裸眼3D技術：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實世界之間交互融合的探索從未停止。裸眼3D技術憑借其出眾的創新性、顛覆性和前瞻性，引起國內外科研團體的關注。

在一間如同浴室般大小的“3D全息電話亭”中，即使與遠在千里之外的朋友對話，使用者也可以“面對面”進行交流溝通。值得注意的是，這種“沉浸式”的3D通信，無須佩戴VR頭顯、智能眼鏡等設備，便可輕松獲得如同面對真人一般的體驗。從中我們窺見，裸眼3D技術的發展正在駛入快車道，且擁有十分廣闊的前景。那么，這項技術從發現提出到實際運用，走過了怎樣的歷程？未來又將在哪些領域“施展拳腳”？

怎樣“欺騙”人眼

2009年，影片《阿凡達》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度、全方位地刺激，給觀眾以沉浸式的真實感。但隨著3D電影不斷向前發展，也有不少觀眾提出“幸?！钡目鄲溃好看慰措娪皶r，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應有的觀感和體驗。

很快，裸眼3D技術的出現，讓人們看到了新的可能。裸眼3D技術，顧名思義就是不借助VR眼鏡、頭顯等設備實現3D顯示的方法，肉眼可以直觀看到立體的視覺效果。這項技術，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技術的本質是利用視覺位移來“欺騙”視覺神經，其基本成像原理也并不復雜。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，當觀看物體的時候，左眼和右眼視網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。通過視神經中樞的融合反射和視覺心理的反應所形成的三維立體感覺，就是裸眼3D技術的呈現效果。

那么，裸眼3D技術“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，將左右眼對應的像素點分別投射在左右眼中，實現圖像分離。其最大的優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、右眼投射圖像產生視差，為人眼帶來較為出色的3D效果。但相關技術尚未成熟，未能廣泛投入使用。

作為一種沉浸感更強的新型顯示技術，裸眼3D技術正在為文化、娛樂等多個產業賦能，改變著人們的生活，值得我們期待。

“佩珀爾幻象”照進現實

2023年9月，在杭州第19屆亞運會開幕式上，“數字火炬手”和火炬手汪順以全球首創的“數實融合”方式點燃主火炬塔“錢江潮涌”，并完成點火儀式。得益于裸眼3D技術等科學技術的賦能，這個跨江而來、穿越人群的“弄潮兒”數字人火炬手，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展前景。

一時間，網友熱議紛紛，廣大“科技發燒友”更是圍繞裸眼3D技術紛紛展示自己的觀點和看法。不少人認為，作為一系列先進技術的“融合體”，裸眼3D技術的應用和發展，正是隨著科技的發展應運而生的新鮮事物。

其實并不然。早在1862年，由英國科學家約翰·佩珀爾發現的“佩珀爾幻象”原理，就是利用光學錯覺技術“欺騙”人眼產生的視差，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雜——當燈光照射在舞臺下真實表演者的身上，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域形成虛擬影像，飄浮的“鬼影”就呈現在觀眾的眼前。

從那以后，在數百年的發展歷程中，科學家們始終致力于為將“佩珀爾幻象”照進現實而努力，進行著艱辛的探索和研究。但由于早期技術的限制，雖然經歷了漫長的發展階段，除了立體電影曾經出現過曇花一現的輝煌，3D技術特別是裸眼3D技術一直沒能實現重大突破及廣泛應用。直到1983年，飛利浦公司在德國柏林消費電子展上展示了3D電視的原型機。盡管由于觀看點位的限制，且長時間觀看會產生眩暈癥狀，導致飛利浦暫停了裸眼3D顯示類產品的銷售，但仍為這項技術開創了先河。

《阿凡達》等電影的熱映，帶動3D觀影迅猛發展的同時，還將技術和產品的商業競爭帶入以“進一步提升用戶體驗”為核心的裸眼3D產品，一系列搭載裸眼3D技術的產品不斷推陳出新。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，但不可否認的是，目前的裸眼3D技術也并非完美，其在近年來的發展節奏也是忽快忽慢，尚處于萌芽階段。

——技術尚不成熟。盡管裸眼3D技術有著巨大的優勢與潛力，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展，在實際體驗中尚不能完全替代相對技術成熟的頭顯設備。

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

——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。放眼當下，隨著人們對創意顯示的需求越來越高，更加真實地還原現實世界的三維信息，逐漸成為時代發展的主流。作為一種不用佩戴任何設備就能看到鮮活立體影像的技術，裸眼3D技術的應用和發展，也必將給廣告、游戲、直播、電商等行業帶來難以估量的提升空間。

裸眼3D技術加速到來

放眼未來，裸眼3D技術作為一種綜合技術集成的發展目標，其持續完善、更新、升級的發展趨勢是不可阻擋的?，F有的裸眼3D技術實現手段，一定會被新技術、新載體、新媒介所取代，變得更有想象力、更有創造力。

在中國溫州舉行的2023世界青年科學家峰會上，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，又可以和嘉賓實時互動，這種新穎的虛實互動方式，成為此次峰會的一個亮點。據相關負責人介紹說，為了讓“唯思”擁有專業真人主持的動作、聲音和表情，他們實時捕捉幕后真人的動作表情，并運用裸眼3D技術交互、實時高幀率虛擬人渲染技術等手段，在一場充滿科技感的沉浸式交互體驗中，給現場觀眾留下深刻印象。

作為一項新興的技術，裸眼3D技術正以其多感知性、沉浸感、交互性等優勢和特點，帶來無限商機與發展機遇，展現出高質量的發展前景和應用潛能，并在多個領域得到推廣應用。

在教學領域，裸眼3D技術可以提供更加直觀和生動的學習體驗。學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知；在醫療衛生領域，裸眼3D技術既可用于模擬手術，也可實現遠程治療，提高醫療救護的質量和安全性；在建筑設計領域，裸眼3D技術的運用，可以更好地呈現設計思路和最終效果，為溝通交流和敲定方案提供有力參考……

此外，裸眼3D技術對軍工行業的應用意義同樣不可小覷。國外已有媒體報道，將裸眼3D技術應用于構建逼真的虛擬作戰環境，為部隊快速適應陌生戰場環境、提前謀劃推演作戰進程提供支持。與此同時，裸眼3D技術還可以在軍事教學、立體攝影偵察、星際遙感遙測成像分析等領域得到推廣應用。

前不久，一家世界知名市場調研機構在其發布的《裸眼3D技術發展趨勢分析報告》中指出，在技術、產品、內容和應用場景等方面，裸眼3D技術已具備了完善的生態環境，未來用戶體驗的提升將帶動裸眼3D技術進入“市場爆發期”。

未來，裸眼3D技術時代或將加速到來。隨著技術的不斷進步和應用場景的擴大，我們完全可以期待這項技術在未來發展中發揮更大的作用，讓世界變得更加令人憧憬。