Holografia: Estado da Arte

Olá Mental Guilders,

Quando falamos em holografia, todo mundo pensa em efeitos de holografia que aparecem em filmes, como Start Wars, Minority Report, Inteligência Artificial, Iron Man e qualquer outro que simule esta tecnologia como uma projeção no ar, mas na prática isso não ocorre, porque o ar sozinho não é um meio físico capaz de absorver luz, de forma que fisicamente ainda não é possível chegar neste resultado e, na minha opinião, nunca será. Portanto, neste post, explicarei quais são as atuais tecnologias usadas para simular este efeito e os prós e contras de cada uma.

Tudo sobre Holografia

A primeira que falaremos e mais utilizada é a holografia baseada na projeção Pepper-Ghost, que consiste na reflexão do conteúdo no ar. Quando eu falo conteúdo, me refiro a vídeos que já estejam no formato holográfico, que podem ser vídeos gravados em estúdio chroma key e editados ou objetos e cenários animados em 3D ou até uma combinação de ambos. Este vídeo holográfico é projetado do teto para o chão com um vidro especial cortando a projeção em 45 graus, fazendo a projeção (com o conteúdo digital) ser refletida no ar para observadores que veem a holografia de frente. Este princípio é adaptado normalmente por um ou mais projetores potentes, mas também pode ser gerado usando painéis de LED. E o vidro é normalmente substituído por uma película semitransparente que fica ultra tensionada.

Foi esta a tecnologia usada para fazer o Tupac cantar no show ao lado do Snoopy Dog (Coachella 2012) e também usada em várias outras oportunidades dentro (Madona, Michael Jackson, Gorillaz) e fora da área musical (Cisco, Fiat, Musion).

Figura 1: Tupac (recriado com computação gráfica) interage no mesmo palco com rapper Snoopy Dog usando a holografia baseada na projeção Pepper-Ghost.

Por trás deste resultado visual, existe um projetor e uma película 45 graus que, em conjunto com o palco cenográfico, gera este efeito visual, como mostra a Figura 2 abaixo (complex). É importante entender que o rapper Snoppy Dog não vê o Tupac ao lado dele, mas tem uma noção do local que ele está aparecendo no palco olhando para a reflexão ao chão, chamada de piscina de projeção, que é o local que a projeção bate e não pode ser visto pelo público, que só enxerga a reflexão desta piscina no ar, que neste caso é o Tupac.

Figura 2: Projeto técnico da holografia do Tupac.

A Figura 2 ilustra os conceitos desta holografia e do projeto, mas tem dois erros técnicos ou pelo menos 2 pontos a serem melhorados para representar de forma mais real o que acontece. A película está refletindo e não absorvendo a luz, e é exatamente isso que permite gerar conteúdos com noção de profundidade, mas na Figura 2 fica a impressão de que a reflexão do Tupac está contida dentro da película, como o que ocorre com uma retro-projeção em películas que absorvem a luz por exemplo, não representando a visão do expectador com esta tecnologia. E o segundo ponto é que a piscina de projeção não fica no mesmo nível do palco, mas sim no chão mesmo, abaixo da altura do palco, e ainda recebe uma cenografia que a tapa por completo na frente e, assim, pela distância mínima da primeira fileira e demais, o público não vê a piscina.

A Figura 3 ilustra melhor a parte técnica da holografia, mostrando que o observador (sentado) só vê a bola no ar, sem visão da piscina de projeção, mas o que acontece é que ela está refletida atrás da película. Nesta imagem também conseguimos entender o motivo de termos a noção de profundidade com este tipo de holografia. Conforme fazemos um elemento andar no vídeo que é projetado, o conteúdo é refletido em posições e distâncias diferentes atrás da película, também chamada de foil holográfico.

Figura 3: Explicação da holografia baseada na projeção Pepper-Ghost.

Uma grande sacada desta abordagem é que o conteúdo digital é refletido de modo a parecer estar exatamente sobre o palco cenográfico, que é um elemento real, e o mapeamento preciso do conteúdo digital sobre o palco real aumenta consideravelmente o realismo da holografia.

Para shows e demais usos de holografia com pessoas virtuais no palco simulando serem reais, esta é a melhor tecnologia existente, pois os hologramas são grandes o suficiente para representar pessoas e objetos maiores em tamanho real, o que não ocorre com displays holográficos por exemplo.

O lado negativo desta tecnologia é o alto investimento necessário. É preciso alugar ou comprar projetores potentes, de 20 mil ansi lumens para cima, ou painéis de LED, que são caros, comprar a película semi-transparente de reflexão que também é cara e ainda montar a cenografia do palco e a estrutura interna para fixar todos os equipamentos. Fora o vídeo holográfico, que normalmente é feito com uma produtora de vídeo e custa caro também. Este vídeo do Tupac por exemplo, em que foi feita uma recriação do personagem em computação gráfica com uma animação da forma mais real possível, é uma produção estimada de 100 a 400 mil dólares (gizmodo). Um projeto menor de holografia com estes mesmos itens, não sai por menos de 150 mil reais, fora o conteúdo que depende muito do roteiro, por isso esta tecnologia está restrita a artistas, empresas ou a projetos com alto investimento.

E apesar de gerar o efeito visual muito realista e impactante, vale lembrar que o fato da holografia não estar ali fisicamente para quem está ao lado ou atrás da película, somente para quem vê do outro lado como na Figura 3, evidencia o que falei no começo do post, de que fazer a holografia como nos filmes, com a luz saindo de um robô e sendo projetada no ar livre, não é possível de ser feita e todas as técnicas atuais estão relacionadas a algum tipo de ilusão de ótica.

Existem também tecnologias de retroprojeção que simulam o efeito holográfico, em que uma película absorve diretamente a luz do projetor (e não reflete como na primeira técnica que expliquei), fazendo assim o vídeo ficar preso nos limites da película e perder a sensação de profundidade na hora de visualizar o resultado final. Na minha opinião esta tecnologia não pode ser considerara uma holografia como as outras porque ela não consegue simular a sensação de profundidade, dando mais aspecto de uma tela do que de conteúdo livre no ar, embora em certas condições gere um resultado parecido, como a retroprojeção da Figura 4. De frente, parece uma holografia. De lado, dá para ver que é uma superfície de acrílico recortada com os limites do vídeo e adesivada com uma película de retroprojeção que absorve a luz do projetor (Figura 5).

Figura 4: Recepcionista virtual feita com retro-projeção.

Esta abordagem foi usada no show do Gilberto Gil no festival da Natura em 2013 e no programa Fantástico da Globo em 2009, ambos apresentando o efeito como holografia, e esta técnica também foi e ainda é usada em vários projetos de tecnologia. Nestes casos, normalmente se usam películas semi-transparentes (como a Vikuit) esticadas nas extremidades e se tem toda a área da película para projeção, diferentemente da superfície de acrílico na recepcionista, mas o funcionamento da retroprojeção e absorção de luz é igual. Esta película pode ser adesivada em vidros, como em vitrines, e em superfícies transparentes, tornando-as prontas para projeção.

Figura 6: Holografia do Gilberto Gil e do Fantástico.

A vantagem desta técnica é o investimento, consideravelmente menos do que o da primeira técnica, e também a praticidade de usar a película em diferentes situações e projetos técnicos. Em termos de produção visual, do vídeo ou da animação, é mais simples e menos custoso, porque não requer grandes movimentações para todos os lados das pessoas e objetos que façam parte do roteiro, o que facilita na hora de produzir. A desvantagem é o efeito visual, com o conteúdo holográfico preso em um plano, que no caso é a película transparente.

Agora, retroprojeções ou projeções que atinjam telas formadas por fumaça ou água, por exemplo, em que os elementos da tela são irregulares, criam as variações de profundidade, mas a nitidez do conteúdo muitas vezes é comprometida. Este tipo de projeto é mais conhecido como projeto de mapping ou vídeo-mapping do que holografia, mas as vezes é usado neste contexto também por simular conteúdo no ar. Por exemplo, esta tela de fumaça da Figura 7 simula a projeção de conteúdo no ar com uma retro-projeção. O display cria uma tela de fumaça no ar e a fumaça absorve a luz do projetor. Como esta tela de fumaça não é 100% plana, alguns efeitos de profundidade são vistos, mas a nitidez é comprometida.

Com projeção na água (Figura 8), o resultado visual é ainda mais impactante, porém o equipamento é mais complexo, pois precisa ficar submerso criando um jato de água em toda a extensão da tela.

Figura 8: Projeção em uma tela de água.

Estas técnicas de projeção e retroprojeção em películas ou telas formadas por fumaça e água possuem custo de investimento diretamente proporcional ao tamanho da projeção desejada e possuem também limites técnicos dos equipamentos, associados ao tamanho da película e a largura dos equipamentos que produzem a tela. Por exemplo, se você comprar um display de fumaça pequeno como o da Figura 7, equivalente a 24 polegadas, vai custar por volta de 10 mil dólares. Agora, se você quiser uma tela de 100 polegadas de fumaça para um evento ou local físico, vai custar pelo menos dez vezes o valor deste investimento e acima de 100 polegadas você precisa colocar uma ao lado da outra, como em um vídeo-wall. Portanto estas tecnologias, do ponto de vista prático, embora possuam equipamentos reduzidos como displays, ainda não possuem um preço acessível e são restritas a empresas e projetos com maiores investimentos.

Indo agora para displays holográficos, que trabalham com uma projeção em tamanho reduzido, temos os que variam quanto a número de faces e os que utilizam um princípio parecido com a projeção Pepper-Ghost. Os mais famosos são os piramidais, como os da Figura 9, que possui um de 3 faces na esquerda e um de 4 faces na direita. Estes displays também se baseiam na reflexão das imagens e usam uma tela de alto brilho (aquelas usadas em barco, que mesmo com sol batendo são bem nítidas) que fica embutida acima da pirâmide e orientada para baixo. O resultado visão é uma reflexão dentro do vídeo e, em alguns casos, dá para usar o produto real dentro e fazer a holografia ser mapeada sobre o produto, como neste caso aqui (Coca). A desvantagem fica por conta do preço, que também é um display de alguns mil dólares.

Figura 9: Displays Piramidais.

A vantagem em relação as demais abordagens é esta característica de multifaces, conseguindo gerar um vídeo no ângulo certo para cada face. Isso é feito através da divisão da tela em 3 ou 4 câmeras (conforme número de faces), de modo que cada câmera mostra a parte do vídeo de um ângulo diferente, como mostramos na Figura 10.

Figura 10: Vídeo compatível com pirâmide de 4 faces.

Neste mesmo estilo, mas pensando em uma face só, existe o display da Figura 11, que com uma tela em cima, igual a pirâmide, mas com 1 face só, faz a reflexão do conteúdo igual o projeto do Tupac, mas em tamanho reduzido. Devido a tela, o display também tem um custo elevado.

Figura 11: Display com 1 face e com tela de alto brilho.

Um formato interessante e alternativo de display holográfico é o que usa um espelho côncavo ao invés da película (foil) e isso cria o efeito de que a holografia está saindo do display (como em cinemas 3D com óculos), ao troco de um menor campo de visualização da holografia (cerca de 60 graus, tanto na horizontal como na vertical). Em resumo, você tem que estar com os olhos na altura do espelho dentro do display, senão não verá o resultado holográfico. A Figura 12 mostra um exemplo deste tipo de display, bem mais caro que os mostrados até aqui, mas o único capaz de gerar os conteúdos para fora do display ao invés de dentro.

Figura 12: Display Provision.

E assim como vimos a retroprojeção aplicada a projeções maiores para simular a holografia, nos displays isso também acontece. Vejam as imagens da Figura 13, em que um display holográfico faz uma retroprojeção em uma tela transparente. O resultado visual é interessante, mas ele tem as mesmas desvantagens da técnica maior: conteúdo preso em uma tela. E preço de acima de mil dólares também.

Figura 13: Display Gatebox.

O pró destes displays é a mobilidade, pois eles podem ser transportados e reutilizados com grande reaproveitamento, enquanto a primeira holografia, a grande feita com projetores e película, precisa ser remontada do zero em cada instalação ou ativação. E o contra também é o preço, restringindo o uso para empresas ou pessoas com maior capacidade de investimento.

Sobre displays de baixo custo, temos duas opções. A primeira é o HoloBoard (Figura 14), usado nos cursos da Mental Guild, que troca a tela de alto brilho por um celular e isso faz o display se tornar muito portátil. O display funciona junto com um app, o HoloApp, que permite ver e gravar conteúdos holográficos na hora, agilizando a parte de produção de conteúdo no formato holográfico. O pró é o baixo preço e os recursos do app, que vão desde visualização até criação de vídeos com diversos efeitos, e o contra fica por conta do tamanho, limitado ao tamanho da tela do dispositivo móvel refletida no ar por uma película.

Figura 14: HoloBoard, display holográfico para dispositivos móveis.

E a segunda, opção mais barata de todas, é uma pirâmide de plástico que você simplesmente posiciona sobre o celular e vê a imagem formada atrás de cada face, exatamente como o display piramidal de 4 faces, mas em tamanho mais reduzido ainda e sem nenhuma estrutura para esconder a tela do celular e tornar visível só a holografia. A desvantagem é o tamanho da holografia, que, já limitada ao tamanho do celular, fica com a tela dividida em 4 partes, reduzindo o tamanho de cada face para ¼ da tela, igual ao formato mostrado na Figura 10.

Figura 15: Estrutura de plástico piramidal usada para holografia mais barata de todas.

E finalmente, uma última tecnologia que ganhou versões mais atuais e compactas recentemente é a que utiliza hélices coberta por LEDs girando em alta velocidade para desenhar imagens no ar através do rastro das luzes (Figura 16). O efeito final é bem interessante, não utiliza vidro ou película, pode ser fixada em uma parede e funciona em ambientes claros devido a intensidade dos LEDs. O preço alto é uma desvantagem e a nitidez também é menor das abordagens que usam telas. No próprio vídeo de apresentação do produto existe uma legenda de que o produto cria a ilusão de imagens suspensas no ar, ou seja, ela também apenas simula a holografia com a rápida movimentação de luzes no ar, se apoiando na velocidade e na capacidade de enxergar do olho humano.

Figura 16: Display Kino-mo Hypervsn.

Conclusão: todas as abordagens baseiam-se em como atingir a melhor ilusão de ótica possível que gere a percepção de conteúdo no ar com liberdade tridimensional, com profundidade, e assim elas possuem todas essas variações. Essas tecnologias descritas correspondem ao estado da arte da holografia no contexto de resultado visual.

Agora que você já está sabendo tudo de holografia, que tal sugerir a próxima tecnologia para detalharmos aqui?

Você escolhe! Manda sua sugestão para gente nos comentários abaixo.