HN公開: iPhoneカメラで見る物理的に正確なブラックホールシミュレーション

 (apps.apple.com)
2 ポイント 投稿者 GN⁺ 2024-11-20 | 1件のコメント | WhatsAppで共有
  • Black Hole Vision は、iPhoneのカメラ視野内にブラックホールを配置し、ライブ映像を重力レンズのように歪ませることで、周囲の世界がブラックホールの前でどのように見えるかを示す無料の教育アプリ
  • ライブ映像は星の光が曲がる仕組みと同じように処理され、ブラックホール周辺に強いレンズ効果で生じる画像である photon ring を確認できる
  • photon ring の測定は、今後打ち上げ予定の軌道衛星 Black Hole Explorer(BHEX) の観測目標とつながっており、BHEXは天文学史上最も鮮明な画像を撮影する予定
  • 実装コードはGitHubで公開されており、ブラックホールレンズ方程式 と Black Hole Vision の実装方法を説明する文書もあわせて提供されている
  • Version 2.1ではスクリーンショット撮影、機能説明、picture-in-picture映像フィードの非表示が追加され、Version 2.0では回転するKerrブラックホールとスピン値の変更をサポート

iPhoneカメラで見るブラックホールのレンズ効果

  • Black Hole Vision は、iPhoneカメラを中心に設計された無料の教育アプリ
  • アプリはカメラの視野内にブラックホールを配置し、その後ライブ映像フィードに重力レンズ効果を適用する
  • このレンズ処理は、ブラックホールが周囲の星の光を曲げる仕組みと同じ形で動作する
  • シミュレーションには、ブラックホール周辺に強いレンズ効果で生じる画像である photon ring が含まれる

photon ringとBlack Hole Explorer

  • photon ring の測定は、今後宇宙で行われる天文観測目標につながっている
  • Black Hole Explorer は軌道衛星で、天文学史上最も鮮明な画像を撮影する予定
  • Black Hole Visionで見える photon ring は、BHEXの観測目標を理解するための教育用可視化とみなせる

オープンソースコードと実装文書

  • Black Hole Vision のコードは GitHub で公開されている
  • リポジトリには、基本的な ブラックホールレンズ方程式 とアプリの実装方法を説明する文書が含まれている
  • コードはVanderbilt Universityの Trevor Gravely が作成し、Dr. Roman Berens と Prof. Alex Lupsasca から意見提供を受けている
  • Dominic Chang の入力とコメントも acknowledgments に含まれている
  • このプロジェクトは National Science Foundation の CAREER award PHY-2340457 および grant AST-2307888 の支援を受けている

ライセンスと使用資料

  • アプリには、GNU Scientific Library(GSL) の Jacobi elliptic functions および elliptic integrals の実装をMetalへ移植したコードが含まれている
  • 該当コンポーネントは GNU General Public License v3.0(GPL-3.0) の下でライセンスされている
  • 全体のライセンスとソースコードは BlackHoleVision GitHubリポジトリ で確認できる
  • 渦巻銀河 Messier 101 のレンズ画像は NASA と STScI が制作した資料から生成されており、元の資料は HubbleSite にある

バージョン、プライバシー、互換性

  • Version 2.1 は2024年11月25日に登録され、スクリーンショット撮影、機能説明の追加、picture-in-picture映像フィードの非表示を含む
  • Version 2.0 は2024年11月16日に登録され、回転するKerrブラックホールと、ユーザーが回転ブラックホールのスピン値を変更する機能を追加した
  • Version 1.0 は2024年10月30日に登録された
  • 開発者 Alexandru Lupsasca は、アプリのプライバシー取り扱い慣行にデータ処理が含まれる可能性があると表示しており、Appleはその情報を検証していない
  • アプリ情報ベースのサイズは 67.1 MB、言語はEnglish、年齢レーティングは4+
  • 互換性条件は、iPhoneではiOS 17.5以降、MacではmacOS 14.5以降とApple M1チップ以降、Apple VisionではvisionOS 1.2以降が必要

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1件のコメント

 
GN⁺ 2024-11-20
Hacker News のコメント

  • こんにちは！ Vanderbilt University で物理学を研究している Dr. Roman Berens、Prof. Alex Lupsasca、博士課程の Trevor Gravely です。Black Hole Visionを公開できてうれしく思います: https://apps.apple.com/us/app/black-hole-vision/id6737292448
    Black Hole Vision はブラックホールの重力レンズ効果をシミュレートし、それを iPhone のカメラ映像に適用します。一般相対性理論から導いたレンズ方程式を実装し、物理的に正確な効果を作りました。詳しくは https://arxiv.org/abs/1910.12881 を参照してください。
    アプリでは、メインカメラの前にブラックホールを置いて周囲の環境がブラックホールによってレンズのように歪んで見えるようにしたり、前面カメラの前にブラックホールを置く「セルフィー」モードで、レンズ効果が適用された自分の姿を見せたりできます

    • アプリ使用中に選べる追加オプションがいくつかあります。最初のレンズオプションは「Static black hole」です。このモードでは、回転しない Schwarzschild ブラックホールをシミュレートします。
      シミュレートされる視野角を変える 2 つのサブモードがあり、「Realistic FOV」と「Full FOV」です。現実的な視野角モードは iPhone カメラの有限の視野角を反映し、画面中央に複数に分かれた暗い領域を作ります。ここには、ブラックホールに落ち込む光線である「black hole shadow」と、前面・背面カメラのどちらの視野にも入らない方向である「blind spots」が含まれます。
      全視野角モードは、カメラがすべての角度をカバーする無限の視野角を持つかのように動作し、画面中央に 1 つの円形のブラックホールシャドウを作ります。次に「Kerr black hole」モードを選ぶと、ブラックホールに回転、つまりスピンを追加でき、最大スピンに対するパーセンテージで表示される回転速度「a」も調整できます
    • アプリをインストールしなくても試せるように、App Clipとしても提供できそうです: https://developer.apple.com/app-clips/
    • 見える結果が少し混乱します。実際には何も消えていないように見えます。
      ブラックホールなら、ある領域の見え方を変えるだけでなく、そこにあった一部が消えて見える効果もあるはずだと思っていました
    • プレビューで生成されるブラックホールは、特に正確には見えません。こういう円形の影があるべきだと思います: https://i.imgur.com/zeShgrx.jpeg

  • 素晴らしいです。たぶん 5 分ほど使って、使われている数学に感心してから次へ進むでしょうが、それでもかなりクールなアプリです。
    ただ、v1.1 で継続的に使いたくなるアイデアがあります。iPhone でこれを拡張現実と組み合わせられるだけの処理性能はあるでしょうか？ つまり、特異点を空間上の固定位置に「固定」して、スマホを持ってその周りを歩き回れるでしょうか？
    もし可能なら、人々が特異点や中性子星などを現実世界に固定し、通りすがりの他の人たちと選択的に共有できるようにして、とても控えめな収益アプリへ発展させられると思います。たとえば Washington Monument の横に誰かが固定した特異点を見るのは面白そうです。全体として、AR で光に対する重力効果をいじれるといいですね

    • このアイデアをさらに推したいです。リビングに特定の半径のブラックホールを固定して、その周りを歩き回れるAR 方式なら本当に良さそうです。
      親コメントの位置共有型の拡張現実アイデアも非常に素晴らしいです。その程度なら数ドル払えます。人々が現実のどこかに落としたブラックホール同士が合体するようにするなど、ソーシャル要素も入れられそうです。
      将来、人々が落としたブラックホールの位置データをホストする安価なインフラを立てたくなったら連絡してください。その部分を手伝えます
    • 素晴らしいアイデアです！ 実際、iPhone から始めた理由の 1 つも、最初からApple Vision Proへの拡張を念頭に置いていたからです。
      他のコメントにも書いた通り、このプロジェクトは一般の人々や学生にブラックホール物理へ興味を持ってもらうためのアウトリーチ活動の一部なので、コードは常に無料かつオープンソースのままにする予定です
    • 単に現在のカメラ映像の上に重ねる従来型の拡張現実だけでは不十分で、ブラックホールが置かれる位置からブラックホールが「見られる」環境全体の3D スキャンが必要です。
      ブラックホールは本質的に 360 度カメラのように動作し、ある角度からは周囲のどんなものでも見えるようにできるからです。不可能ではありませんが、「単に」拡張現実のフィードを使うよりは難しいです
    • すべてが必ずお金を稼ぐ必要はありません :)

  • とても良いです。ただ、実際に試せるともっと良いですね！ 高性能 GPU のある端末でもよいので、Android への移植の可能性はありますか？

    • 私たちが実装した回転ブラックホール版は GPU コードが必要で、これを Android に移植するのは簡単ではありません。それでも、誰かがオープンソースコードを持っていって移植してくれるなら本当にうれしいです！
      その間は、Harvard の大学院生 Dominic Chang が作った、ブラウザ上で回転しない Schwarzschild ブラックホールのレンズ効果を実装したコードを見てみてください:
      https://dominic-chang.com/bhi-filter/

  • App Store ページのプレビューのスクリーンショットは、別のものを使ったほうがよいでしょう。最初で最も重要なスクリーンショットには、効果がまったく適用されていません。
    銀河の画像を使うのも、実際のアプリの使用感とはあまり合っていません

  • 最初に思ったのは、こういう画像を表示した別の画面をこのアプリで映したらどうなるのだろう、ということでした。z 軸と視野角のせいで現実的ではないのは分かっていますが、かなり面白いです。
    https://esahubble.org/images/heic0609a/

  • いま試そうとしたところ、初回起動でクラッシュし、アプリを終了してから再度試すと今度は開かなくなりました。再インストールしてもう一度やってみます。iPhone 16 Pro、iOS 18.1 です。
    短い追記: そうしたところ、今はうまく動いています。初回起動時はカメラ使用権限を求める段階で止まったようでした

    • 2 回目の起動で動いたようでよかったです！ 以前、楕円積分の実装にアプリをクラッシュさせるバグがありましたが、今は取り除いたと思っています。今回は偶然だったことを願います。同じ問題がある方は他にいますか？

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

  • すぐにダウンロードしました。ブラックホール関連には何でも弱いんです

    • うれしいです！ おそらく Black Hole Explorer (BHEX) についても面白く読めると思います。天文学史上もっとも鮮明な画像を撮影し、ブラックホールの周りを回る光の「photon ring」を分解して観測しようとする、提案段階の宇宙ミッションです。
      https://www.blackholeexplorer.org/