محققان با استفاده از یک فیلم قدیمی به عنوان ورودی، الگوریتمی را ارائه کرده اند که به سرعت موقعیت هزاران ذره که پراکندگی نور از آنها تصویر یا خروجی دلخواه دیگری را ایجاد خواهد کرد تعیین می‌کند.

فرستادن نور به سمت مجموعه ای از ذرات، الگوی شدتی را ایجاد می کند که توسط موقعیت مکانی آن ذرات تعیین می شود. یک الگوریتم جدید روند برگشت به عقب از الگوی شدت به موقعیت ذرات را سرعت می بخشد. در اینجا، این الگو موقعیت‌های در حال تغییر 300000 ذره (چپ و راست؛ ناحیه بزرگ‌نمایی شده درون تصویر) که برای تولید فیلم معروف Larrivée dun train en gare de La Ciotat در سال 1896 (ورود قطار به ایستگاه لسیوته) لازم است را تعیین کرده است. به طور خودکار، نسخه وارونه فیلم ظاهر می شود زیرا الگوریتم همیشه یک الگوی مرکز متقارن ایجاد می کند (مشاهده فیلم).

پوشش‌های (coatings) ویژه‌ای که دارای آرایش نامنظم ذرات هستند می‌توانند رنگ‌ها و الگوهایی را در نور پراکنده شده از ذرات ایجاد کنند. اکنون یک گروه تحقیقاتی الگوریتمی را توسعه داده که می تواند به سرعت آرایش بهینه ذرات را برای خروجی مورد نظر تعیین کند [1]. گروه، این الگوریتم را بر روی یک فیلم معروف در سال 1896 نشان داد (یک فیلم مهم در تاریخ اولیه سینما). برای هر فریم از فیلم، الگوریتم موقعیت مناسب 300000 ذره را در یک صفحه دو بعدی تعیین کرد. محققان نشان دادند که پراکندگی ترکیبی ذرات باعث ایجاد اشکال پیچیده و رنگ‌های خاکستری در فیلم می‌شود. این تکنیک جدید می تواند به طور بالقوه منجر به طراحی های پوشش جدید با ویژگی های نوین و عملی پراکندگی نور شود.

چیدمان متناوب ذرات مانند آنها که در کریستال هستند، نور را به روشی یکنواخت پراکنده می کند به طوری که الگوی مرتبی از لکه ها روی صفحه ایجاد می شود. در مقابل، یک آرایش غیر متناوب می تواند طیف وسیع تری از الگوهای پراکندگی را ایجاد کند. به عنوان مثال، بسیاری از محققان پیکربندی‌های سه‌بعدی را ایجاد کرده‌اند که در برابر بازه ای از فرکانس‌های نور، بدون توجه به جهت انتشار، مات هستند؛ ویژگی ای که می‌تواند در پوشش‌ها استفاده شود. اما برگشت به عقب از چنین ویژگی‌های مورد نظری به موقعیت مکانی ذرات از نظر محاسباتی چالش برانگیز و کند است، بنابراین محققان هنوز این کار را برای ساختارهای بزرگ‌تر از 100 ذره انجام نداده‌اند.

اکنون آرون شی Aaron Shih، ماتیاس کاسیولیس Mathias Casiulis و استفانو مارتینیانی Stefano Martiniani از دانشگاه نیویورک، همبسته کننده سریع فضای وارون (FReSCo- (Fast Reciprocal-Space Correlator را توسعه داده‌اند. کاسیولیس می‌گوید: «الگوریتم ما می‌تواند ساختارهایی با میلیاردها عنصر روی یک گره CPU را در عرض چند ساعت بهینه کند. این پردازش سریع می تواند به محققان اجازه دهد تا پوشش ها و سطوح دیگری را طراحی کنند که نور را در هر الگوی دلخواه پراکنده می کنند. نسخه نمایشی فیلم قدیمی نشان دهنده این است که برای یک الگوی پیچیده نور متغیر با زمان، جواب می دهد.

نظم پنهان. چهار مثال دیگر از توانایی الگوریتم در چیدن ذرات کنار هم (زیر مجموعه‌های کوچکی که در سمت چپ برای هر یک از چهار مورد نشان داده شده‌) که می‌توانند نور را برای تولید الگوهای شدت مشخص (در هر مورد سمت راست) پراکنده کنند. این نمونه ها شامل 5 ×10⁷ ذره بودند.

یکی دیگر از کاربردها می تواند تولید تصویر برای بازی‌های ویدیویی و فیلم‌های انیمیشن باشد. کاسیولیس توضیح می‌دهد که دقت سه‌بعدی چنین گرافیک‌های رایانه‌ای اساساً به انتخاب نقاط نمونه بستگی دارد - مکان‌هایی در صفحه ی دوربین مجازی که در آن نرم‌افزار گرافیکی شدت نور برآیند را محاسبه می‌کند. او می‌گوید FReSCo باید بتواند انتخاب‌های این نقاط را بهینه کرده و این کار را سریع‌تر از تکنیک‌های فعلی انجام دهد.

1-A. Shih et al., “Fast generation of spectrally shaped disorder,” Phys. Rev. E 110, 034122 (2024).

منبع:

Old Movie Demos New Tech

ترجمه خبر: شهره کرمی