größeren Projektionsschirm. Bis zu einer Markteinführung bleibt aber noch sehr viel zu tun, so muss zum Beispiel der Stromverbrauch des Lasers sinken. Ein weiteres Problem sind die großen Datenmengen, die bei der Übertragung der Hologramme anfallen.

Deutsche Forscher haben eine eigene Idee zur Eindämmung der Datenflut. Dafür haben sie ein spezielles Display entwickelt. Die Technik der Dresdner Firma SeeReal zeigt immer nur die Ausschnitte eines Hologramms, auf denen die Augen des Betrachters gerade ruhen. Wandert der Blick, wird ein neuer Bildausschnitt berechnet.

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