Comment fonctionnent les hologrammes ?

Comparaison des principales technologies d’affichage holographique

Ventilateurs, film de projection, ghost mesh, HoloBoxes et écrans light-field créent tous des effets holographiques de façons très différentes

Une personne semble se tenir dans une boîte en verre. Une basket tourne dans les airs. Un intervenant s’adresse à un public situé à des milliers de kilomètres à taille humaine. Un personnage numérique se matérialise sur une scène de concert.

Nous avons pris l’habitude d’appeler toutes ces choses des hologrammes, mais ce mot pose un problème fascinant : elles ne fonctionnent pas toutes de la même manière.

Certains displays holographiques utilisent des LED en mouvement rapide. D’autres utilisent des films transparents, des voiles ou des mailles et une projection soigneusement contrôlée. Certains génèrent de nombreuses vues différentes d’une scène 3D en même temps. Des systèmes de sociétés comme Miirage, Proto et HoloConnects utilisent encore une autre approche, combinant un écran transparent avec un éclairage contrôlé, une profondeur physique et du contenu spécialement préparé.

La destination visuelle est similaire. L’ingénierie est complètement différente.

D’abord, qu’est-ce qu’un véritable hologramme ?

L’holographie optique traditionnelle possède une définition scientifique beaucoup plus étroite que le mot utilisé dans la publicité, l’événementiel ou la culture populaire.

Une photographie conventionnelle enregistre l’intensité de la lumière arrivant sur une surface. L’holographie traditionnelle enregistre des informations sur le front d’onde lumineuse grâce aux interférences. Lorsque ce motif enregistré est correctement éclairé, la diffraction peut reconstruire le front d’onde d’origine et reproduire les informations spatiales de la scène initiale.

C’est pourquoi l’interférence et la diffraction sont fondamentales pour l’holographie optique. Une introduction d’Optica à l’holographie décrit ces phénomènes comme les bases permettant de comprendre l’enregistrement et la reconstruction.

La plupart des displays commerciaux qualifiés d’hologrammes ne reconstruisent pas un front d’onde optique complet de cette manière. Ils créent plutôt suffisamment d’indices visuels de profondeur pour que le système visuel humain accepte l’illusion.

Perspective, contraste, échelle, ombres, occlusion, transparence, disparité binoculaire et parallaxe de mouvement peuvent tous donner à une image l’impression d’occuper un espace physique.

Quatre voies différentes vers l’illusion holographique

La plupart des displays holographiques commerciaux modernes peuvent être regroupés en quatre grandes familles technologiques :

  • Ventilateurs holographiques et displays à persistance rétinienne
  • Systèmes de projection utilisant film transparent, tulle ou ghost mesh
  • HoloBoxes à écran transparent
  • Displays light-field et multi-vues

À distance, ils peuvent sembler similaires. Mais derrière l’image, ce qui se passe est complètement différent.

1. Comment fonctionnent les ventilateurs holographiques ?

Les ventilateurs holographiques comptent parmi les technologies d’affichage les plus étranges lorsqu’ils sont éteints. Ils ressemblent à des bras rotatifs ou à des pales portant des rangées de LED. Une fois allumés et suffisamment rapides, une grande partie du mécanisme physique devient difficile à percevoir. À sa place, un objet numérique lumineux semble flotter dans l’air.

Le principe sous-jacent est généralement appelé persistance de la vision, ou POV. Les LED montées sur un bras rotatif s’allument et s’éteignent à des positions calculées avec précision. Au lieu de remplir en permanence un écran rectangulaire de pixels, les mêmes LED occupent successivement de nombreuses positions différentes pendant la rotation.

Une démonstration d’ingénierie utilisait 40 LED adressables indépendamment pour créer l’illusion d’environ 4 800 pixels à plus de 30 images par seconde. Le projet montre comment un nombre relativement faible de LED physiques peut « peindre » une image bien plus grande en se déplaçant dans l’espace. Voir le projet de display à persistance de vision.

Des systèmes commerciaux comme HYPERVSN appliquent le même principe général sous une forme beaucoup plus aboutie. Les objets, logos et animations soigneusement conçus fonctionnent particulièrement bien parce que les LED n’éclairent que les parties de la scène qui doivent être visibles. Il n’y a pas de fond rectangulaire lumineux conventionnel autour de l’image.

Cela ne signifie généralement pas que l’image remplit librement un volume tridimensionnel. Dans un ventilateur holographique typique, l’image est dessinée dans le plan balayé par les LED en rotation. L’illusion d’un objet flottant en espace ouvert vient en partie du fait que le mécanisme d’affichage lui-même devient visuellement discret.

C’est une solution remarquablement ingénieuse, mais elle implique aussi des éléments mécaniques en mouvement rapide. Cela a des conséquences sur l’installation, le bruit, la sécurité et la proximité possible du public.

2. Comment fonctionnent le film holographique, le Holo-Gauze et le ghost mesh ?

Les films de type Musion, le Holo-Gauze et le ghost mesh appartiennent à la même grande famille. Tous utilisent une surface physique transparente ou semi-transparente combinée à de la lumière projetée.

Cette surface peut être un film polymère optiquement clair, une gaze fine ou un textile, un mesh théâtral ou un scrim. L’agencement optique exact varie, mais l’objectif est similaire : permettre au public de voir une image numérique lumineuse tout en continuant à percevoir la scène physique au-delà ou à travers le matériau.

Le résultat est un objet numérique qui semble occuper le même espace que l’environnement réel.

Musion et le Pepper’s Ghost

Musion est étroitement associé à la version moderne grand format du Pepper’s Ghost, une illusion popularisée dans les théâtres du XIXe siècle.

La physique de base est la réflexion. Une surface transparente est positionnée de sorte que la lumière provenant d’une source d’image cachée soit réfléchie vers le public. Le spectateur voit simultanément à travers le matériau, de sorte que l’image réfléchie semble exister dans la scène physique.

L’Institute of Physics démontre le principe avec un écran transparent placé à environ 45 degrés. La lumière change de direction par réflexion tandis que le public continue de voir à travers le matériau, créant une image virtuelle qui semble se trouver derrière la surface.

Les systèmes de scène modernes peuvent remplacer l’objet physique caché par une vidéo ou une projection. Un grand film transparent devient alors partie intégrante du chemin optique, permettant à un interprète, un présentateur ou un objet numérique d’apparaître sur scène aux côtés d’un décor réel.

Un article scientifique publié dans Frontiers in Physics décrit les systèmes modernes de Pepper’s Ghost comme utilisant des demi-miroirs ou des films transparents pour créer l’effet couramment appelé « hologramme flottant ».

Holo-Gauze et ghost mesh

Le Holo-Gauze, les gazes holographiques et le ghost mesh utilisent une configuration optique légèrement différente, mais appartiennent à la même famille pratique.

Au lieu de reposer principalement sur un film réfléchissant dans une géométrie classique de Pepper’s Ghost, un projecteur envoie directement l’image sur un tissu ou mesh fin semi-transparent. Les fibres captent assez de lumière pour rendre le sujet projeté visible, tandis que le public continue à voir une grande partie de la scène réelle derrière.

L’ingénierie repose sur un équilibre. Si le matériau est trop visible, le public remarque l’écran. S’il est trop transparent, il retient trop peu de lumière projetée pour produire une image forte.

C’est pourquoi l’éclairage contrôlé et les fonds vidéo noirs sont si importants. Une personne fortement éclairée sur fond noir peut apparaître alors que la majeure partie du cadre disparaît visuellement.

Le résultat peut être spectaculaire à l’échelle d’une scène, mais le placement du projecteur, la lumière ambiante, les angles de vue du public, la tension du tissu et l’environnement doivent tous coopérer avec l’illusion.

3. Comment fonctionne une HoloBox ?

C’est la catégorie des systèmes autonomes proposés par des entreprises comme Miirage, Proto et HoloConnects.

Ils n’ont pas besoin de pales LED en rotation. Ils n’utilisent pas une grande feuille de film de projection suspendue sur une scène. Ils ne projettent pas sur du ghost mesh.

À la place, l’illusion holographique est créée à l’intérieur d’une enceinte physique.

Les ingrédients essentiels peuvent être résumés par une formule simple :

Contenu + écran transparent + lumière contrôlée + profondeur physique = présence holographique.

L’écran LCD transparent

Pour comprendre le système, il faut d’abord comprendre ce que fait réellement un LCD.

LCD signifie liquid crystal display, écran à cristaux liquides. De manière simplifiée, il agit comme une vanne lumineuse extrêmement sophistiquée. Les éléments à cristaux liquides, les couches polarisantes et les filtres de couleur régulent la quantité de lumière transmise par chaque pixel.

Un téléviseur LCD normal contient un système de rétroéclairage opaque derrière le panneau. Ce rétroéclairage fournit la lumière que le LCD module pour créer l’image.

Un LCD transparent modifie cette disposition. Le fond opaque conventionnel est retiré du chemin visuel, ce qui permet à la lumière provenant de l’environnement physique derrière l’écran de traverser le panneau.

L’écran peut donc afficher une image numérique tout en laissant le spectateur percevoir un espace éclairé derrière lui.

Pourquoi la boîte est importante

Placez un LCD transparent directement contre un mur et vous obtenez un écran transparent. Cela ne crée pas à lui seul l’effet complet d’une HoloBox.

Une HoloBox crée une véritable distance physique derrière le plan de l’écran. Dans le Miirage Miracle, par exemple, l’enceinte mesure environ 700 mm de profondeur. L’écran transparent se trouve à l’avant d’un volume réellement éclairé, plutôt que juste devant un rétroéclairage opaque de type téléviseur.

Cette profondeur physique donne à l’œil un deuxième plan de référence spatial.

Le sujet numérique apparaît sur le LCD transparent à l’avant. L’intérieur éclairé et la paroi arrière existent physiquement derrière. Lorsque le spectateur change de position, la relation entre le premier plan et l’arrière-plan renforce l’impression que le sujet numérique occupe un vrai volume plutôt qu’un simple écran.

Le brevet publié de Proto décrit clairement cette architecture. Il spécifie un moniteur transparent positionné à l’avant d’une boîte d’affichage tridimensionnelle éclairée de l’intérieur, avec panneaux lumineux et surfaces translucides répartissant l’éclairage dans le volume. Consulter la documentation du brevet sur Google Patents.

Cela ne signifie pas que le LCD transparent devient soudainement un véritable display volumétrique. Les pixels se trouvent toujours sur un plan. L’illusion est renforcée par la combinaison de ce plan numérique avec une vraie profondeur, de la lumière, des ombres, des réflexions, de la perspective et du contenu conçu spécifiquement.

Pourquoi la boîte lumineuse est essentielle

L’éclairage intérieur n’est pas simplement décoratif.

Un LCD transparent a besoin de lumière qui le traverse pour produire une image forte et visible. L’enceinte devient donc une partie du système optique du display.

Cet éclairage doit accomplir plusieurs tâches : fournir assez de lumière au panneau transparent, éclairer la profondeur physique derrière le sujet, éviter les points chauds distrayants, maintenir le contraste et aider le contenu numérique à paraître intégré à la boîte.

C’est pourquoi décrire une HoloBox moderne comme « juste un écran transparent » passe à côté d’une grande partie de l’ingénierie.

L’écran, l’enceinte, l’éclairage et le contenu fonctionnent comme un seul système visuel.

Le contenu fait partie de la technologie

C’est peut-être l’ingrédient le plus sous-estimé de tous.

Diffusez une publicité télévisée normale plein écran sur un LCD transparent et elle peut toujours ressembler à une vidéo plate. Plus le contenu remplit complètement l’écran, plus il peut masquer la profondeur physique derrière.

Le contenu holographique fonctionne mieux lorsqu’il est conçu pour le système optique. Les personnes et produits doivent être isolés proprement. La perspective doit sembler naturelle. L’échelle doit être crédible. Les ombres de contact et les réflexions peuvent aider à établir où la personne ou le produit semble toucher le sol physique.

Miirage considère donc la création de contenu comme une partie du système holographique et non comme une réflexion secondaire. La FAQ Miirage explique comment les personnes filmées, produits, animations, live streams et autres formats peuvent être préparés pour l’affichage holographique.

Le Miirage Miracle utilise un écran transparent 4K. Une image UHD de 3 840 × 2 160 contient environ 8,3 millions de pixels. À taille humaine, cette résolution compte parce que les visages, cheveux, vêtements, textures produits et mouvements subtils contribuent tous à l’illusion de présence.

Miirage, Proto et HoloConnects : même famille optique, produits différents

Miirage, Proto et HoloConnects évoluent dans un territoire technologique globalement comparable, mais cela ne rend pas leurs systèmes finis identiques.

La philosophie visuelle fondamentale est reconnaissable : un écran transparent à l’avant, une enceinte éclairée avec une vraie profondeur physique et du contenu conçu pour exploiter la relation entre les deux.

Les différences viennent ensuite de l’ingénierie produit. Qualité du panneau, traitements optiques, luminosité, profondeur de l’enceinte, diffusion, gestion thermique, logiciel, contrôle à distance, caméras, microphones, tactile, audio, live streaming, intégration IA et production de contenu peuvent tous modifier l’expérience finale.

C’est pourquoi deux HoloBoxes peuvent paraître similaires sur une photographie produit et fonctionner très différemment lorsqu’on les voit en personne.

Le panneau transparent n’est qu’un composant.

Pourquoi les HoloBoxes deviennent particulièrement intéressantes avec l’IA

Une HoloBox n’a pas besoin d’être un simple lecteur vidéo passif.

Elle peut contenir un ordinateur, des caméras, microphones, haut-parleurs, commandes tactiles, connectivité et capteurs. Ajoutez de l’intelligence artificielle conversationnelle et l’hologramme peut répondre à la personne qui se tient devant lui.

La plateforme d’avatars IA Miirage transforme cette présence holographique physique en assistant interactif capable de répondre aux questions, guider les visiteurs, expliquer les produits, fournir de la formation et communiquer en plusieurs langues.

Le rôle du display change. Ce n’est plus seulement quelque chose que l’on regarde. Cela peut devenir quelque chose à qui l’on parle.

4. Comment fonctionnent les displays holographiques light-field ?

Les displays light-field utilisent encore une technique fondamentalement différente.

Looking Glass est l’une des entreprises les plus connues dans cette catégorie. Au lieu d’afficher essentiellement un seul plan d’image normal contre une profondeur physique, un display light-field présente plusieurs vues d’une scène tridimensionnelle et dirige ces vues vers différentes positions d’observation.

Déplacez votre tête et vous recevez une perspective différente. Vos yeux gauche et droit peuvent également recevoir des vues légèrement différentes.

Ce sont de puissants indices de profondeur, car ils reproduisent une partie du comportement directionnel de la lumière provenant d’un véritable objet tridimensionnel.

North Carolina State University indique que son Looking Glass Portrait peut afficher jusqu’à 100 vues distinctes dans un cône de vision de 58 degrés, sans lunettes ni casque.

La technologie light-field est donc fondamentalement différente d’une HoloBox, d’un ventilateur holographique ou d’une surface de projection.

Alors, quelle technologie holographique est la meilleure ?

Il n’existe pas de réponse universelle, car chacune résout des problèmes différents.

  • Les ventilateurs holographiques sont particulièrement efficaces pour les logos, produits et animations flottants lorsque l’absence de rectangle visible fait partie du spectacle.
  • Le film de projection, Holo-Gauze et ghost mesh peuvent créer d’énormes effets à l’échelle d’une scène pour les concerts, le théâtre, les présentations et les grandes installations.
  • Les displays light-field sont convaincants lorsque la perspective multi-vues et la visualisation spatiale sans lunettes sont centrales.
  • Les HoloBoxes à écran transparent rassemblent une présence holographique à taille humaine dans une unité autonome, particulièrement utile pour le retail, les aéroports, centres commerciaux, musées, expositions, événements, publicité, téléprésence et assistants IA.

Ingénieries différentes. Forces différentes. Illusions différentes.

Le cerveau est le composant final de chaque hologramme

La partie la plus intéressante de la technologie holographique n’est peut-être ni le projecteur, ni le ventilateur, ni le LCD, ni l’optique light-field.

C’est peut-être la personne qui regarde.

Un display holographique fournit des indices au système visuel. La perspective suggère la distance. L’occlusion suggère qu’un objet se trouve devant un autre. Les ombres suggèrent le contact avec une surface. Les réflexions suggèrent matière et position. La parallaxe de mouvement suggère une séparation en profondeur. La disparité binoculaire peut suggérer une structure tridimensionnelle.

Notre cerveau combine ces signaux presque instantanément.

C’est pourquoi quelqu’un peut se tenir devant un display holographique, comprendre parfaitement qu’il regarde des pixels, une projection ou des LED en mouvement rapide et ressentir malgré tout que l’objet possède une présence physique.

Le display n’a pas toujours besoin de reproduire chaque propriété de la réalité. Il doit reproduire suffisamment des bons indices.

Les hologrammes deviennent bien plus qu’un simple tour visuel

Pendant des décennies, la science-fiction a constitué le principal point de référence culturel des hologrammes. Mais l’évolution commerciale de la technologie holographique pourrait devenir plus intéressante encore que la reproduction d’un effet de cinéma flottant.

Les displays deviennent interactifs. Ils se connectent en réseau. Ils peuvent être gérés à distance. Des personnes peuvent être diffusées en direct à travers les frontières. Des produits numériques peuvent apparaître à taille réelle. Des personnages IA peuvent voir, entendre et répondre aux personnes qui les entourent.

Pour Miirage, c’est là que la technologie holographique devient particulièrement puissante. L’objectif n’est pas simplement de faire sembler flotter un objet numérique. Il est de donner au contenu numérique une présence physique convaincante dans des environnements réels.

La question n’est plus seulement : « Comment fonctionnent les hologrammes ? »

Elle devient de plus en plus : « Que se passe-t-il lorsque le contenu numérique ne semble plus prisonnier d’un écran ordinaire ? »

Il n’existe pas une seule technologie holographique. La magie vient de différentes façons d’utiliser la lumière, la profondeur, le mouvement et la perception humaine pour donner au contenu numérique une présence physique.

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