Hologrammes

Avant d'attaquer les hologrammes, essayons d'y voir plus clair dans toutes ces techniques d'affichage 3D, et ça n'est vraiment pas facile. Heureusement, un papier a fait le point en 2013 pour nous aider.

La plupart de nos écrans, quasiment tous en fait, ne produisent que des images "plates" en 2D. Afficher en 3D, et qui plus est sans lunettes bizarres, comme on regarde naturellement une scène serait vraiment un plus. Mais de nombreux problèmes plus ou moins insolubles viennent grever cet espoir, car il faut satisfaire :

1. L'accommodation de l'œil, le fait de mettre au point suivant la distance de l'objet observé dans la scène.
2. La convergence des yeux, qui ne sont pas exactement parallèles suivant la distance de l'objet.
3. La parallaxe de mouvement, les objets proches semblent aller plus vite que les objets éloignés.
4. La vision binoculaire, chaque œil ne voit pas exactement la même scène que l'autre.

Et pour ne pas arranger les choses, notre cerveau interprète certains éléments de manière particulière :

• La perspective : convergence de lignes parallèles à l'horizon.
• L'occlusion : certains objets en cache d'autres (ça n'a l'air de rien, mais c'est très compliqué à reproduire).
• Les ombres aident à interpréter les objets.
• La texture aide à comprendre les objets.
• La connaissance préalable permet de mieux appréhender les objets déjà connus.

C'est donc assez mal barré pour réaliser un écran 3D.

Les afficheurs 3D sont classifiables dans les catégories suivantes, avec pas mal de sous-sections :

• Affichage stéréoscopique binoculaire : autrement dit, port de lunettes avec un afficheur pour chaque œil. C'est ce qui est utilisé dans nos cinémas, avec diverses techniques pour envoyer les images.
• Affichage 3D autostéréoscopique : pas de lunette, on regarde naturellement :
  • Affichage 3D multivues : il s'agit d'afficher plein d'images à la fois, le système s'arrangeant pour que l'observateur ne voit qu'une image spécifique suivant sa position. C'est forcément avec un nombre réduit d'images, alors que la scène réelle en produit une infinité...
  • Affichage 3D volumétrique : il s'agit "d'allumer" dans un volume donné des voxels (= pixels 3D) qui remplissent l'espace de l'écran. Cela parait une bonne idée au départ, sauf qu'on se rend vite compte de la difficulté de gérer les occlusions. Et d'allumer un point lumineux dans le vide. Il s'agit par exemple d'écrans rotatifs.
  • Écrans holographiques : le Graal.
• Les écrans "pseudo 3D"  : les autres techniques bizarres, souvent appelé holographiques, mais qui ne le sont pas. Par exemple la projection dans un brouillard ou sur un flux d'eau.

Si vous voulez des détails, consulter le papier de Geng. Il existe vraiment beaucoup de sous-catégories qui ne seront pas abordée ici surtout pour l'affichage multivues.

Le sujet du jour est l'holographie pure et dure. Mais ce n'est pas simple à cause des abus de langage.

Le mot « hologramme » a vu son usage très galvaudé. En gros, dès que l'on change l'angle de vision entre l'objet et vos yeux, et que ça change d'apparence visuelle, alors on appelle ça un hologramme, alors que parfois ça n'a vraiment rien à voir.

On a pris la fâcheuse manie d'appeler « hologramme » certaines illusions d'optique, en fait des images projetées sur un support plus ou moins transparent (s'il était vraiment transparent, on ne verrait rien...) par la technique dite du fantôme de Pepper.

Avec exactement la même technique que le fantôme de Pepper, mais en utilisant 4 images projetées différentes sur une sorte d'écran à 4 faces, on peut faire apparaitre des objets sous plusieurs angles, donnant l'impression qu'il flotte au milieu.

Vous trouverez des millions de sites qui vous diront comment faire ça avec votre smartphone. Il existe également des appareils plus sérieux et plus gros qui donneront un effet plus spectaculaire.

Cela n'a évidemment rien à voir avec l'holographie.

Il est également possible de détecter la position de la personne qui regarde un écran, et lui afficher l'objet suivant l'angle sous lequel il regarde. S'il se déplace à droite, alors on affiche les parties de la scène qui seraient visibles si elle était réelle.

Il faut évidemment avoir pris des photos sous tous les angles pour réaliser ce prodige. Et ne pas être deux à la fois à regarder l'écran...

Pour la petite histoire, nous avions fait une démo de ce genre dans le showroom du CEA vers 2013. En bougeant la tête, on pouvait découvrir les côtés de l'objet présenté.

Des projecteurs holographiques 3D, vous en trouverez des tonnes, mais ils n'ont rien à voir avec l'holographie.

Les plus courants sont ceux utilisant une série de LED en rotation genre ventilateur (ou en déplacement rapide, c'est l'idée) qui sont allumées au bon moment pour donner l'impression d'un objet en relief, présentant une certaine épaisseur, puisque les LEDs sont dans différentes positions dans l'espace (pour les plus sophistiqués).

Cela n'a rien à voir avec l'holographie. Ce sont des afficheurs, parfois 3D pour les plus compliqués.

Il est possible d'imprimer, avec une résolution supérieure à celle de la lumière visible, des motifs qui vont provoquer des figures d'interférences, variantes suivant l'angle de vue. Et là, on peut commencer à parler d'hologrammes car la phase de l'onde électromagnétique intervient.

On trouve ces espèces de motifs multicolores sur nos billets de banque et autres objets à authentifier (tout ça parce que c'est difficile à fabriquer et à reproduire).

Quand vous regardez un CD ou un DVD, vous pouvez voir ces espèces d'arc-en-ciel à leur surface suivant la lumière réfléchie.

Dans ce cas particulier, on commence à parler d'hologrammes sauf qu'aucune scène n'est enregistrée, aussi il ne s'agit pas encore vraiment d'holographie pure et dure.

Cela peut se faire si on est capable d'enregistrer non seulement l'amplitude de la lumière (ce que font tous les appareils photos), mais également sa phase (ce que ne savent pas faire les appareils photos).

Avec la difficulté intrinsèque que nous ne savons pas enregistrer autre chose qu'une amplitude, qui correspond à une énergie interagissant avec un capteur (par exemple, provoquer une réaction chimique dans le cas de la photo argentique).

Il n'existe pas d'énergie particulière dans la phase, il a fallu sévèrement ruser...

Habituellement, je me décarcasse pour tenter de présenter les choses au mieux. Mais cette fois, ce sera inutile tant la vidéo suivante donne les explications sous une forme qu'on aimerait toujours avoir...

Une fois que vous avez vu cette vidéo, on pourra alors vraiment parler d'hologrammes entre nous.

Nos ordinateurs sont à présent suffisamment puissants pour que l'on puisse considérer de calculer entièrement un hologramme, puis de l'imprimer ou le projeter avec du matériel ad-hoc.

Des softwares commencent à voir le jour dans ce domaine. Principalement provenant des universités.

Le matériel pour projeter un hologramme est très difficile à réaliser, car il faut moduler phase et amplitude. On utilise de manière générale un "modulateur spatial de lumière", qui offre des performances médiocres et un faible angle de vue, que ce soit les écrans LCD, LCOS ou MEMs (micromiroirs).

On se reportera au papier de Geng pour avoir le détail des technologies développées vers 2013. Elles sont en constante évolution, mais sans avoir donné de résultats satisfaisants jusqu'à présent...

Quelques compagnies s'essayent sur le créneau des écrans dits holographiques, car ils permettent de voir des objets virtuels sous différents angles quand on tourne autour de l'écran.

• [2026] Avalon NOVAC
• [2026] INAIR LCD Holographic Display: The Future of Visual Interface Technology
• et plein d'autres, en particulier les universitaires. Ce sont celles qui sont sorties au moment où j'ai fait un peu de recherche sur le sujet et où je me demandais à quoi ça ressemble.

Ne vous attendez pas à être époustouflé. Perso, la plupart du temps, je ne comprends rien à leur technologie car ils ne l'expliquent pas vraiment, et quand on trouve des démonstrations, eh bien, trouvez vous-même (ce n'est pas si facile) et faites-vous votre opinion.