Térközelben

Beszélgetés Rátai Dániellel

 


Vendéglátóm piros-kék háromdimenziós szemüvegével nézve élethű kocka látható a számítógépen, a képernyő síkja előtt. Bármerre fordítom a fejem, a látvány tökéletes marad. A kocka, persze, előzetesen készült, a bemutató kedvéért, most tetszés szerint kiegészíthető - erre szolgál a térben rajzoló ceruza. Már csak a szemüveg két szélén elhelyezkedő izzókra kell vigyázni, nehogy rajzolás közben kezünkkel elálljuk a fény útját. Az izzók helyét ugyanis két webkamera detektálja, és ezekből az információ azonnal eljut a számítógépbe. A webkamerák a ceruza végén világító apró izzó helyét is észlelik. A kocka attól olyan élethű, hogy szemünk pillanatnyi helyéhez igazodva készült, és ha elmozdulunk, a számítógép új képet generál.

"A készülék egy hagyományos személyi számítógépet alakít háromdimenzióssá. Lényege, hogy a képet térben jeleníti meg és a képet térben tudjuk manipulálni" - foglalja össze fejlesztését Rátai Dániel ifjú feltaláló, aki 2005-ben 6 első díjat nyert a 21 éven aluli tudósok és feltalálók Intel ISEF (Intel International Science and Engineering Fair) világversenyén. Ekkor ismerte meg Danit az ország, karácsonyfaizzókkal felszerelt 3D-szemüvegben, kezében a térben rajzoló ceruzával, amely a világraszóló sikert hozta.
Hogyan is jött létre Leonar3Do, egy egyszerű PC háromdimenzióssá fejlesztett változata és mi történt azóta? Erről kérdeztük a feltalálót, aki ma a Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem hallgatója.
 

- A Neumann János Számítástechnikai Szakközépiskolában ötödévesként témát kellett választanunk a szakdolgozatunkhoz. Az ötletem korábban is megvolt, csak konzulens tanárt kerestem hozzá. Ekkor találtam meg Bálint György tanár urat. Azonnal biztosított a támogatásáról, de a konzulens tanári feladatot nem akarta elvállalni: korábban volt néhány keserű tapasztalata és elhatározta, hogy többé nem vállal konzulensi szerepet. Azért tovább beszélgettünk, és megmutattam egy korábbi munkámat, amit Lengyelországban készítettem. (Egy ideig Lengyelországban éltem, és két sulit végeztem egyszerre: a "Neumann"-t magántanulóként, a lengyelországit "rendes" diákként). Az egyik fizikaórára írtam egy hullámszimuláló programot, amihez szintén 3D szemüveget használtam. Ezt megmutattam Bálint tanár úrnak, aki ezután úgy döntött, hogy mégis elvállal.

Közben meséltem neki egy másik ötletemről, a gázáramlást szimuláló eljárásról. A tanár úr azt javasolta, hogy ezzel induljak el a XIII. Országos Ifjúsági Tudományos és Innovációs Versenyen. Közben haladt a Leonar3Do, és arra gondoltam, mi lenne, ha ezzel is indulnék. Ráadásul a kettőt össze lehet fésülni úgy, hogy megtervezek egy autót, rácuppantom a gázáramlás-szimulálót és a Leonar3Dóval látom az autót magam előtt, ahogy áramlik fölötte a levegő. Ennek megfelelően tudom alakítani a formáját. A két rendszer kombinációja lett volna eredetileg a pályamunkám, de az összeépítést sajnos nem sikerült befejezni. Ennek ellenére a kettővel együtt indultam el, "3D formatervező és aerodinamikai tesztelő rendszer személyi számítógépre" címmel. Második lettem. Az amerikai versenyen, ami a világverseny döntőjének számít, már különválaszthattam a két munkát. Akkor a Leonar3Do állt közelebb a kész állapothoz, azt vittem el és azzal nyertem.

- Hogyan zajlott az amerikai verseny? Érezted, hogy a mezőny élvonalában leszel?

- Több mint 1400-an vettünk részt a versenyen, mindenki egy kis standra rakta ki a pályamunkáját, a zsűri pedig körbejárt és kérdezett. Akkor jöttek az első jelek, hogy valami nagy díjat fogok kaszálni. Az első napon különféle szervezetek osztottak díjakat, ott két első díjat kaptam: Az Amerikai Szabadalmi és Kereskedelmi Hivatalok Szövetségének informatika első díját és az IEEE Computer Society egyéni kategóriában adott első díját. Másnap, a verseny hivatalos zsűrijétől ketten kaptuk meg a kategória első díját, de úgy látszik, "célfotóval" mégis szerettek volna egy győztest kihozni, így én kaptam a kategória legjobbjának járó díjat. Utána kaptam a kategóriafüggetlen Intel Foundation Achievement Award elnevezésű teljesítménydíjat, majd a Seaborg SIYSS díjat, és ezzel a Nobel-díj átadására is eljutottam.

- Hogyan működik a szemüveg? Mi az új benne azokhoz a trükkökhöz és korábbi eljárásokhoz képest, amiket eddig sztereoképek előállítására használtak?

- A készülék egy hagyományos személyi számítógépet alakít háromdimenzióssá, a térbeli képet pedig változtatni is tudjuk a térben. A térbeli megjelenítésre szolgál a háromdimenziós (piros-kék vagy redőny-, esetleg polárszűrős) szemüveg, amely abban különbözik a hasonló hagyományos szemüvegektől, hogy van rajta két fényforrás, amivel követem a szemüveg pozícióját a monitorhoz képest. Ezért a monitorra mindig a szem helyzetétől függő képet tudok vetíteni. Hiába nézem jobbról vagy balról, a kép nem torzul el: ugyanaz marad, mintha a valóságban látnánk. A hagyományos 3D szemüvegek esetén a fej elmozdításakor a kép eltorzul, és látszik, hogy a monitorból "kilépő" kép csak illúzió. Itt viszont elmozduláskor is megmarad a kép. Ezen felül a hagyományos szemüvegek sokszor csak a mélységet adják vissza jól: a közelebbi tárgyakat közelebb hozzák, a távolabbit távolabb, de nem nyújtanak tökéletes térlátást. Ennek az az oka, hogy két szempozíciót tételeznek fel tökéletesen szemben a képernyővel, ezért legfeljebb a szemtávolságot kell megadni és ennek a két szemnek megfelelően állítják elő az ábrát. Az én készülékem tudja, hol van a megfigyelő szeme, és a képet mindig a szem követésével rajzolja meg, ezért az ábrát a helyes arányaiban látjuk. A szemüveg pedig egységes rendszert alkot a ceruzával, amellyel rögtön rajzolhatok is a térben. (Ha most levenném a szemüvegemet, akkor a gépen meglátnám a két képet, pirosban és kékben).

Ha valós nézőponthoz rendeled a képet, akkor más illúzió jön létre, mint például egy hagyományos redőnyszemüvegnél. Egy ilyen szemüveggel szinte nem is érzékeled a különbséget a valóság és a virtuális valóság között. Persze, a számítógépes grafika nem nyújtja teljesen azt, amit a valóság, hiszen a fénytörés és az árnyékok nem annyira élethűek, de a megjelenő kép geometriájában valósághű.

- Egy sztereomoziban is majdnem tökéletes a térhatás.

- Az illúzió valóban élethű (legalábbis, ha viszonylag középről nézzük), de amint megpróbálnánk a ceruzával megérinteni, a nem valós perspektívájú vetítés miatt rögtön kiderülne, milyen hibás arányokkal rendelkezik a kép.

Léteznek drága mágneses és ultrahangos szempozíció-detektálók, vagy olcsóbb optikai head-trackerek, amelyek szintén követik az elmozdulást és az új szempozícióhoz új ábrát generálnak, de ezeknél vagy az ár, vagy a minőség jelent korlátot a felhasználó számára. A legdrágább készülékeket ún. cave-rendszerekben használják. Ezeknél az ábrát a szoba négy falára vetítik - így például egy molekula belsejében érezhetjük magunkat -, ahol akár a szemünket, akár speciális kesztyűnket követi egy berendezés, sőt még a taszító kölcsönhatásokat is érzékelhetjük, de az adatok feldolgozásához már vissza kell mennünk a dolgozószobánkba.

Az én kütyüm jól használható abban a munkakörnyezetben, amelyben az adatfeldolgozás zajlik, tehát az ember a saját dolgozószobájában figyeli az ábrát, ami hatalmas ráfordítás helyett egy személyi számítógéppel és sokkal kevesebb költséggel megoldható. Nagyon fontos, hogy a szemüveg valósághű képet jelenítsen meg, hogy a ceruza pontosan ott folytassa a rajzot, ahova a hegyét helyezem. Ezt ilyen árkategóriában eddig nem valósították meg.

- Milyen felhasználási lehetőségek fordultak meg a fejedben?

- Például háromdimenziós modellek tervezése, mérnöki, művészi célok, játékvilág, oktatás, animációkészítés, molekulatervezés, orvostudomány. Az NKTH hathatós anyagi támogatásával két fejlesztési irányban haladunk: az egyik a molekulatervezés, a másik az oktatás. A molekulatervezésnél leginkább arra van szükség, hogy nagy fehérjékhez kis gyógyszerjelölt molekulákat tervezhessenek. Ehhez tudnánk segítséget nyújtani és már érdeklődnek is a munkánk iránt. Az oktatás területén először olyan alapszoftvert kell fejleszteni, amilyet bármely tantárgy tanításában fel lehet használni. Ez háromdimenziós iskolatáblaként működhetne. A tanár rögtön térben rajzolna, így például egy térbeli hullámrendszer ábrázolása sem lenne probléma. Úgy kellene elkészíteni, hogy a tanárok maguk is készíthessenek rajta tananyagokat, amit egymásnak adogatnak, hiszen egy bonyolultabb térbeli ábrát az ember nem feltétlenül rajzol fel szívesen minden alkalommal. Ez a fázis még a jövő zenéje. Az orvostanhallgatók oktatásában is hatalmas segítséget nyújtana, ha egy műtétet háromdimenziós demonstrációs programmal lehetne tanítani. Erede

tileg autótervezéshez találtam ki az egészet, ahol át kell látnunk, hogyan helyezkednek el egymás mögött az alkatrészek. Művészetben szobrok tervezésére gondoltam. A készülék segítségével össze lehetne állítani, mondjuk, egy 3D Paintbrush programot.

Most inkább az a gond, hogy szűkíteni kell a palettát, válogatnunk kell a területek között. Két alkalmazással még elbírunk, de közben az alapkészüléket is tökéletesítjük.

- A gázáramlás-szimuláló készülékkel is tovább foglalkozol? Úgy látom, ez még jobban lelkesít, mint a háromdimenziós manipulátor.

- A szélcsatorna szakmailag sokkal nagyobb feladat. A már megoldott programozási nehézségek is komolyabbak voltak, ebben nagyobb eredményeket értem el. Egy ilyen készülékkel nemcsak azt lehet szimulálni, hogy egy 100 km/h sebességgel haladó autó körül hogyan áramlik a levegő, hanem például egy ejtőernyő kinyílását is. Az autó merev tárgy, de sokkal érdekesebb, amikor olyan dinamikus mozgásról van szó, amelyben a tárgy maga is változik, nem csak a levegő áramlik. Ilyen például egy ejtőernyő kibomlása, vagy egy járműről az alkatrészek leszakadása. Pont az az érdekes, hogy a levegő hogyan fújja el a tárgyat; ezt a jelenlegi módszerekkel nagyon nehéz megoldani. Egy űrsikló fedelének felnyílását még tudják modellezni, de az, hogy a levegő szétkapja a járművet, már nehezen írható le modellekkel. Még egy turbulenciát sem könnyű megfelelően végigkövetni. Az én programom gyökeresen más elven működik, mint a jelenlegi módszerek, és akár az időjárás-szimulációban is jelentősége lehet. Persze, akkor, ha minden úgy működik, ahogy elképzelem.

- Térjünk vissza a Nobel-díj átadására. Hogyan fogadtak a Nobel-díjasok?

- A fiatalokat színfoltnak tekintették a nagy tudósok között. A versenyről hárman jutottunk ki Stockholmba. Schulz, a német fiú minden Nobel-díjast megkeresett és valószínűleg milliókat érő autogramgyűjteményt szedett össze. Még a pohártartón is meglepődtünk a fogadáson: a tányér szélére egy C alakú műanyag fület csíptetnek, ami a tányér széléhez rögzíti a poharat. Így, ha az ember áll, akkor az egyik kezében meg tudja tartani a tányért meg a poharat, a másik keze szabad marad. Ezt le is fotóztam, sőt addig kértem a pincért, míg megengedte, hogy egyet hazahozzak magammal.
Stockholm is gyönyörű. A Nobel-díjasok közvetlenül viselkedtek, de ilyenkor ők sem tudják, hol vannak - így én inkább annak örültem, hogy volt egy pár hozzám hasonló fiatal, akivel esténként felfedeztük a várost. Hazafelé aztán a Stockholm-Bécs, Bécs-Budapest útvonalon jöttem és Bécsből Budapestre teljesen egyedül utaztam a repülőn! Mikor elindultunk, a stewardess szólt, hogy nem táncolja el a szokásos tájékoztatót a vészkijáratokról és a biztonsági övek bekapcsolásáról. Mondtam neki, hogy ki ne hagyja, különben sosem tudnám lefilmezni! Úgyhogy végigmutatta, lefilmeztem, és a kérésére el is küldtem neki e-mailben. Stockholmban limuzinnal vittek minket a díjátadásra. Ezek után még jobban hangzik, hogy hazafelé "magángéppel" jöttem. Bár megvallva az igazat, ez nem az én világom.

- Hol tanulsz most?

- A Műegyetemen tanulok ipari termék- és formatervező szakon.

- Egy interjúban azt írták rólad, hogy kiskorodban varázsceruzáról álmodtál, amivel térben lehetne rajzolni. Ez most megvalósult.

- Sokat néztem a Varázsceruza-sorozatot, ráadásul mamám félig lengyel, félig magyar, a nagymamám lengyel, a Varázsceruza meg lengyel rajzfilm. Akkor én is, mint sok mindenki más, szerettem volna, ha életre kel a rajzom. De az első gondolat az óvodában született meg, amikor az első házakat rajzoltuk. Egyszerűen nem szerettem a papírra rajzolni: vagy ki akartam lyukasztani a papírt, vagy felemeltem a ceruzát, és zavart, hogy a levegőben már nem fog. Érdekelt, hogyan lehet valamit térben ábrázolni, mert elég nehéz eltalálni, milyen ferdén rajzolja az ember a ház falát, hogy térbelinek tűnjön. Ki kellene húzni a térbe és kész. Persze akkor olyan megoldások is az ember eszébe jutottak, mint a lebegő tinta, amely azonos sűrűségű a levegővel és ha nem fúj a szél, szépen ott marad.

Később autót terveztem. Apuval elmentünk a telkünk közelében lévő agyagos völgybe, ott bányásztunk agyagot, abból készítettem az autót. Aztán rátettünk egy papírmasét az agyagra, ami a nedves agyagtól szétázott és ráncos lett. De ahhoz képest, hogy az első próbálkozásom volt, egész jó kis papír sportautó lett.

- Édesapádra most is  támaszkodhatsz?

- Apu rengeteget segít, a legapróbb dolgokban és a nagy stratégiai kérdésekben is. Ő javasolta a Leonardo elnevezést - a sokoldalú felhasználhatóságra utalva. Először le is hurrogtuk, mert már annyi mindent hívnak Leonardónak, aztán beleírtuk a 3-ast, így lett Leonar3Do. Nem üzletember, de hatalmas élettapasztalattal rendelkezik, és jó szemszögből látja a világot. Ha kell, akkor besegít a cégbe, amit "3D for all Kft"-nek hívnak. Fiatalabb bátyám is itt dolgozik, ő a Pénzügyi és Számviteli főiskolát végzi vállalkozásszervező szakon. Mamám pedig főleg érzelmiekben tud sokat adni.

- A díjkiosztás után még egy bolygót is elneveztek rólad. Mit tudsz a bolygódról?

- 3-6 km átmérőjű, a kisbolygó-övben kering, és legutóbb, amikor mutatni akarták nekem, a nappali égbolton volt, nem lehetett látni. Azt tudom, hogy nagyobb, mint a kis hercegé, de a bolygóm miatt engem is sokan kis hercegnek hívnak.

SIMON ÁGNES interjúja
 
 

Ha egy közönséges tárgyat nézünk, a jobb és a bal szemünk kicsit eltérő szögben látja. Az emberi agy képes arra, hogy a két információból egyetlen sztereoképet állítson össze. A legegyszerűbb módon úgy lehet háromdimenzióban "látni", ha egy tárgyról két rajz vagy fénykép áll rendelkezésünkre, amelyek csak kicsit térnek el egymástól: egyik a bal szemünknek szánt képet, a másik a jobb szemünknek szánt képet ábrázolja. Ha ezek megfelelő távolságban vannak, akkor a rajz síkja és a szemünk közé egy pontra fókuszálva ("bandzsítva") a két kép találkozik,és az ábrát térben látjuk a papír vagy a képernyő előtt. Hasonló módon, messze a papír síkja vagy a képernyő síkja mögé nézve is kaphatunk sztereoképet.

Nem kell a szemünket tornáztatni, ha egy eszköz segít, hogy a két kép közül az egyik csak az egyik szemünkbe, a másik csak a másikba jusson el. Ilyen segédeszköz lehet a piros-kék lencséjű szemüveg, ha az egyik ábrát pirossal, a másikat kiegészítő színével, kékkel rajzoltuk meg. Mivel a piros szűrőt tartalmazó lencse csak a kék színű képet, a kék lencse pedig csak a piros képet engedi át, a két rajzból agyunk könnyen összeállítja - a fekete - térbeli ábrát. A két ábrát a legegyszerűbben számítógéppel állíthatjuk elő.

Segédeszköz lehet még az ún. shutter (redőnyös) szemüveg. Ehhez katódsugárcsöves képernyő és megfelelő segédprogram szükséges. A szemüveg a monitorral szinkronban, felváltva eltakargatja a szemet, miközben a monitor egyszer a bal szemnek, egyszer a jobb szemnek megfelelő képet mutatja. A váltás olyan gyors, hogy szemünk előtt folytonosnak tűnik az átmenet.

Speciális vetítőkészülékkel lehetőség van arra is, hogy két képről egymásra merőleges síkú lineárisan polározott fény érkezzen a szemünkbe. Polárszűrős szemüveggel, amelynek egyik lencséje csak az egyik irányú, másik lencséje a másik irányú polározott fényt engedi át, egyik szemünkbe az egyik, másik szemünkbe a másik képet irányíthatjuk.

Sztereokép az agyról

 


Természet Világa, 137. évfolyam, 11. szám, 2006. november
http://www.termeszetvilaga.hu/
http://www.chemonet.hu/TermVil/