2015 Fiscal Year Research-status Report
時分割表示方式電子ホログラフィの実時間３次元動画像再生とソフトウェア調整の研究
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15K00153
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| Research Institution | Kochi University |
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Principal Investigator |
高田 直樹 高知大学, 教育研究部自然科学系理学部門, 准教授 (50290713)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電子ホログラフィ / 三次元動画像再生 / 計算機合成ホログラム / Graphics Processing Unit / 時分割表示 / リアルタイム処理 / 高性能計算 / 並列分散計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ホログラフィは，三次元物体からの光の波面を忠実に記録・再生できる唯一知られた技術である．ホログラムはコンピュータ上で作製することも可能であり，これを計算機合成ホログラム（CGH）と呼ぶ．CGH による三次元動画像再生技術（電子ホログラフィ）は，究極の立体テレビになると考えられている.
本研究では，コストパフォーマンスに優れた時分割表示方式電子ホログラフィのリアルタイム再生を中心に扱う.GPU クラスタによる計算高速化にとどまらず,時分割表示による残像効果を利用して,さらなる高速化を実現させる.また,時分割表示方式のリアルタイムカラー再生は単色よりも3倍高速である必要があり容易ではない．本研究では高速なネットワークとGPU クラスタを用いてリアルタイム再生を実現する.さらに，ソフトウェアによる再生像の色調整を実現し,多色化を目指す．
本年度は，最新のGPU（NVIDIA GeForce GTX TITAN）を13枚搭載したGPUクラスタ電子ホログラフィシステムを構築した．CGH計算を行なうクライアントと, 計算後のCGHを表示するサーバからなる．クライアントは4ノードからなり，各ノードに3枚のGPUを搭載する．クライアントで計算されたCGHをサーバに転送し，サーバでそのCGHを空間光位相変調器(SLM)上に表示し，空中に三次元動画像を再生する．約10万点からなる三次元物体の動画を１秒間に約30フレームの速度で再生することに成功した．実効速度は約40 TFLOPSを達成し，CPU (Intel Core i7 4770 )に対して約３千倍の高速化を実現した．また，GPUクラスタを用いた時分割表示方式カラー電子ホログラフィシステムも構築した．さらに，時分割表示方式電子ホログラフィにより，100万点からなる三次元物体の静止画像の画質向上に成功した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り，大きな問題もなく順調に研究を進めることができた．
本研究で開発したNVIDIA GeForce GTX TITAN X を13枚搭載したGPUクラスタシステムでは，約10万点からなる三次元物体のリアルタイム再生を実現することができた．実効速度においても約40 TFLOPSを達成した．これまで使用していたGeForce GTX 680を10枚搭載したGPUクラスタシステムに比べて約4倍の計算高速化を実現し，十分な成果を得ることができた．本研究の計画を立てていたときには, GPUクラスタシステムに時空間分割法を適用することで約10万点からなる三次元物体のリアルタイム再生を実現する予定であった．しかし，当初想定していた計算速度の2倍以上の速度を達成することができた．また，本研究で開発したGPUクラスタに時空間分割法を適用すると約40万点からなる三次元物体のリアルタイム再生が可能であることがわかった．
時空間デジタル・ミラー・デバイスを用いたリアルタイム時分割表示方式電子ホログラフィについても予定通り検討することができた．さらに，本研究の計画を立てていた時点で平成28年度以降を予定していた時分割表示方式カラー電子ホログラフィの開発と，時分割表示方式カラー電子ホログラフィにおける色調整可能なソフトウェア開発に着手することができた．また，時分割表示電子ホログラフィによる画質向上を実現できるなど，計画以上に進展することができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度において，当初想定していた計算速度を2倍以上の速度を達成するGPUクラスタシステムを構築することができた．当初想定していた速度を上回る計算性能であるため，本GPUクラスタシステムにより時分表示方式カラー電子ホログラフィを実現することは可能であると考えている．しかし，平成27年度に開発したプロトタイプでは，光学系において光源にLEDを使用していたため，鮮明な再生像を得るまでには至らなかった．そこで，光源をレーザーに代えた光学系を構築する．光源の色と，それに適したCGHの表示が同期しなければならない．そのため，液晶シャッターを用いた光源切り替え装置も併せて開発する．また，3つのLCDパネルを用いた光学系によるカラー電子ホログラフィについても構築する．
また，時分割表示方式カラー電子ホログラフィにおける色調整可能なソフトウェア開発と，デジタル・ミラー・デバイスを用いたリアルタイム時分割表示方式電子ホログラフィの開発についても引き続き行う．
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| Causes of Carryover |
当初の計画で購入予定であった空間光位相変調器を変更したことと，レーザーシステム及び光学部品の購入を次年度に変更したため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
レーザーシステムとそれに必要となる光学部品，GPUの購入を考えている．また，学会発表の参加費と旅費，論文投稿料に使用する予定である．
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