4.8: التصوير المجسم

أهداف التعلم

في نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:

• وصف كيفية تسجيل صورة ثلاثية الأبعاد كصورة ثلاثية الأبعاد
• وصف كيفية تكوين صورة ثلاثية الأبعاد من صورة ثلاثية الأبعاد

الهولوغرام، مثل الموجود في الشكل\(\PageIndex{1}\)، هو صورة حقيقية ثلاثية الأبعاد مسجلة على فيلم بواسطة الليزر. تُستخدم الصور المجسمة للتسلية؛ والديكور على المواد الجديدة وأغلفة المجلات؛ والأمن على بطاقات الائتمان ورخص القيادة (هناك حاجة إلى ليزر ومعدات أخرى لإعادة إنتاجها)؛ وللتخزين الجاد للمعلومات ثلاثية الأبعاد. يمكنك أن ترى أن الهولوغرام هو صورة حقيقية ثلاثية الأبعاد لأن الكائنات تغير الموضع النسبي في الصورة عند عرضها من زوايا مختلفة.

الشكل\(\PageIndex{1}\): عادةً ما تحتوي بطاقات الائتمان على صور ثلاثية الأبعاد للشعارات، مما يجعل من الصعب إعادة إنتاجها. (تصوير دومينيك ألفيس)

اسم الهولوغرام يعني «الصورة الكاملة» (من هولو اليونانية، كما هو الحال في الشمولية) لأن الصورة ثلاثية الأبعاد. التصوير المجسم هو عملية إنتاج الصور المجسمة، وعلى الرغم من تسجيلها على فيلم فوتوغرافي، إلا أن العملية تختلف تمامًا عن التصوير العادي. يستخدم التصوير المجسم التداخل الضوئي أو البصريات الموجية، بينما يستخدم التصوير العادي البصريات الهندسية. \(\PageIndex{2}\)يوضح الشكل إحدى طرق إنتاج صورة ثلاثية الأبعاد. يتم تقسيم الضوء المتماسك الصادر من الليزر بواسطة مرآة، حيث يضيء جزء من الضوء الكائن. أما الجزء المتبقي، الذي يسمى الشعاع المرجعي، فيضيء مباشرة على قطعة من الفيلم. يتداخل الضوء المبعثر من الجسم مع الشعاع المرجعي، مما ينتج عنه تداخل بنّاء ومدمر. ونتيجة لذلك، يبدو الفيلم المكشوف ضبابيًا، لكن الفحص الدقيق يكشف عن نمط تداخل معقد مخزن عليه. عندما كان التداخل بناءً، يتم تعتيم الفيلم (وهو سلبي بالفعل). يُطلق على التصوير المجسم أحيانًا اسم التصوير بدون عدسة، لأنه يستخدم الخصائص الموجية للضوء، على عكس التصوير العادي، الذي يستخدم البصريات الهندسية ويتطلب العدسات.

الشكل\(\PageIndex{2}\): إنتاج صورة ثلاثية الأبعاد. ينتج الضوء المتماسك أحادي الطول الموجي الصادر من الليزر نمط تداخل محدد جيدًا على قطعة من الفيلم. يتم تقسيم شعاع الليزر بواسطة مرآة فضية جزئيًا، حيث يضيء جزء من الضوء الكائن ويضيء الباقي مباشرة على الفيلم. (الائتمان: تعديل العمل من قبل ماريانا رويز فياريال)

يمكن للضوء الساقط على صورة ثلاثية الأبعاد أن يشكل صورة ثلاثية الأبعاد للكائن الأصلي. العملية معقدة من حيث التفاصيل، ولكن يمكن فهم الأساسيات، كما هو موضح في الشكل\(\PageIndex{3}\)، حيث يتم الآن استخدام ليزر من نفس النوع الذي كشف الفيلم لإضاءته. المناطق الصغيرة المكشوفة التي لا تعد ولا تحصى من الفيلم مظلمة وتحجب الضوء، بينما تسمح المناطق الأقل تعرضًا للضوء بالمرور. وبالتالي فإن الفيلم يشبه إلى حد كبير مجموعة من حواجز الحيود ذات أنماط التباعد المختلفة. ينحرف الضوء الذي يمر عبر الهولوغرام في اتجاهات مختلفة، مما ينتج صورًا حقيقية وافتراضية للكائن المستخدم في عرض الفيلم. نمط التداخل هو نفسه الذي ينتجه الكائن. يمنحك تحريك عينك إلى أماكن مختلفة في نمط التداخل وجهات نظر مختلفة، تمامًا كما لو نظرت مباشرة إلى الكائن. وهكذا تبدو الصورة مثل الكائن وهي ثلاثية الأبعاد مثل الكائن.

الشكل\(\PageIndex{3}\): صورة ثلاثية الأبعاد للإرسال هي تلك التي تنتج صورًا حقيقية وافتراضية عندما يتم تمرير ليزر من نفس النوع الذي كشف الهولوغرام من خلاله. ينتج الانحراف عن أجزاء مختلفة من الفيلم نفس نمط التداخل الذي أنتجه الكائن الذي تم استخدامه لفضحه. (الائتمان: تعديل العمل من قبل ماريانا رويز فياريال)

الصورة الثلاثية الأبعاد الموضحة في الشكل\(\PageIndex{3}\) هي صورة ثلاثية الأبعاد للإرسال. الصور المجسمة التي يتم عرضها بالضوء المنعكس، مثل الصور المجسمة للضوء الأبيض على بطاقات الائتمان، هي صور ثلاثية الأبعاد للانعكاس وهي أكثر شيوعًا. غالبًا ما تظهر الصور المجسمة للضوء الأبيض ضبابية قليلاً مع حواف قوس قزح، لأن أنماط الحيود لألوان الضوء المختلفة تكون في مواقع مختلفة قليلاً بسبب أطوال موجية مختلفة. تشمل الاستخدامات الأخرى للتصوير المجسم جميع أنواع تخزين المعلومات ثلاثية الأبعاد، مثل التماثيل في المتاحف، والدراسات الهندسية للهياكل، وصور الأعضاء البشرية.

تم اختراع التصوير المجسم في أواخر الأربعينيات من قبل دينيس غابور (1900-1970)، الذي فاز بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 1971 عن عمله، وأصبح التصوير المجسم أكثر عملية بكثير مع تطور الليزر. نظرًا لأن الليزر ينتج ضوءًا متماسكًا بطول موجة واحدة، فإن أنماط التداخل الخاصة به أكثر وضوحًا. الدقة كبيرة جدًا لدرجة أنه من الممكن تسجيل العديد من الصور المجسمة على قطعة واحدة من الفيلم بمجرد تغيير زاوية الفيلم لكل صورة متتالية. هذه هي الطريقة التي يتم بها إنتاج الصور المجسمة التي تتحرك أثناء السير بها - نوع من الأفلام الخالية من العدسات.

بطريقة مماثلة، في المجال الطبي، سمحت الصور المجسمة بعرض ثلاثي الأبعاد كامل للأشياء من كومة من الصور. يعد تخزين هذه الصور للاستخدام المستقبلي أمرًا سهلاً نسبيًا. باستخدام المنظار، يمكن عمل صور ثلاثية الأبعاد عالية الدقة للأعضاء والأنسجة الداخلية.