HN 공개: iPhone 카메라로 보는 물리적으로 정확한 블랙홀 시뮬레이션

 (apps.apple.com)
2P by GN⁺ | ★ favorite | 댓글 1개
  • Black Hole Vision은 iPhone 카메라 시야에 블랙홀을 배치하고 라이브 영상을 중력 렌즈처럼 왜곡해, 주변 세계가 블랙홀 앞에서 어떻게 보이는지 보여주는 무료 교육 앱임
  • 라이브 영상은 별빛이 휘어지는 방식처럼 처리되며, 블랙홀 주변에 강하게 렌즈 처리된 이미지인 photon ring을 확인할 수 있음
  • photon ring 측정은 향후 궤도 위성 Black Hole Explorer(BHEX) 의 관측 목표와 연결되며, BHEX는 천문학 역사상 가장 선명한 이미지를 촬영할 예정임
  • 구현 코드는 GitHub에 공개되어 있고, 블랙홀 렌즈 방정식과 Black Hole Vision 구현 방식을 설명하는 문서도 함께 제공됨
  • Version 2.1은 스크린샷 촬영과 기능 설명, picture-in-picture 영상 피드 숨기기를 추가했고, Version 2.0은 회전하는 Kerr 블랙홀과 스핀 값 변경을 지원함

iPhone 카메라로 보는 블랙홀 렌즈 효과

  • Black Hole Vision은 iPhone 카메라를 중심으로 설계된 무료 교육 앱임
  • 앱은 카메라 시야 안에 블랙홀을 배치한 뒤, 라이브 영상 피드를 중력 렌즈 효과로 처리함
  • 이 렌즈 처리는 블랙홀이 주변 별빛을 휘게 만드는 방식과 같은 형태로 동작함
  • 시뮬레이션에는 블랙홀 주변에 강하게 렌즈 처리된 이미지인 photon ring이 포함됨

photon ring과 Black Hole Explorer

  • photon ring 측정은 향후 우주에서 진행될 천문 관측 목표와 이어짐
  • Black Hole Explorer는 궤도 위성으로, 천문학 역사상 가장 선명한 이미지를 촬영할 예정임
  • Black Hole Vision에서 보이는 photon ring은 BHEX의 관측 목표를 이해하는 교육용 시각화로 볼 수 있음

오픈소스 코드와 구현 문서

  • Black Hole Vision 코드는 GitHub에 공개되어 있음
  • 저장소에는 기본 블랙홀 렌즈 방정식과 앱 구현 방식을 설명하는 문서가 포함됨
  • 코드는 Vanderbilt University의 Trevor Gravely가 작성했으며, Dr. Roman Berens와 Prof. Alex Lupsasca의 의견을 받음
  • Dominic Chang의 입력과 코멘트도 acknowledgments에 포함됨
  • 프로젝트는 National Science Foundation의 CAREER award PHY-2340457 및 grant AST-2307888 지원을 받음

라이선스와 사용 자료

  • 앱에는 GNU Scientific Library(GSL)의 Jacobi elliptic functions 및 elliptic integrals 구현을 Metal로 포팅한 코드가 포함됨
  • 해당 구성 요소는 GNU General Public License v3.0(GPL-3.0) 으로 라이선스됨
  • 전체 라이선스와 소스 코드는 BlackHoleVision GitHub 저장소에서 확인할 수 있음
  • 나선은하 Messier 101의 렌즈 이미지는 NASA와 STScI가 제작한 자료로 생성됐으며, 원본 자료는 HubbleSite에 있음

버전, 개인정보, 호환성

  • Version 2.1은 2024년 11월 25일에 등록됐으며, 스크린샷 촬영, 기능 설명 추가, picture-in-picture 영상 피드 숨기기를 포함함
  • Version 2.0은 2024년 11월 16일에 등록됐고, 회전하는 Kerr 블랙홀과 사용자가 회전 블랙홀의 스핀 값을 바꾸는 기능을 추가함
  • Version 1.0은 2024년 10월 30일에 등록됨
  • 개발자 Alexandru Lupsasca는 앱의 개인정보 처리 관행에 데이터 처리가 포함될 수 있다고 표시했으며, Apple은 해당 정보를 검증하지 않았음
  • 앱 정보 기준 크기는 67.1 MB, 언어는 English, 연령 등급은 4+임
  • 호환성 조건은 iPhone에서 iOS 17.5 이상이며, Mac은 macOS 14.5 이상과 Apple M1 칩 이상, Apple Vision은 visionOS 1.2 이상이 필요함

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GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • 안녕하세요! Vanderbilt University에서 물리학을 연구하는 Dr. Roman Berens, Prof. Alex Lupsasca, 박사과정 Trevor Gravely입니다. Black Hole Vision을 공개하게 되어 기쁩니다: https://apps.apple.com/us/app/black-hole-vision/id6737292448
    Black Hole Vision은 블랙홀의 중력 렌즈 효과를 시뮬레이션하고, 이를 iPhone 카메라 영상에 적용합니다. 일반상대성이론에서 유도한 렌즈 방정식을 구현해 물리적으로 정확한 효과를 만들었습니다. 자세한 내용은 https://arxiv.org/abs/1910.12881를 참고하면 됩니다.
    앱은 메인 카메라 앞에 블랙홀을 놓아 주변 환경이 블랙홀에 의해 렌즈처럼 휘어져 보이게 하거나, 전면 카메라 앞에 블랙홀을 둔 “셀피” 모드로 렌즈 효과가 적용된 자신의 모습을 보여줄 수 있습니다

    • 앱 사용 중 선택할 수 있는 추가 옵션이 몇 가지 있습니다. 첫 번째 렌즈 옵션은 “Static black hole”입니다. 이 모드에서는 회전하지 않는 Schwarzschild 블랙홀을 시뮬레이션합니다.
      시뮬레이션되는 시야각을 바꾸는 두 하위 모드가 있는데, “Realistic FOV”와 “Full FOV”입니다. 현실적 시야각 모드는 iPhone 카메라의 유한한 시야각을 반영해 화면 중앙에 여러 갈래의 어두운 영역을 만듭니다. 여기에는 블랙홀로 떨어지는 광선인 “black hole shadow”와, 전후면 카메라 어느 쪽 시야에도 들어오지 않는 방향인 “blind spots”가 함께 포함됩니다.
      전체 시야각 모드는 카메라가 모든 각도를 덮는 무한 시야각을 가진 것처럼 동작해, 화면 중앙에 하나의 원형 블랙홀 그림자를 만듭니다. 다음으로 “Kerr black hole” 모드를 선택하면 블랙홀에 회전, 즉 스핀을 추가할 수 있고, 최대 스핀 대비 백분율로 표시되는 회전 속도 “a”도 조정할 수 있습니다
    • 앱을 설치하지 않고도 써볼 수 있게 App Clip으로도 제공할 수 있을 것 같습니다: https://developer.apple.com/app-clips/
    • 보이는 결과가 좀 혼란스럽습니다. 실제로는 아무것도 사라지지 않는 것처럼 보입니다.
      블랙홀이라면 어떤 영역의 모습만 바꾸는 게 아니라, 그곳에 있던 일부가 사라져 보이는 효과도 있어야 한다고 예상했습니다
    • 미리보기에서 생성되는 블랙홀은 특별히 정확해 보이지 않습니다. 이런 식의 원형 그림자가 있어야 할 것 같습니다: https://i.imgur.com/zeShgrx.jpeg

  • 멋집니다. 아마 5분 정도 써보고, 들어간 수학을 감탄한 뒤 넘어가겠지만 그래도 꽤 멋진 앱입니다.
    다만 v1.1에서 지속적으로 쓰게 만들 아이디어가 있습니다. iPhone에서 이걸 증강현실과 결합할 만큼 처리 성능이 충분할까요? 즉, 특이점을 공간의 고정된 위치에 “고정”해두고 휴대폰을 들고 그 주위를 걸어 다닐 수 있을까요?
    가능하다면 사람들이 특이점, 중성자별 등을 현실 세계에 고정하고, 지나가는 다른 사람들과 선택적으로 공유하게 해서 아주 소 modest한 수익 앱으로 발전시킬 수 있을 것 같습니다. 예를 들어 Washington Monument 옆에 누군가 고정해둔 특이점을 보는 건 재미있을 듯합니다. 전반적으로 AR로 빛에 대한 중력 효과를 가지고 놀 수 있으면 좋겠습니다

    • 이 아이디어를 더 밀어주고 싶습니다. 거실에 특정 반지름의 블랙홀을 고정해두고 그 주위를 걸어 다닐 수 있는 AR 방식이면 정말 좋겠습니다.
      부모 댓글의 지리 공유형 증강현실 아이디어도 아주 멋집니다. 그 정도라면 몇 달러 낼 수 있습니다. 사람들이 현실 어딘가에 떨어뜨린 블랙홀이 서로 합쳐지게 하는 등 소셜 요소도 넣을 수 있겠습니다.
      나중에 사람들이 떨어뜨린 블랙홀 위치 데이터를 호스팅할 저렴한 인프라를 띄우고 싶다면 연락 주세요. 그쪽을 도울 수 있습니다
    • 훌륭한 아이디어입니다! 실제로 iPhone부터 시작한 이유 중 하나도 처음부터 Apple Vision Pro로 확장하는 것을 염두에 두고 있었기 때문입니다.
      다른 댓글에도 썼듯이, 이 프로젝트는 대중과 학생들이 블랙홀 물리에 흥미를 갖게 하려는 outreach 노력의 일부라서, 코드는 항상 무료이자 오픈소스로 유지할 예정입니다
    • 단순히 현재 카메라 영상 위에 올리는 전통적인 증강현실만으로는 부족하고, 블랙홀이 놓일 위치에서 블랙홀이 “볼 수 있는” 환경 전체의 3D 스캔이 필요합니다.
      블랙홀은 본질적으로 360도 카메라처럼 동작해서, 어떤 각도에서는 주변의 무엇이든 보이게 만들 수 있기 때문입니다. 불가능하진 않지만, “그냥” 증강현실 피드를 쓰는 것보다는 어렵습니다
    • 모든 것이 꼭 돈을 벌 필요는 없습니다 :)

  • 아주 좋습니다. 다만 직접 써볼 수 있으면 더 좋겠네요! 고급 GPU가 있는 기기라도 좋으니 Android 이식 가능성이 있을까요?

    • 우리가 구현한 회전 블랙홀 버전은 GPU 코드가 필요하고, 이를 Android로 이식하는 건 간단하지 않습니다. 그래도 누군가 오픈소스 코드를 가져가 이식해준다면 정말 좋겠습니다!
      그동안은 Harvard 대학원생 Dominic Chang이 만든, 브라우저에서 회전하지 않는 Schwarzschild 블랙홀의 렌즈 효과를 구현한 코드를 확인해보세요:
      https://dominic-chang.com/bhi-filter/

  • App Store 페이지의 미리보기 스크린샷은 다른 걸 쓰는 편이 좋겠습니다. 첫 번째이자 가장 중요한 스크린샷에는 효과가 전혀 적용되어 있지 않습니다.
    은하 이미지를 쓰는 것도 실제 앱 사용감과는 잘 맞지 않습니다

  • 처음 든 생각은 이런 이미지를 띄운 다른 화면을 이 앱으로 비추면 어떻게 될까였습니다. z축과 시야각 때문에 현실적이지 않다는 건 알지만 꽤 재미있습니다.
    https://esahubble.org/images/heic0609a/

  • 방금 써보려 했는데, 첫 실행에서 충돌했고 앱을 종료한 뒤 다시 시도하니 이제 열리지 않습니다. 재설치해서 다시 해보겠습니다. iPhone 16 Pro, iOS 18.1입니다.
    짧은 추가: 그렇게 했더니 이제 잘 동작합니다. 첫 실행 때는 카메라 사용 권한을 요청하는 단계에서 멈춘 것 같았습니다

    • 두 번째 실행에서 동작했다니 다행입니다! 예전에 타원적분 구현에 앱 충돌을 일으키는 버그가 있었지만, 지금은 제거했다고 생각하고 있습니다. 이번은 우연이었기를 바랍니다. 같은 문제가 있는 분이 또 있나요?

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

  • 바로 다운로드했습니다. 블랙홀 관련이면 뭐든 약한 편입니다

    • 반갑습니다! 아마 Black Hole Explorer (BHEX) 에 대해서도 재미있게 읽으실 것 같습니다. 천문학 역사상 가장 선명한 이미지를 찍고, 블랙홀 주변을 도는 빛의 “photon ring”을 분해해 관측하려는 제안 단계의 우주 임무입니다.
      https://www.blackholeexplorer.org/
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