裸眼3D技術(shù)：打造沉浸式視覺盛宴

文 王越 胡金華 陳俊暉

一直以來，人們對虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界之間交互融合的探索從未停止。裸眼3D技術(shù)憑借其出眾的創(chuàng)新性、顛覆性和前瞻性，引起國內(nèi)外科研團(tuán)體的關(guān)注。

在一間如同浴室般大小的“3D全息電話亭”中，即使與遠(yuǎn)在千里之外的朋友對話，使用者也可以“面對面”進(jìn)行交流溝通。值得注意的是，這種“沉浸式”的3D通信，無須佩戴VR頭顯、智能眼鏡等設(shè)備，便可輕松獲得如同面對真人一般的體驗(yàn)。從中我們窺見，裸眼3D技術(shù)的發(fā)展正在駛?cè)肟燔嚨溃覔碛惺謴V闊的前景。那么，這項(xiàng)技術(shù)從發(fā)現(xiàn)提出到實(shí)際運(yùn)用，走過了怎樣的歷程？未來又將在哪些領(lǐng)域“施展拳腳”？

怎樣“欺騙”人眼

2009年，影片《阿凡達(dá)》在北美正式上映。作為一部大制作3D電影，“潘多拉”星球的全新視覺效果和體驗(yàn)讓觀眾感覺如臨其境、身在其中。一時間，3D電影成為觀影主流，電影也由此進(jìn)入3D時代。

相比于先前的2D電影，3D電影以蒙太奇手法為觀眾推開一扇又一扇虛擬世界的大門，通過三維影像對感官高強(qiáng)度、全方位地刺激，給觀眾以沉浸式的真實(shí)感。但隨著3D電影不斷向前發(fā)展，也有不少觀眾提出“幸福”的苦惱：每次看電影時，都要佩戴一副3D眼鏡，這讓很多佩戴近視眼鏡的人左右為難——如果兩副眼鏡疊加佩戴，會讓鼻梁承受雙倍重量；如果摘掉其中一個，就會失去3D應(yīng)有的觀感和體驗(yàn)。

很快，裸眼3D技術(shù)的出現(xiàn)，讓人們看到了新的可能。裸眼3D技術(shù)，顧名思義就是不借助VR眼鏡、頭顯等設(shè)備實(shí)現(xiàn)3D顯示的方法，肉眼可以直觀看到立體的視覺效果。這項(xiàng)技術(shù)，可以讓人們更加直觀、自然地獲得更為逼真、更具沉浸感的立體感受。

裸眼3D技術(shù)的本質(zhì)是利用視覺位移來“欺騙”視覺神經(jīng)，其基本成像原理也并不復(fù)雜。舉例說明，一名普通成年人的瞳距一般在60毫米到65毫米之間，當(dāng)觀看物體的時候，左眼和右眼視網(wǎng)膜上的物體成像會存在一定程度的水平差異，同時兩幅具有視差的圖像也會自動傳遞到大腦。通過視神經(jīng)中樞的融合反射和視覺心理的反應(yīng)所形成的三維立體感覺，就是裸眼3D技術(shù)的呈現(xiàn)效果。

那么，裸眼3D技術(shù)“欺騙”人眼的主要方式有哪些呢？

一是狹縫式液晶光柵。在屏幕前加上狹縫式光柵后，本該由左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋右眼；同理，應(yīng)該由右眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋左眼，通過將左眼和右眼的可視畫面分開，使觀者看到3D影像。

二是柱狀棱鏡。它的原理是在液晶顯示屏的前面加上柱狀透鏡，通過透鏡的折射原理，將左右眼對應(yīng)的像素點(diǎn)分別投射在左右眼中，實(shí)現(xiàn)圖像分離。其最大的優(yōu)勢便是亮度不會受到影響，但考慮到某種原因，其分辨率有待提升。

三是指向光源。簡單來說，就是精確控制兩組屏幕，分別向左、右眼投射圖像產(chǎn)生視差，為人眼帶來較為出色的3D效果。但相關(guān)技術(shù)尚未成熟，未能廣泛投入使用。

作為一種沉浸感更強(qiáng)的新型顯示技術(shù)，裸眼3D技術(shù)正在為文化、娛樂等多個產(chǎn)業(yè)賦能，改變著人們的生活，值得我們期待。

“佩珀爾幻象”照進(jìn)現(xiàn)實(shí)

2023年9月，在杭州第19屆亞運(yùn)會開幕式上，“數(shù)字火炬手”和火炬手汪順以全球首創(chuàng)的“數(shù)實(shí)融合”方式點(diǎn)燃主火炬塔“錢江潮涌”，并完成點(diǎn)火儀式。得益于裸眼3D技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的賦能，這個跨江而來、穿越人群的“弄潮兒”數(shù)字人火炬手，以其懸浮空中、惟妙惟肖的震撼立體效果，讓全球觀眾見證了一場令人嘆為觀止的視覺盛宴，更讓世界看到了中國科技力量的廣闊發(fā)展前景。

一時間，網(wǎng)友熱議紛紛，廣大“科技發(fā)燒友”更是圍繞裸眼3D技術(shù)紛紛展示自己的觀點(diǎn)和看法。不少人認(rèn)為，作為一系列先進(jìn)技術(shù)的“融合體”，裸眼3D技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，正是隨著科技的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的新鮮事物。

其實(shí)并不然。早在1862年，由英國科學(xué)家約翰·佩珀爾發(fā)現(xiàn)的“佩珀爾幻象”原理，就是利用光學(xué)錯覺技術(shù)“欺騙”人眼產(chǎn)生的視差，讓人們看到舞臺上的“幽靈”。雖然表演過程讓人們驚呼“不可思議”，但其背后的成像原理并不復(fù)雜——當(dāng)燈光照射在舞臺下真實(shí)表演者的身上，再透過在舞臺前呈45度角放置的一塊透明玻璃，表演者的影像就會在舞臺上的特定區(qū)域形成虛擬影像，飄浮的“鬼影”就呈現(xiàn)在觀眾的眼前。

從那以后，在數(shù)百年的發(fā)展歷程中，科學(xué)家們始終致力于為將“佩珀爾幻象”照進(jìn)現(xiàn)實(shí)而努力，進(jìn)行著艱辛的探索和研究。但由于早期技術(shù)的限制，雖然經(jīng)歷了漫長的發(fā)展階段，除了立體電影曾經(jīng)出現(xiàn)過曇花一現(xiàn)的輝煌，3D技術(shù)特別是裸眼3D技術(shù)一直沒能實(shí)現(xiàn)重大突破及廣泛應(yīng)用。直到1983年，飛利浦公司在德國柏林消費(fèi)電子展上展示了3D電視的原型機(jī)。盡管由于觀看點(diǎn)位的限制，且長時間觀看會產(chǎn)生眩暈癥狀，導(dǎo)致飛利浦暫停了裸眼3D顯示類產(chǎn)品的銷售，但仍為這項(xiàng)技術(shù)開創(chuàng)了先河。

《阿凡達(dá)》等電影的熱映，帶動3D觀影迅猛發(fā)展的同時，還將技術(shù)和產(chǎn)品的商業(yè)競爭帶入以“進(jìn)一步提升用戶體驗(yàn)”為核心的裸眼3D產(chǎn)品，一系列搭載裸眼3D技術(shù)的產(chǎn)品不斷推陳出新。熱度飆升的背后，我們也要冷靜地看到，盡管裸眼3D技術(shù)幫助人們擺脫了眼鏡的束縛，提供了更好的視覺效果，但不可否認(rèn)的是，目前的裸眼3D技術(shù)也并非完美，其在近年來的發(fā)展節(jié)奏也是忽快忽慢，尚處于萌芽階段。

——技術(shù)尚不成熟。盡管裸眼3D技術(shù)有著巨大的優(yōu)勢與潛力，但其在可視距離、可視角度、分辨率等層面仍未取得突破性進(jìn)展，在實(shí)際體驗(yàn)中尚不能完全替代相對技術(shù)成熟的頭顯設(shè)備。

——成本相對較高。隨著手機(jī)、游戲機(jī)、電視等各類型終端設(shè)備的更新和升級，讓裸眼3D技術(shù)“飛入尋常百姓家”有了理論上的可能，但其高昂的研發(fā)成本和不菲的市場價格，還是讓廣大消費(fèi)者望而卻步。

——影響視力健康。有研究表明，長時間觀看裸眼3D大屏幕，會對視力健康帶來一定程度的影響，導(dǎo)致視覺疲勞，甚至造成散光加重、近視加深等多種不良影響。

然而瑕不掩瑜。放眼當(dāng)下，隨著人們對創(chuàng)意顯示的需求越來越高，更加真實(shí)地還原現(xiàn)實(shí)世界的三維信息，逐漸成為時代發(fā)展的主流。作為一種不用佩戴任何設(shè)備就能看到鮮活立體影像的技術(shù)，裸眼3D技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，也必將給廣告、游戲、直播、電商等行業(yè)帶來難以估量的提升空間。

裸眼3D技術(shù)加速到來

放眼未來，裸眼3D技術(shù)作為一種綜合技術(shù)集成的發(fā)展目標(biāo)，其持續(xù)完善、更新、升級的發(fā)展趨勢是不可阻擋的?，F(xiàn)有的裸眼3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段，一定會被新技術(shù)、新載體、新媒介所取代，變得更有想象力、更有創(chuàng)造力。

在中國溫州舉行的2023世界青年科學(xué)家峰會上，虛擬主持人“唯思”身著科技感十足的白色科研服，既能與觀眾揮手打招呼，又可以和嘉賓實(shí)時互動，這種新穎的虛實(shí)互動方式，成為此次峰會的一個亮點(diǎn)。據(jù)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹說，為了讓“唯思”擁有專業(yè)真人主持的動作、聲音和表情，他們實(shí)時捕捉幕后真人的動作表情，并運(yùn)用裸眼3D技術(shù)交互、實(shí)時高幀率虛擬人渲染技術(shù)等手段，在一場充滿科技感的沉浸式交互體驗(yàn)中，給現(xiàn)場觀眾留下深刻印象。

作為一項(xiàng)新興的技術(shù)，裸眼3D技術(shù)正以其多感知性、沉浸感、交互性等優(yōu)勢和特點(diǎn)，帶來無限商機(jī)與發(fā)展機(jī)遇，展現(xiàn)出高質(zhì)量的發(fā)展前景和應(yīng)用潛能，并在多個領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。

在教學(xué)領(lǐng)域，裸眼3D技術(shù)可以提供更加直觀和生動的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。學(xué)生們通過立體直觀圖像，對抽象的定義、空間的概念有了更深的理解和認(rèn)知；在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，裸眼3D技術(shù)既可用于模擬手術(shù)，也可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程治療，提高醫(yī)療救護(hù)的質(zhì)量和安全性；在建筑設(shè)計領(lǐng)域，裸眼3D技術(shù)的運(yùn)用，可以更好地呈現(xiàn)設(shè)計思路和最終效果，為溝通交流和敲定方案提供有力參考……

此外，裸眼3D技術(shù)對軍工行業(yè)的應(yīng)用意義同樣不可小覷。國外已有媒體報道，將裸眼3D技術(shù)應(yīng)用于構(gòu)建逼真的虛擬作戰(zhàn)環(huán)境，為部隊快速適應(yīng)陌生戰(zhàn)場環(huán)境、提前謀劃推演作戰(zhàn)進(jìn)程提供支持。與此同時，裸眼3D技術(shù)還可以在軍事教學(xué)、立體攝影偵察、星際遙感遙測成像分析等領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用。

前不久，一家世界知名市場調(diào)研機(jī)構(gòu)在其發(fā)布的《裸眼3D技術(shù)發(fā)展趨勢分析報告》中指出，在技術(shù)、產(chǎn)品、內(nèi)容和應(yīng)用場景等方面，裸眼3D技術(shù)已具備了完善的生態(tài)環(huán)境，未來用戶體驗(yàn)的提升將帶動裸眼3D技術(shù)進(jìn)入“市場爆發(fā)期”。

未來，裸眼3D技術(shù)時代或?qū)⒓铀俚絹?。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用場景的擴(kuò)大，我們完全可以期待這項(xiàng)技術(shù)在未來發(fā)展中發(fā)揮更大的作用，讓世界變得更加令人憧憬。