Philippe Gentet,
Йосман Ботеро Гомес и
Сын Хён Ли
Опубликовано: 11 сентября 2025 г. https://doi.org/10.1098/rsos.250874
Абстракт
Мы демонстрируем полнопараллаксную голографическую репродукцию многослойной акриловой картины с помощью системы голографической печати CHIMERA. Оригинальное произведение искусства, состоящее из прозрачных слоёв, нарисованных вручную, было оцифровано, пространственно реконструировано с помощью голостереосинтеза в трёхмерной среде и напечатано на галогенидсеребряной пластине. Такой подход позволяет сохранить пространственную точность и художественный замысел, создавая мост между изобразительным искусством и голографией, который может найти применение в сохранении культурного наследия, иммерсивных выставках и художественном образовании.
1. Введение
Передача трёхмерности в изобразительном искусстве уже давно является центральной проблемой, связанной с эстетическими и техническими аспектами [1–3]. В то время как скульптуры и физические инсталляции естественным образом занимают пространство, современные художники всё чаще используют гибридные методы, сочетающие живопись, прозрачность и пространственное наслоение, чтобы создавать иллюзию глубины в двухмерных форматах. Один из таких инновационных подходов заключается в наложении нарисованных от руки или напечатанных элементов на прозрачную основу, такую как стекло, акрил или поливинилхлорид, для создания пространственных произведений искусства [4].
Колумбийский художник Йосман Ботеро, также известный как Ёшботт, выделяется тем, что систематически использует многослойные техники [5]. Распределяя элементы композиции по нескольким прозрачным панелям, каждая из которых окрашена отдельно, а затем собраны в глубину, он создаёт произведения, которые можно назвать скульптурными картинами или рельефными изображениями. Такой подход обеспечивает динамичный и захватывающий эффект, при котором изображение меняется в зависимости от точки обзора.
Другие художники использовали похожие методы. Дэвид Сприггс создаёт объёмные инсталляции, используя расписанные вручную прозрачные листы для создания эфемерных пространственных форм, которые словно парят в воздухе [6]. В многослойных рисунках Нобухиро Наканиси используются напечатанные на акриловых листах последовательности фотографий, расположенные параллельно, чтобы создать трёхмерный временной ландшафт [7]. Сяовань Ся, китайская художница, создаёт замысловатые портреты и композиции, используя несколько слоёв акрилового стекла, раскрашивая их с помощью едва заметных вариаций и собирая их так, чтобы создать тонкую объёмную иллюзию, стирая грань между живописью и скульптурой [8]. Эти работы отражают интерес к многослойному визуальному восприятию, находящемуся на стыке живописи, скульптуры и оптики.
Типичные примеры работ этих художников представлены на рисунке 1, который иллюстрирует разнообразие и концептуальную общность многослойных практик в современном визуальном искусстве.
![Рисунок 1. Примеры многослойных произведений современных художников. (а) Таксономия 110 (2023) Йосмана Ботеро [5], состоящая из прозрачных слоёв, нарисованных вручную и собранных в глубину. Акрил на оргстекле размером 52 × 52 × 21 см. (б) Инсталляция (2017) британско-канадского художника Дэвида Сприггса [6], состоящая из расписанных вручную прозрачных листов размером 5 × 2 × 5 м. (в) Трёхмерные пейзажи Нобухиро Наканиси [7], созданные с помощью последовательной фотопечати на акриловых листах (© Нобухиро Наканиси, предоставлено Yumiko Chiba Associates). (d) Работа Сяованя Ся [8], созданная в 2002 году из нескольких окрашенных слоёв акрилового стекла.](https://avatars.dzeninfra.ru/get-zen_doc/271828/pub_68c552dfd99d823f516562a9_68c553b05b79241936eb0dbd/scale_1200)
Сближение изобразительного искусства и оптики перекликается с давней традицией художников эпохи Возрождения работать на стыке технологических открытий, о чём писал Хокни [9]. Точно так же современные художники используют новые технологии обработки изображений, такие как виртуальная реальность или искусственный интеллект, чтобы переосмыслить восприятие. Это возвращение к оптике, в котором традиционные техники сочетаются с цифровыми инновациями, открывает новые пути для развития изобразительного искусства в тандеме с научными и технологическими инструментами. В этом контексте многослойные прозрачные произведения искусства представляют собой привлекательную среду для изучения многомерности, восприятия и границ между видимыми и скрытыми аспектами. Однако, несмотря на интерес художников к многослойным композициям, исследований, направленных на преобразование таких пространственных произведений искусства в высококачественные цифровые голограммы, недостаточно.
Мы изучаем потенциал многослойных технологий с художественной точки зрения в контексте цифрового воспроизведения и голографической визуализации. Интегрировав произведение искусства в процесс голостереосинтеза, впервые описанный Жантэ и др. [10] и с использованием системы голографической печати CHIMERA (сокращённо голопринтер) [11], мы исследовали возможность точного преобразования физической многослойной композиции в полнопараллаксную голограмму без ущерба для пространственной точности и художественного замысла [12–16].
2. Материалы и методы
В этом разделе представлен процесс создания голограммы от исходного изображения до готовой голограммы. На рисунке 2 показан обзор принятого процесса, а каждый этап подробно описан в следующих подразделах.
Каждый слой произведения искусства может быть создан с использованием различных техник: ручная роспись такими материалами, как пастель, акрил и масло, непосредственно на прозрачных подложках, включая стекло, акриловые листы и поливинилхлорид, или цифровая иллюстрация с использованием графического программного обеспечения, а затем печать на тех же прозрачных подложках с помощью принтеров с высоким разрешением. Такая гибкость позволяет сочетать традиционные и цифровые методы в соответствии с предпочтениями художника и желаемой эстетикой конечного произведения. Количество слоёв зависит от сложности изображения и предполагаемого размера конечного произведения искусства.
2.2. Оцифровка слоёв
Сканирование раскрашенных вручную слоёв сопряжено с рядом трудностей. Белые или светлые детали часто становятся почти невидимыми на белом фоне, что затрудняет передачу всех тонкостей изображения, содержащего такие детали. Кроме того, при сканировании с использованием яркого освещения могут возникать нежелательные тени или блики, особенно при сканировании текстурированных или отражающих поверхностей. Чтобы решить эти проблемы, при фотографировании или сканировании используйте мягкий серый фон, который позволит усилить контраст и улучшить видимость мелких деталей, что приведёт к более качественному цифровому воспроизведению каждого слоя. С другой стороны, слои, созданные в цифровом формате с помощью графического программного обеспечения, изначально оптимизированы для использования и не требуют сканирования или оптимизации рабочего процесса.
После оцифровки или создания все слои накладываются на чёрный фон с помощью редактора растровой графики (например, Photoshop и GIMP), чтобы обеспечить точный голостереосинтез при голографической реконструкции.
2.3. Голостереосинтез в программе для трёхмерной компьютерной графики
Голостереосинтез — это современная адаптация фотостереосинтеза Луи Люмьера, разработанного в начале XX века. При голостереосинтезе несколько плоскостей или слоёв глубины накладываются друг на друга в цифровом формате и оптически объединяются в единое целостное объёмное изображение с помощью голографической печати. Для выполнения голостереосинтеза с помощью голографического принтера CHIMERA каждый отсканированный слой изображения импортируется в среду трёхмерной компьютерной графики (Blender, 3ds Max или Maya) и симметрично располагается вокруг центральной оси вращения: половина слоёв находится спереди, а половина — сзади. Пространственное расположение слоёв было сохранено в соответствии с их исходной глубиной в исходном изображении и пропорционально масштабировано в соответствии с выбранным масштабом в трёхмерной сцене.
Цилиндрическая виртуальная камера использовалась для создания матрицы из 121 × 121 перспективных изображений для каждого слоя, охватывающих дугу обзора в 60°. Это достигалось за счёт вращения виртуальной камеры вокруг сцены в каждом слое. После рендеринга всех слоёв полученные наборы изображений были объединены с помощью специального программного обеспечения для создания единого набора перспективных изображений размером 121 × 121.
2.4. Записи и разработка CHIMERA
Для обработки набора перспективных изображений и создания соответствующих данных для голографической печати [17] было использовано специальное программное обеспечение. Каждый голографический отпечаток последовательно записывался с помощью высокоточной системы RGB (красный–зелёный–синий) отображения, состоящей из трёх пространственных модуляторов света и одной полноцветной оптической печатающей головки с углом обзора 120°. Голографическая информация для каждого RGB-голографического отпечатка кодировалась на пластине из галогенида серебра Ultimate U04 [18] посредством интерференции с когерентным опорным лучом.
Размер каждого голографического изображения составлял 250 мкм, а частота печати — 60 Гц. В голографическом принтере CHIMERA использовались три твердотельных лазера с диодной накачкой мощностью 20 мВт и длиной волны 640 (красный), 532 (зелёный) и 457 (синий) нм. Пластины Ultimate U04 были специально разработаны для полноцветной голографии. Они изопанхроматичны, что обеспечивает равномерную чувствительность во всём видимом спектре, и обладают низким коэффициентом светорассеяния, что гарантирует высокую чёткость изображения и точность цветопередачи. Голограммы были получены с использованием двух безопасных и удобных в использовании химических растворов и оптимизированы для получения стабильных результатов.
2.5. Герметизация и подсветка голограммы
Чтобы обеспечить точную реконструкцию, конечная голограмма должна быть освещена теми же длинами волн, которые использовались при записи. Для сохранения стабильности размеров в течение длительного времени и предотвращения деформации эмульсии (например, набухания и усадки) из-за колебаний влажности или температуры к голограмме была прикреплена защитная стеклянная пластина с помощью оптического клея, отверждаемого ультрафиолетом.
Для реконструкции требуется точечный источник света, длина волны которого соответствует исходной длине волны записи. Для этой цели подходят RGB-светодиоды (LED), поскольку их пики излучения точно соответствуют длинам волн записывающих лазеров [19]. Для оптимального отображения RGB-светодиод располагался на расстоянии 50 см от центра голограммы под углом 45°, чтобы обеспечить равномерное и достаточное освещение.
3. Результаты
3.1. Оригинальная иллюстрация
Произведением искусства, представленным в этом эксперименте по голостереосинтезу, была работа Taxonomy Test 1 художника Йосмана Ботеро, созданная в 2024 году и изображённая на рисунке 3. На этой картине изображена голова тигра (символ Кореи). Она написана акриловыми красками на прозрачном оргстекле в девять слоёв, каждый из которых вносит свой вклад в сложную пространственную композицию. Физические размеры исследуемой области составляют 17 × 16 × 9 см. Многослойное расположение и выбор материалов делают его особенно подходящим для голографической реконструкции, поскольку он обеспечивает глубину и визуальное богатство, которые идеально подходят для голографического принтера CHIMERA.
Прозрачность подложки позволяет слоям оставаться различимыми при просмотре под косым углом, в то время как суммарная толщина акриловой подложки приводит к небольшому оптическому рассеиванию и локальному размытию.
Прозрачность подложки позволяет слоям оставаться различимыми при просмотре под косым углом, в то время как суммарная толщина акриловой подложки приводит к небольшому оптическому рассеиванию и локальному размытию.
3.2. Оцифровка слоёв
Девять отдельных слоёв были оцифрованы с помощью цифровой камеры высокого разрешения (Canon 5D Mark III) и сфотографированы на мягком сером фоне, чтобы усилить контраст и улучшить видимость едва заметных деталей. Такой подход помог свести к минимуму отражения и сохранить тональные различия на прозрачных поверхностях, что позволило получить высококачественную цифровую копию (рис. 4a). После оцифровки слои были наложены на однотонный чёрный фон (рис. 4b) с помощью Adobe Photoshop. Этот шаг был необходим для подготовки файлов к точному голостереосинтезу, чтобы обеспечить чёткое разделение между содержимым изображения и прозрачными областями во время голографической реконструкции.
3.3. Голостереосинтез
Для проведения голостереосинтеза девять отсканированных слоёв были импортированы в Autodesk 3ds Max и симметрично расположены вокруг центральной оси вращения. Четыре слоя были расположены перед центральной плоскостью, а четыре — за ней, с сохранением относительного расположения по глубине исходного физического объекта (рис. 5). Пространственная конфигурация каждого слоя была сохранена и пропорционально масштабирована в соответствии с общими размерами исходного объекта и масштабом, заданным в виртуальной трёхмерной среде.
Цилиндрическая виртуальная камера использовалась для создания матрицы из 121 × 121 перспективных изображений для каждого слоя, охватывающих дугу обзора в 60°. Такой результат был достигнут за счёт вращения виртуальной камеры вокруг сцены и съёмки изображений с равномерными угловыми интервалами в 0,5°. Каждое изображение было обработано с разрешением 1320 × 1760 пикселей, чтобы обеспечить высокую детализацию для стереоскопической реконструкции глубины. На рисунке 6 показана подборка перспективных изображений, полученных для центрального слоя композиции. Такая плотная угловая выборка была крайне важна для точного синтеза светового поля и высококачественной визуализации.
После рендеринга всех слоёв полученные наборы перспективных изображений были объединены с помощью специального программного обеспечения для создания единого набора перспективных изображений размером 121 × 121, представляющего собой полную объёмную композицию. На рисунке 7 показан ряд перспективных видов, созданных на основе объединённой многослойной сцены.
3.4. Финальная голограмма
Соответствующие хогели были созданы на основе рассчитанных перспективных изображений и последовательно записаны на голографическую пластину U04 размером 15 × 20 см с помощью голографического принтера CHIMERA. При освещении светодиодом RGB голограмма воспроизводила яркую полноцветную трёхмерную реконструкцию головы тигра, как показано на рисунке 8 и в электронном дополнительном материале, видео S1. Интеграция голостереосинтеза исходных девяти слоёв была достигнута с помощью одного экспонирования голограммы, что продемонстрировало способность голопринтера CHIMERA объединять многослойные пространственные данные в единую запись.
Полученное трёхмерное изображение выглядит ярким и имеет чёткие признаки глубины, создавая иллюзию выхода за физические границы пластины. Цветопередача заметно ярче, чем в оригинальном произведении искусства, а повышенная насыщенность и яркость усиливают визуальный эффект. Благодаря разрешению 250 мкм сетка из геля незаметна невооружённому глазу, что обеспечивает визуальную целостность всего изображения. Голограмма обеспечивает полнопараллаксное поле зрения, простирающееся на 60° как по горизонтальной, так и по вертикальной оси, что позволяет погрузиться в трёхмерное пространство под разными углами обзора. Примечательно, что эта голограмма обладает качеством, соответствующим мастер-копированию, и подходит для тиражирования. С помощью тех же RGB-лазеров голограмму можно воспроизвести на галогенидах серебра или фотополимерных материалах без заметного ухудшения разрешения или точности цветопередачи.
По сравнению с оригиналом можно выделить несколько ключевых отличий. Во-первых, фон голографической реконструкции чёрный, а не прозрачный, как в оригинале. Во-вторых, изображение как будто парит в пространстве и больше не ограничено кубом из оргстекла, что усиливает ощущение пространственной свободы. В-третьих, поле зрения намеренно ограничено 60° по горизонтали и вертикали, чтобы скрыть дискретную слоистую структуру и не показывать отдельные плоскости глубины. Что ещё более важно, слои кажутся плавно переходящими друг в друга, что создаёт целостное и реалистичное впечатление объёмной глубины в трёхмерном изображении. Все эти особенности в совокупности создают новый художественный объект, который представляет собой совершенно иную интерпретацию, сохраняющую при этом суть оригинального произведения.
4. Обсуждение
Результаты этого исследования демонстрируют возможность голостереосинтеза для преобразования многослойных акриловых произведений искусства в полнопараллаксные полноцветные голограммы без ущерба для их пространственной или эстетической достоверности. Голопринтер CHIMERA преобразует сложные пространственные композиции из прозрачных слоёв, нарисованных вручную, в объёмные световые поля, создавая голографические изображения, которые сохраняют как глубину, так и визуальное богатство оригинального произведения искусства.
Ключевым выводом этого исследования является совместимость многослойной техники рисования (используемой Йосманом Ботеро и другими художниками) с голостереосинтезом. После оцифровки и загрузки в среду трёхмерной графики каждый слой сохраняет свою визуальную целостность при рендеринге в матрицах перспективных изображений. Сохранение относительного пространственного положения, контраста и прорисованных деталей имеет решающее значение для создания эффекта погружения при голографической реконструкции.
Использование специального программного обеспечения собственной разработки и цилиндрической виртуальной камеры позволяет эффективно и точно фиксировать перспективу, обеспечивая плавную интеграцию слоёв в единый согласованный набор голографических данных. Такой подход поддерживает кодирование с высоким разрешением в широком диапазоне углов обзора (60 × 60 перспектив в диапазоне 60°), что является ключевым требованием для создания высококачественных голограмм, подходящих для публичных выставок.
Пластины U04 дополнительно повышают визуальную точность голограммы. Их изопанхроматический отклик и низкое светорассеяние обеспечивают точную цветопередачу и минимальный фоновый шум. Кроме того, герметизация пластин под вторым слоем стекла защищает их от воздействия окружающей среды, тем самым сохраняя их долгосрочные оптические характеристики.
Заметным преимуществом этого метода является его гибкость. В то время как традиционная голография часто требует использования живых объектов или сканирования объектов, голостереосинтез идеально подходит для произведений искусства, которые по своей сути являются пространственными. Это открывает возможности для более широкого применения метода современными художниками, работающими с прозрачными многослойными материалами, и позволяет им создавать воспроизводимые и масштабируемые голографические версии своих оригинальных композиций.
Это исследование также подчёркивает важность тщательной оцифровки слоёв. В то время как слои, созданные в цифровом формате, легко интегрируются в процесс, слои, нарисованные вручную, требуют тщательного сканирования. Для сохранения мелких деталей, особенно в областях, окрашенных в белый цвет или в пастельные тона, необходимо использовать мягкий серый фон и контролируемое освещение. Такие условия сканирования гарантируют, что при переходе от физического носителя к световому воспроизведению не будет упущено ни одного художественного нюанса.
Полученная с помощью CHIMERA голограмма может подарить зрителям захватывающие трёхмерные впечатления, воспроизводя исходное пространственное наслоение и обеспечивая динамическое восприятие с разных ракурсов. В некоторых аспектах голографическая версия может улучшить впечатления зрителя за счёт более насыщенных цветов, воспринимаемой яркости и иллюзии того, что произведение искусства свободно парит в пространстве. Эти возможности открывают широкие перспективы для использования в будущем в музеях, галереях и инсталляциях для демонстрации объёмных произведений искусства без ограничений физического пространства и риска повреждения произведений.
5. Заключение
Мы демонстрируем, что многослойные прозрачные произведения искусства можно преобразовать в полнопараллаксные полноцветные голограммы с помощью голостереосинтеза и голографического принтера CHIMERA. Разработанный процесс сохраняет пространственные и эстетические качества оригинального произведения искусства. Помимо сохранения произведений искусства, наше предложение кажется перспективным для выставок в музеях, галереях и образовательных учреждениях, поскольку оно может обеспечить широкий доступ к трёхмерным произведениям искусства с помощью портативных иммерсивных голографических дисплеев.