Технический отчет о разработке: Создание программной оболочки (PC) для расчета CGH (компьютерно синтезированных голограмм) с использованием в качестве объектов 2d транспарантов и 3d моделей.

Научно-исследовательская часть

Разработка данного ПО представляла собой междисциплинарный проект на стыке прикладной оптики и программирования. Работа над алгоритмической частью включала:

• Теоретический анализ: Глубокое изучение научных статей и классических формул расчета CGH как результата интерференции опорного пучка и множества светящихся точек объекта.
• Трансляция моделей: Перевод физических формул из теоретического вида в дискретный математический алгоритм для компьютерных вычислений на языке C#.
• Экспериментальная проверка ядра: Проведение тестов на эталонных моделях для подтверждения того, что программная реализация в Unity математически эквивалентна физическим процессам.

Функциональные возможности системы (Базовый модуль)

На основе верифицированного алгоритма была создана программная среда в Unity со следующим функционалом:

• 
• 
• 
• 
• 
• 
• 

Конфигурация оборудования

• Параметры SLM: Разрешение матрицы (пиксели) и физический размер пикселя (мкм).
• Параметры лазера: Длины волн для трех каналов (RGB).

Работа с исходными данными

• Многослойность: Возможность загрузки до 6 независимых ч/б 2d изображений в качестве слоев объекта.
• Геометрические настройки: Для каждого изображения задаются физические размеры (x, y в мкм), точное расстояние от плоскости голограммы (z) и число точек расчета.
• Экспорт: Автоматизированное сохранение результата в формате PNG без сжатия и цветовых искажений.

Управление процессом расчета

• Выбор конкретной длины волны для генерации маски (одной или RGB).
• Ввод угла падения опорного пучка.
• Выбор предельного угла дифрации. Для сепарации точек которые не могут быть физически сформированы из-за разрешения дифракционной решетки. 
• Визуальный мониторинг: общее количество точек в сцене и общее расчетное время (ETA).

Дополнительный модуль: Работа с 3D-геометрией

Для автоматизации создания  голограмм 3d объектов, был разработан внутренний инструмент «Виртуального сканирования» объектов в среде Unity:

• 
• 
• 
• 
• 

• Импорт 3D-моделей: Использование стандартных мешей с настройкой освещения.
• Объемная дискретизация: Алгоритм сканирует пространство размещения модели с определенным шагом, фиксируя координаты (x, y, z) и цвет каждой точки поверхности.
• Интеграция: Данные передаются в основное ядро для синтеза голограммы объемного объекта.

Заключение и верификация

• 
  Исходная 3d модель
• 
  Облако просчитанных точек
• 
  Облако точек - вид сбоку
• 
  Облако точек - крупный план
• 
  Меню просчета - число точек
• 
  Результат расчета (PNG)
• 
  Восстановленное CGH изображение

В ходе финальных испытаний PNG распределения (сгенерированные по цветной 3d модели) выводились на амплитудный SLM. Оптическое восстановление изображения достаточно точно совпало с расчетными данными, что подтвердило точность алгоритма и работоспособность программной оболочки.