เปิดตัวบน HN: การจำลองหลุมดำที่ถูกต้องตามหลักฟิสิกส์ผ่านกล้อง iPhone

 (apps.apple.com)
2 คะแนน โดย GN⁺ 2024-11-20 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp
  • Black Hole Vision เป็นแอปเพื่อการศึกษาฟรีที่วางหลุมดำไว้ในมุมมองของกล้อง iPhone และบิดเบือนภาพสดราวกับเป็นเลนส์ความโน้มถ่วง เพื่อแสดงให้เห็นว่าโลกโดยรอบจะมองเห็นเป็นอย่างไรเมื่ออยู่หน้าหลุมดำ
  • ภาพสดจะถูกประมวลผลในลักษณะเดียวกับการที่แสงดาวถูกเบี่ยงเบน และสามารถเห็น photon ring ซึ่งเป็นภาพที่ถูกเลนส์อย่างรุนแรงรอบหลุมดำได้
  • การวัด photon ring เชื่อมโยงกับเป้าหมายการสังเกตการณ์ในอนาคตของดาวเทียมวงโคจร Black Hole Explorer(BHEX) โดย BHEX มีแผนจะถ่ายภาพที่คมชัดที่สุดในประวัติศาสตร์ดาราศาสตร์
  • โค้ดการพัฒนาเปิดเผยบน GitHub และมีเอกสารอธิบาย สมการเลนส์ของหลุมดำ และวิธีการพัฒนา Black Hole Vision ให้ด้วย
  • Version 2.1 เพิ่มการถ่ายสกรีนช็อต คำอธิบายฟีเจอร์ และการซ่อนฟีดวิดีโอแบบ picture-in-picture ส่วน Version 2.0 รองรับหลุมดำ Kerr ที่หมุนได้และการเปลี่ยนค่าสปิน

เอฟเฟกต์เลนส์หลุมดำผ่านกล้อง iPhone

  • Black Hole Vision เป็นแอปเพื่อการศึกษาฟรีที่ออกแบบโดยมีศูนย์กลางอยู่ที่กล้อง iPhone
  • แอปจะวางหลุมดำไว้ในมุมมองของกล้อง จากนั้นประมวลผลฟีดวิดีโอสดด้วยเอฟเฟกต์เลนส์ความโน้มถ่วง
  • การทำเลนส์นี้ทำงานในรูปแบบเดียวกับที่หลุมดำทำให้แสงดาวรอบ ๆ โค้งงอ
  • การจำลองมี photon ring ซึ่งเป็นภาพที่ถูกเลนส์อย่างรุนแรงรอบหลุมดำรวมอยู่ด้วย

photon ring และ Black Hole Explorer

  • การวัด photon ring เชื่อมโยงกับเป้าหมายการสังเกตการณ์ทางดาราศาสตร์ที่จะดำเนินการในอวกาศในอนาคต
  • Black Hole Explorer เป็นดาวเทียมวงโคจรที่จะถ่ายภาพที่คมชัดที่สุดในประวัติศาสตร์ดาราศาสตร์
  • photon ring ที่เห็นใน Black Hole Vision สามารถมองได้ว่าเป็นภาพประกอบเพื่อการศึกษาสำหรับทำความเข้าใจเป้าหมายการสังเกตการณ์ของ BHEX

โค้ดโอเพนซอร์สและเอกสารการพัฒนา

  • โค้ดของ Black Hole Vision เปิดเผยบน GitHub
  • รีโพซิทอรีมีเอกสารอธิบาย สมการเลนส์ของหลุมดำ พื้นฐานและวิธีพัฒนาแอปรวมอยู่ด้วย
  • โค้ดเขียนโดย Trevor Gravely แห่ง Vanderbilt University และได้รับความเห็นจาก Dr. Roman Berens และ Prof. Alex Lupsasca
  • ข้อมูลและคอมเมนต์จาก Dominic Chang ก็ถูกรวมไว้ใน acknowledgments ด้วย
  • โปรเจกต์ได้รับการสนับสนุนจาก CAREER award PHY-2340457 และ grant AST-2307888 ของ National Science Foundation

ไลเซนส์และทรัพยากรที่ใช้

  • แอปมีโค้ดที่พอร์ตการพัฒนา Jacobi elliptic functions และ elliptic integrals ของ GNU Scientific Library(GSL) ไปยัง Metal
  • องค์ประกอบดังกล่าวอยู่ภายใต้ไลเซนส์ GNU General Public License v3.0(GPL-3.0)
  • ไลเซนส์ฉบับเต็มและซอร์สโค้ดดูได้ที่ รีโพซิทอรี GitHub ของ BlackHoleVision
  • ภาพเลนส์ของดาราจักรชนิดกังหัน Messier 101 สร้างจากทรัพยากรที่ผลิตโดย NASA และ STScI โดยต้นฉบับอยู่ที่ HubbleSite

เวอร์ชัน ความเป็นส่วนตัว และความเข้ากันได้

  • Version 2.1 เผยแพร่เมื่อวันที่ 25 พฤศจิกายน 2024 โดยรวมการถ่ายสกรีนช็อต การเพิ่มคำอธิบายฟีเจอร์ และการซ่อนฟีดวิดีโอแบบ picture-in-picture
  • Version 2.0 เผยแพร่เมื่อวันที่ 16 พฤศจิกายน 2024 และเพิ่มหลุมดำ Kerr ที่หมุนได้ รวมถึงฟีเจอร์ให้ผู้ใช้เปลี่ยนค่าสปินของหลุมดำที่หมุนอยู่
  • Version 1.0 เผยแพร่เมื่อวันที่ 30 ตุลาคม 2024
  • นักพัฒนา Alexandru Lupsasca ระบุว่าแนวปฏิบัติด้านความเป็นส่วนตัวของแอปอาจรวมถึงการประมวลผลข้อมูล และ Apple ไม่ได้ตรวจสอบข้อมูลดังกล่าว
  • ตามข้อมูลแอป ขนาดคือ 67.1 MB, ภาษาคือ English และเรตอายุคือ 4+
  • เงื่อนไขความเข้ากันได้คือ iPhone ต้องใช้ iOS 17.5 ขึ้นไป, Mac ต้องใช้ macOS 14.5 ขึ้นไปพร้อมชิป Apple M1 ขึ้นไป และ Apple Vision ต้องใช้ visionOS 1.2 ขึ้นไป

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 2024-11-20
ความคิดเห็นใน Hacker News

  • สวัสดีครับ/ค่ะ! พวกเราคือ Dr. Roman Berens, Prof. Alex Lupsasca และ Trevor Gravely นักศึกษาปริญญาเอกจาก Vanderbilt University ที่ทำวิจัยด้านฟิสิกส์ เรายินดีที่จะเปิดตัว Black Hole Vision: https://apps.apple.com/us/app/black-hole-vision/id6737292448
    Black Hole Vision จำลอง ผลของเลนส์ความโน้มถ่วง ของหลุมดำ และนำไปใช้กับภาพจากกล้อง iPhone เราได้ทำสมการเลนส์ที่ได้มาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปให้ทำงานจริง เพื่อสร้างเอฟเฟ็กต์ที่ถูกต้องตามหลักฟิสิกส์ ดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ https://arxiv.org/abs/1910.12881
    แอปสามารถวางหลุมดำไว้หน้ากล้องหลัก เพื่อให้สภาพแวดล้อมรอบตัวดูบิดโค้งราวกับถูกหลุมดำทำหน้าที่เป็นเลนส์ หรือใช้โหมด “เซลฟี” โดยวางหลุมดำไว้หน้ากล้องหน้า เพื่อให้เห็นตัวเองพร้อมเอฟเฟ็กต์เลนส์ที่ถูกนำมาใช้

    • ระหว่างใช้งานแอป ยังมีตัวเลือกเพิ่มเติมอีกเล็กน้อยให้เลือก ตัวเลือกเลนส์แรกคือ “Static black hole” ในโหมดนี้จะจำลองหลุมดำ Schwarzschild ที่ไม่หมุน
      มีโหมดย่อยสองแบบสำหรับเปลี่ยนมุมมองภาพที่จำลอง คือ “Realistic FOV” และ “Full FOV” โหมดมุมมองสมจริงจะสะท้อนมุมรับภาพที่มีขอบเขตจำกัดของกล้อง iPhone ทำให้เกิดบริเวณมืดหลายแฉกตรงกลางจอ ภายในนั้นมีทั้ง “black hole shadow” ซึ่งเป็นลำแสงที่ตกลงสู่หลุมดำ และ “blind spots” ซึ่งเป็นทิศทางที่ไม่อยู่ในมุมมองของทั้งกล้องหน้าและกล้องหลัง
      ส่วนโหมดมุมมองเต็มจะทำงานราวกับว่ากล้องมีมุมรับภาพไร้ขีดจำกัดที่ครอบคลุมทุกองศา ทำให้เกิดเงาหลุมดำทรงกลมหนึ่งวงตรงกลางจอ จากนั้นหากเลือกโหมด “Kerr black hole” ก็จะเพิ่มการหมุน หรือสปิน ให้กับหลุมดำได้ และยังปรับความเร็วการหมุน “a” ซึ่งแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์เทียบกับค่าสปินสูงสุดได้ด้วย
    • น่าจะทำเป็น App Clip เพื่อให้ลองใช้ได้โดยไม่ต้องติดตั้งแอปด้วย: https://developer.apple.com/app-clips/
    • ผลลัพธ์ที่เห็นค่อนข้างชวนสับสน เพราะดูเหมือนจริง ๆ แล้วไม่มีอะไรหายไปเลย
      ถ้าเป็นหลุมดำ ผมคาดว่าจะไม่ได้แค่เปลี่ยนภาพของบางบริเวณ แต่ควรมี เอฟเฟ็กต์ที่ทำให้บางส่วนดูเหมือนหายไป ตรงจุดนั้นด้วย
    • หลุมดำที่สร้างขึ้นในพรีวิวดูไม่ค่อยแม่นยำเป็นพิเศษ น่าจะต้องมี เงาทรงกลม แบบนี้มากกว่า: https://i.imgur.com/zeShgrx.jpeg

  • เจ๋งมากครับ/ค่ะ คงจะลองเล่นสักประมาณ 5 นาที ชื่นชมคณิตศาสตร์ที่ใส่เข้าไป แล้วก็วางต่อ แต่ถึงอย่างนั้นก็ยังเป็นแอปที่เจ๋งมาก
    แต่อยากเสนอไอเดียสำหรับ v1.1 ที่อาจทำให้คนใช้งานต่อเนื่องได้ iPhone มีพลังประมวลผลพอจะเอาสิ่งนี้ไปรวมกับ Augmented Reality ไหม? คือสามารถ “ตรึง” เอกฐานไว้ที่ตำแหน่งคงที่ในอวกาศ แล้วถือโทรศัพท์เดินวนรอบมันได้หรือเปล่า?
    ถ้าทำได้ ก็น่าจะต่อยอดเป็นแอปหารายได้เล็ก ๆ ได้ โดยให้ผู้คนปักเอกฐาน ดาวนิวตรอน ฯลฯ ไว้ในโลกจริง และเลือกแชร์กับคนอื่นที่เดินผ่านไปมาได้ เช่น การเห็นเอกฐานที่มีคนปักไว้ข้าง Washington Monument ก็ดูน่าสนุก โดยรวมแล้ว ถ้าได้เล่นกับผลของแรงโน้มถ่วงต่อแสงในแบบ AR ก็น่าจะดีมาก

    • อยากเชียร์ไอเดียนี้ต่อจริง ๆ ถ้าเป็น แนว AR ที่ให้ตรึงหลุมดำขนาดรัศมีหนึ่งไว้ในห้องนั่งเล่น แล้วเดินวนดูรอบ ๆ ได้ จะดีมาก
      ไอเดีย AR แบบแชร์ตำแหน่งทางภูมิศาสตร์จากคอมเมนต์แม่ก็น่าสนใจมาก ถ้าทำได้ระดับนั้น ผมยอมจ่ายไม่กี่ดอลลาร์เลย อาจใส่องค์ประกอบโซเชียลเพิ่มเข้าไปได้ด้วย เช่น ให้หลุมดำที่คนไปปล่อยไว้ตามที่ต่าง ๆ ในโลกจริงมารวมกันได้
      ถ้าภายหลังอยากตั้งระบบโครงสร้างพื้นฐานราคาถูกเพื่อโฮสต์ข้อมูลตำแหน่งหลุมดำที่ผู้คนปล่อยไว้ ก็ทักมาได้เลย ผมช่วยด้านนั้นได้
    • เป็นไอเดียที่ยอดเยี่ยมมาก! จริง ๆ แล้วหนึ่งในเหตุผลที่เราเริ่มจาก iPhone ก็เพราะตั้งใจไว้ตั้งแต่แรกว่าจะขยายไปสู่ Apple Vision Pro ด้วย
      อย่างที่เขียนไว้ในคอมเมนต์อื่น โปรเจกต์นี้เป็นส่วนหนึ่งของความพยายามด้าน outreach เพื่อทำให้สาธารณชนและนักเรียนสนใจฟิสิกส์ของหลุมดำ ดังนั้นโค้ดจะยังคงฟรีและโอเพนซอร์สเสมอ
    • ถ้าจะใช้แค่ Augmented Reality แบบดั้งเดิมที่ซ้อนทับบนภาพจากกล้องปัจจุบันอย่างเดียวจะยังไม่พอ แต่จำเป็นต้องมี การสแกน 3D ของสภาพแวดล้อมทั้งหมดที่หลุมดำในตำแหน่งนั้น “มองเห็นได้” ด้วย
      เพราะโดยพื้นฐานแล้วหลุมดำทำงานเหมือนกล้อง 360 องศา จึงอาจทำให้มองเห็นอะไรก็ได้รอบตัวจากบางมุม มันไม่ถึงกับเป็นไปไม่ได้ แต่ยากกว่าการใช้ฟีด AR แบบ “ธรรมดา” เฉย ๆ
    • ไม่จำเป็นว่าทุกอย่างต้องทำเพื่อหาเงินเสมอไป :)

  • ดีมากเลยครับ/ค่ะ แต่จะดีกว่านี้ถ้าได้ลองใช้เอง! มีโอกาส พอร์ตลง Android ไหม แม้จะเฉพาะอุปกรณ์ที่มี GPU ระดับสูงก็ยังดี?

    • เวอร์ชันหลุมดำหมุนที่เราทำไว้จำเป็นต้องใช้โค้ดบน GPU และการพอร์ตสิ่งนี้ไป Android ไม่ใช่เรื่องง่าย ถึงอย่างนั้น ถ้ามีใครหยิบโค้ดโอเพนซอร์สไปพอร์ตต่อ เราก็ดีใจมาก!
      ระหว่างนี้ ลองดูโค้ดของ Dominic Chang นักศึกษาปริญญาโท Harvard ที่ทำเอฟเฟ็กต์เลนส์ของหลุมดำ Schwarzschild ที่ไม่หมุนบนเบราว์เซอร์ได้ที่นี่:
      https://dominic-chang.com/bhi-filter/

  • น่าจะใช้ ภาพตัวอย่างพรีวิว บนหน้า App Store เป็นแบบอื่นจะดีกว่า เพราะภาพแรกซึ่งสำคัญที่สุดกลับไม่ได้แสดงเอฟเฟ็กต์เลย
    การใช้ภาพกาแล็กซีก็ดูไม่ค่อยตรงกับประสบการณ์ใช้งานจริงของแอปเท่าไร

  • ความคิดแรกที่ผมนึกถึงคือ ถ้าเอาแอปนี้ไปส่องหน้าจออีกจอที่แสดงภาพแบบนี้จะเกิดอะไรขึ้น แม้จะรู้ว่าในความเป็นจริงคงไม่สมจริงเพราะเรื่องแกน z และมุมรับภาพ แต่ก็ดูน่าสนุกดี
    https://esahubble.org/images/heic0609a/

  • เมื่อกี้ผมลองใช้แล้ว แอปเด้งตั้งแต่เปิดครั้งแรก แล้วพอปิดแอปแล้วลองใหม่ ตอนนี้เปิดไม่ขึ้นเลย จะลองติดตั้งใหม่ดู iPhone 16 Pro, iOS 18.1
    เพิ่มเติมสั้น ๆ: พอทำแบบนั้นแล้วตอนนี้ใช้งานได้ปกติ ดูเหมือนตอนเปิดครั้งแรกมันค้างอยู่ตรงขั้นตอนขอสิทธิ์ใช้กล้อง

    • ดีใจที่รอบสองใช้งานได้! ก่อนหน้านี้เราเคยมีบั๊กใน การทำ elliptic integral ให้ใช้งานได้จริง ที่ทำให้แอปแครช แต่คิดว่าเอาออกไปแล้ว หวังว่าครั้งนี้จะเป็นแค่เรื่องบังเอิญนะ มีใครเจอปัญหาเดียวกันอีกไหม?

  • physically accurate
    event horizon doesn't appear in my room
    :(

  • ดาวน์โหลดทันทีเลยครับ/ค่ะ ถ้าเป็น อะไรที่เกี่ยวกับหลุมดำ ผมแพ้ทางมาก

    • ยินดีต้อนรับ! คุณน่าจะชอบอ่านเกี่ยวกับ Black Hole Explorer (BHEX) ด้วย เป็นภารกิจอวกาศที่ยังอยู่ในขั้นข้อเสนอ มีเป้าหมายจะถ่ายภาพที่คมชัดที่สุดในประวัติศาสตร์ดาราศาสตร์ และแยกสังเกต “photon ring” ของแสงที่โคจรรอบหลุมดำ
      https://www.blackholeexplorer.org/