3Dと3Dプリンタの仕組み

今日のテーマは、「第五章　俺の日常と梅雨の幽霊」の3話にあわせて『3Dプリンタの仕組み』についてちょっとかきます。やっつけ感はなくもない。

ものごっそ基本的なことだが、３Dとは何か。

もともとの語意はthree dimensions。縦横奥行という3つの視点から構成されるもの、まあ三次元なわけだ。三次元的な表現のグラフィックとかも指すけど、モニタ上にある限りは結局３Dに見えるだけの２D画像にしか見えないところは残念だな。ちなみに縦横だけだと２D。ただ、３Dと冠されるものは、基本的には３D情報をもっている。３DCGとかいうときは、データは3次元データだ。こういうデータを作る作業をモデリングって言ったりするな。そのモデリングされた３Dのデータにライティングとかテクスチャの設定をして実際の映画とかゲーム画面に打ち出す作業をレンダリングという。

Temppも昔少しモデリングやってたことがあるんだけど、昔はレンダリングに恐ろしく時間がかかってげんなりした。今は早いんだろうなぁ。

例えば映画館で空気吹かせたり、水かけたり、においを出したりして臨場感をあげている。遊園地のアトラクションだと座席自体を動かすことで４Dって言ったりすることも多いな。

３Dまでは座標の話だが、４Dになるとちょっと違うんだ。

古くは赤青眼鏡、最近では映画館である灰色の眼鏡だ。これは基本的な考え方は同じなんだ。

人の目は右目と左目で別々の映像を見ていて、そのずれで立体を認識する。近くのものほどずれて、遠くのものほどずれない。これの焦点がどこになるかってのがまあ近視と遠視なわけだが。

赤青眼鏡はアナグリフメガネっていうのが正式名称なのかな。右側が青、左側が赤なんだが、ようは青いが眼鏡の方では青い線が見えず赤い絵だけ見えて、赤い眼鏡では赤い線が見えず青い絵だけ見える。だから右目用の画像と左目用の画像をわけて表示する。問題は赤と青でわけるから、カラー画像は見えないとこだよな。

でもどう分けているかっていうのは結構違う。

そうだな、昔のIMAXはパッシブ・ステレオという方式をとっていた。偏光板というものがある。それは一定方向の光しか入ってこない板だ。化学の実験とかでやったことがあるかもしれないが、２つの偏光板を重ねて回すと、ある角度では真っ暗になるのにある角度では透明になる。そうだな、窓のブラインドで説明するのがいいかもしれない。半分だけとじたブラインドを２つ重ねても光の強さはかわらず窓のそとが見えるけど、ブラインドを縦と横で重ねると外は見えなくなると思わないか？

簡単に言うと一方の目は縦の光しか通さない偏光板、他方の目は横の光しか通さない偏光板をいれて、それ縦だけ通る映像と横だけ通る映像を同時にながすんだ。だから右目と左目の映像はわかれて、立体に見える。

ただ問題があってだな。これは正しく縦横方向で見る必要がある。だから首を傾げたり、劇場の端っこの方から見たりすると正しく認識できない。この問題があるから、初期の３D映画は気持ち悪いとさんざん言われた。

円偏向方式というのを使っているのだが、これはなんと説明したものかなぁ？　さっきのパッシブは簡単にいうと縦方向とか横方向とか直線でくるのをわけてたんだ。円偏向は、右回転と左回転の光をそれぞれ左右で受けるっていうのかな。ごめん、説明難しい。

Real Dは右目用の画像と左目用の画像を交互に細切れに映写するから、従来の者より明るいと言われているね。左右の映像を同時にうつすとやっぱり重なり部分が暗くなるから。

だから前述のImaxより明るく、首を動かしても立体に見えるようになっている。

Real Dはユナイテッドとかコロナシネ系列でよくつかわれてるな。

それがXpanDだ。

これはなんていうか、結構ゴツいゴーグル型の眼鏡で、MOVIXとかシネマサンシャイン系列でよく使われてる。

簡単に言うと、一方の画像が出てるときはもう一方を真っ暗にする。これを高速でくり返す。つまり右目は右目用、左目は左目用の映像しか見えないようにする。

欠点は、片目が真っ暗になるわけだから、画像がちょっと暗いことかな。

Real Dだと円偏向のスクリーンにしないといけないけど、XpanDだとスクリーンの変更はいらないところは利点か。流す映像だけ分岐してあとはカメラにまかｓれてる。

画面の方に凹凸をつけたりフィルターをつけて、右目は右の映像だけ、左目は左目の映像だけ見せてる。ただやっぱ欠点はあって、斜めから見ると片方の映像しか見えなかったり、ちょっとしたときに左右が逆転したようにみえちゃったりする。

それとは根本的に違う考え方なのがホログラムだ。

ホログラムが３D映像と違うのは、どの角度からも違う映像が見れること。

例えば猫のホログラムを正面から見ると猫の顔、後ろから見ると猫のしっぽがみえる。つまりその場に３Dデータとして再現される。

えっと一応仕組みの解説は書いてみたんだけど、うまくいかないので、簡単にいうと「ホログラムをとるときは普通の映像に追加して位相っていう情報も保存するんだよ」ってことで、この吹き出しは飛ばしてください。

そもそもホログラムはホログラム映像として撮影する。

目の仕組みの説明をしよう。目と言うのは光の受容体で、色々な光を受け取って頭の中で立体を再現している。

で、例えば猫を見るときは、猫に反射した光を目で受け止めてる。この猫に反射した光は「物体光」、つまり物体に直接反射した光だ。その際目が受け取っているのは光の色（波長・赤外線とか紫外線とかそういうスペクトラム）と光の強さ（振幅）だ。

そして目で見るときには同時に光の位相も取得しているが、位相自体は見えるものじゃないんだ。だからこの光の位相の説明が難しい、ので放棄する。目が直接ものを見るときに取得してるのは色・強さ・位相。OK？

猫を見ると同時に、色々なものの光が見えてるじゃないですか。この、目的物以外の色々な光を参照光という。で、物体光と参照光は当然光なので重なるんです。光が重なると干渉縞っていうモアレができて、このモアレを記録することでホログラフを作る。それを再生する際に回折光が目に照射されてホログラムを読み取る。

本当ごめん、色々考えたけど、うまく説明できなかった。

でこのホログラムのシステムは特殊な方式でホログラムを入力して特殊な方式で出力する。でも、このシステムで注目されてるのは網膜投影ディスプレイなんだ。

QDレーザという会社がすでに今年（2020）の夏からディスプレイをレンタルしているんだが、これは直接網膜にレーザーで映像を投射するシステムだ。網膜に直接投影されるからピントを合わせる必要もないし、近視遠視とかも関係ない。そしてリアルの視界の上に上書きできるから、例えば「掌の上で小さいおじさんを躍らせる」ことも簡単にできる。

交通事故率が爆上がりしそうな気はするが。近未来SFはもうすぐ目の前に来ているな。でもまぁ、最初に飛びつくのはAV業界の予感はする。

あの方はSEG★が威信をかけてものすごい技術を投入してるからなんともいえないんだけど、古典的な技術として「ペッパーズゴースト」というのがある。

これは昔から劇場とかで使われたものだけど、これは錯覚を利用したもの。

これも文字だけで説明するのはちょっと難しいんだけど、簡単にいうと劇場の舞台の隣の部屋にお化けを設置して、45度の角度でガラスを置く。それで舞台と部屋の明るさを調整して幽霊をスポットライトをあてたり消したりすると、光の反射で舞台に幽霊が浮かんだり消えたりする。

現代の疑似ホログラムは、原理としてはこれと同じで、舞台に半透明のスクリーンを設置してそこに映像を流す。プロジェクタで流す疑似ホログラム映像は半透明スクリーンに映るけど、それ以外のライトとかはスクリーンを透過するから、スクリーンの後ろの人とかはそのまま見える。それでスクリーンの後ろのものの手前にスクリーンのものを浮いたように表示させるんだ。

例えばミ〇さんをスクリーンに投影して、その後ろにもう一つスクリーンを設置してそこに背景映像を流すと、背景映像と別に〇クさんが動いているように見える。

今はこの半透明スクリーンじゃなくて水蒸気を噴霧させてそこに映写するとかいろいろ方法は開発されている。SEG★は独自の技術を開発してるんだと思う。正直なところ企業秘密なので知らないです。

一番最初のほうで話した３Dのモデリングデータを印刷しているだけだから。でも面白い点というのは、世界最初の３Dプリンタの技術には日本の技術が使われていることかな。

一番最初の３Dプリンタは樹脂プリンタだ。液体樹脂に紫外線を照射することで樹脂を固めて作った。これを光造形法っていうんだが、この技術を開発したのが小玉秀男さんって人。実用化したのは外国の人だけどな。積層造形法っていって下の方から薄い板を重ね合わせる方式で印刷していく。だから逆凸型みたいな、突然真ん中が浮くような造形はつくれなかった。

そのうちいろんな方式ができてきて、今ではかなり自由度の高い造形物が安価でつくれるようになっている。

うーん鼻から侵入すればできたといえばできたんだけど、まあ細かいことは気にしない。ご都合主義、そこはSF（すこしふしぎ）で押し切りたい。

アイちゃんはこっそりパッドに侵入しようとしていたけど、指紋認証というものを認識していなかったから、この時点では電子の海にDIVEできてない。DIVEできるようになったのは藤友君の指紋データを手に入れたこのタイミングからで、ここからディープラーニングは加速度的に進んでいく。

ディープラーニングの話はまた今度の機会に。

次回予告です。

5章はかなり人間関係が詰まった話です。5章の備忘はスカスカな4章と違ってどれも重いけど、お読みいただけると嬉しいです。

まぁ、夕方屋でぶっこんでる宇宙論とどっこいどっこいな気もしなくはない。