Plášť neviditelnosti není jen Potterova iluze

22. listopad 2005

Kdo četl alespoň jeden díl Harryho Pottera, jistě si vzpomene na "plášť po jeho taťkovi". Tento plášť Harry dostal v prvním ročníku a ve zbývajících dílech se mu mnohokrát osvědčil. Moc to asi neříká tomu, kdo malému kouzelníkovi moc nefandí. Tudíž je nutno vysvětlit, že to byl plášť neviditelnosti.

Na jeho kouzelný plášť už můžete narazit i ve skutečnosti. Tedy spíš na jemu podobný. Lze se v této souvislosti zamyslet nad tím, jak iluzionista David Copperfield nechává mizet předměty i velké objekty (například Eiffelovu věž v Paříži nebo celý Orient Expres), ale až tak daleko nepůjdeme. Společným jmenovatelem mezi již existujícím neviditelným pláštěm a iluzemi Davida Copperfielda je vědecký výzkum a technický základ.

Menší úvod
Námi míněný plášť neviditelnosti, který před časem vzbudil velký rozruch díky agenturnímu zpravodajství o tzv. tele-existencích, je možné vyrábět. A to díky technologii optického maskování, kterou vyvinuli vědci z Tokijské univerzity. Bohužel nebo bohudíky tento plášť není jako ten Harryho a nefunguje jen tím, že si ho navléknete a jste neviditelní. Nositel, tedy ten, kdo má být neviditelný, má na sobě oblečení ze speciálního materiálu, které se podobá plášti s kapucí. Pozorovatel musí zatím stát v určité přesné pozici, aby viděl, nebo spíše neviděl nositele. Jinak uvidí pouze člověka v "pršiplášti". V podstatě nejste neviditelní, ale pozorovatel vidí objekty za vámi a vás nikoli. Výsledek je ovšem stejný.

Na čem to stojí
Někomu to bude možná líto, ale ani neviditelnost už nezískáte pomocí magie. Ta totiž má základy někde úplně jinde: v technologii rozšířené reality. Tu už v šedesátých letech propagoval Ivan Sutherland a jeho studenti. Naše neviditelnost má s Ivanovou technologií něco málo společného a krátké shrnutí neuškodí.

Technologie vylepšené reality spočívá v přidávání počítačově upravených dat do běžného života. Můžete si to představit jako počítačového poradce integrovaného do vlastního vidění reality. Jdete po ulici, a když se podíváte například na výkladní skříň obchodu, zobrazí se vám informace o dnešním zlevněném zboží. Ale na tom skle napsané nejsou. Nebo při pohledu na hrad se vám ukážou údaje o vstupném a historická data objektu. Ale aby bylo možné tato data ukázat, musíte mít nějaký přístroj, nejlépe brýle nebo něco takového. A také musíte mít dobrý počítač, který vám data zpracuje. A to jsou dvě věci, které potřebuje i naše technologie neviditelnosti neboli optického maskování.

Plášť a jeho materiál
Plášť neviditelnosti je vyroben ze speciálního retro-reflexního materiálu (a ne z chlupů polovida, jak mnozí čtenáři Harryho Pottera nesprávně předpokládají). Tento materiál je tvořen tisícovkami miniaturních kuliček na jedné straně. Ale bohužel tohle není ta neviditelná látka neviditelnosti. Tento materiál vás neudělá neviditelným, ale má jiné přednosti. Výhodou tohoto materiálu je, že když na jeho kuličky dopadne světlo, odráží ho přesně ve stejném úhlu zpět. Pro lepší pochopení je potřeba znát i problematiku odrazu světla na jiných druzích materiálu. Hladký povrch - odráží světlo pod stejným úhlem, pod jakým na plochu dopadlo; takový povrch najdete třeba na zrcadle; hrubý povrch - dopadající světlo se odráží nepravidelně a často se rozptýlí; retro-reflexní povrch - skleněné kuličky ve vnější vrstvě materiálu se chovají jako hranoly a odrážejí světlo po stejné dráze, po jaké přišlo, zpět do zdroje. Výsledkem je, že pozorovatel u zdroje světla obdrží více odraženého světla a tudíž vidí i jasnější odraz. Možná překvapivé je, že retro-reflexivní materiály nejsou žhavou novinkou přímo z laboratoře, ale že se docela běžně používají. Nalézt je můžeme třeba na dopravních značkách nebo na odrazkách kol, důležité jsou na reflexních vestách. Užívají se dokonce i v moderních kinech. Avšak pro plášť neviditelnosti jsou tyto materiály důležité jako voda pro rybu. K tomu jsou hned dva důvody, a to, že jsou vidět z dálky a venku při plném slunečním světle.

Viditelný a neviditelný
Úplné neviditelnosti nelze zatím dosáhnout a ani tento plášť vám ji nezaručí. Jde spíš o to, že z vás udělá dokonalého chameleona. Celý proces spočívá v tom, že objekt natáčený kamerou je promítán na plášť, který funguje v podstatě jako promítací plátno. K tomu potřebujete pět základních věcí: plášť, videokameru, počítač, projektor a speciální zrcadlo. Videokamera: Je umístěna za nositelem pláště z pohledu pozorovatele. Video musí být v digitálním formátu, aby bylo zpracovatelné v počítači. Počítač: Zachycené video z videokamery se přenáší do počítače, kde se vypočítá přiměřená perspektiva k simulování reality. Počítač musí být velmi výkonný. Upravený obraz se posílá do projektoru. Projektor: Projektor zajišťuje přenos už počítačově upraveného obrazu na plášť. Dosahuje toho promítáním světelného paprsku skrz velmi malý otvor. Tento otvor je regulován přístrojem zvaným duhová clona. Clona je vyrobena z tenkých neprůsvitných plátů, jejichž nastavováním se mění průměr otvoru. Pro optické maskování je důležitá co nejmenší dírka, aby mohl být nositel v plášti vzdálen jakoukoli rozumnou vzdálenost od projektoru. Zrcadlo: Rozdělovač paprsků nebo mísič, podle toho, jakou funkci právě plní. Toto zpola postříbřené zrcadlo má dvě funkce. Za prvé - usměrňuje paprsky z projektoru na plášť; za druhé - odražené paprsky z pláště směruje do pozorovatelova oka. Stříbrná polovina odráží světlo a průhledná polovina světlo přenáší. Pokud se pozorovatel správně postaví, může vnímat jak "pravé" světlo z okolního světa, tak i obraz upravený počítačem a promítaný na plášť. Dobré postavení je nezbytné, protože aby iluze neviditelnosti byla dokonalá, nesmí být počítačový svět odlišný od okolního světa.

Proces neviditelnosti
Teď, když už známe součásti, můžeme se podívat na celý proces.
1. Kamera natáčí digitální video prostředí za nositelem pláště.
2. Do počítače přichází natočené video. Ten provádí potřebné výpočty a upravuje video pro promítání na plášť.
3. Projektor dostává upravené video z počítače a promítá ho skrz malý otvor na stříbrnou část zrcadla.
4. Zrcadlo odráží promítaný obraz na nosiče s pláštěm.
5. Plášť odráží dopadající obraz zpět k zrcadlu.
6. Odražený obraz prochází skrz průhlednou část zrcadla k očím pozorovatele. Pozorovatel vidí přesně to, co se nachází za nositelem, a proto je navozena iluze neviditelnosti.

HMP
HMP je zkratka z anglického Head-Mounted Projector. Tato věcička je stále ve vývoji, ale bude obsahovat jak projektor, tak i zrcadlo, takže odpadne nutnost stále stát na určeném místě.

Použití v praxi
Ačkoli idea pláště neviditelnosti je zajímavá, dají se představit zajímavější nebo spíše užitečnější neviditelné věci.
1. Usnadnění parkování řidičům a přistávání pilotům. Prostě by se podívali skrz své dopravní prostředky a viděli by, kolik jim ještě zbývá místa.
2. Usnadnění chirurgických operací lékařům, aby by si viděli skrz své ruce nebo nástroje.
3. Ztráta potřeby oken pro rozhled do krajiny, necháte si totiž udělat transparentní zeď jen z vaší strany.
Chtěli jste někdy být na několika místech zároveň? S použitím retro-reflexního materiálu je to možné. Představte si, že jste v Praze, ale chcete být v Brně, abyste si mohli s někým popovídat z očí do očí. Použijete stejný postup jako s pláštěm neviditelnosti s tím rozdílem, že nebudete nahrávat něco na sebe, ale sebe na něco. Stejný postup může použít i člověk, se kterým chcete mluvit.

Iluze?
Je fakt, že tato vysvětlení bez hlubšího ponoru do problematiky optických jevů, digitální vizualizace a počítačového zobrazování nejsou příliš lapidární. Ale zkuste se zeptat Davida Copperfielda, jak nechává zmizet objekty ve svých monstrózních show za tučné vstupné? Bez těchto vědeckých principů by byl vyřízený. Ale protože pokročil dále než jeho kolegové, kteří nechávají mizet jenom králíky v klobouku, tak je v oboru iluzionismu a magie světovou špičkou. Optickými jevy na této úrovni se zabývají zcela seriózní vědecké týmy - například společnosti Tachi Laboratory (je napojená na Tokijskou univerzitu a vědecké know-how přinášejí její profesoři), Hewlett Packard v USA, Kwansei Gakuin University a NTT Communication Science Laboratories v Japonsku, spolupracují ve výzkumných programech Haptic Video, X'talVisor, Seelinder, SIGGRAPH2005 E-tech. Vědeckými špičkami v tomto oboru jsou především Japonci - Junji Watanabe, Susumi Tachi, Taro Maeda, Shin'ya Nishida. Tachiho laboratoře už mají dnes pobočky v USA (Tachi-S Engineering s Farmington Hills v Michiganu). Věnují se především vymýšlení metod, jak virtuální realita a teleexistence usnadní lidem život. Iluze Davida Copperfielda jsou vedlejším produktem. Ale je to dobrá zábava, všechna čest. Věda umí i bavit.

Více se dozvíte na Svět vědy.

autor: Martin Strnad
Spustit audio

Více z pořadu

E-shop Českého rozhlasu

Kdo jste vy? Klára, nebo učitel?

Tereza Kostková, moderátorka ČRo Dvojka

jak_klara_obratila_na web.jpg

Jak Klára obrátila všechno vzhůru nohama

Koupit

Knížka režiséra a herce Jakuba Nvoty v překladu Terezy Kostkové předkládá malým i velkým čtenářům dialogy malé Kláry a učitele o světě, který se dá vnímat docela jinak, než jak se píše v učebnicích.