由好萊塢影星凱特·溫斯萊特和威廉·達(dá)福擔(dān)任配音的裸眼3D視效動畫片《尼斯大冒險(xiǎn)》將于年底上映,，預(yù)計(jì)成為迎接2020年的跨年親子動畫首選,。

《尼斯大冒險(xiǎn)》采用“實(shí)景拍攝+三維特效”的方式制作,，雖然是2D電影,，卻有著極強(qiáng)的立體感，達(dá)到了不需要戴眼鏡的“裸眼3D”效果,。多年來,，優(yōu)秀的科學(xué)家們一直在不斷努力推動裸眼3D這個(gè)“黑科技”的發(fā)展。如今,，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)漸行漸近。

近日《自然》以及《科學(xué)》同時(shí)報(bào)道的一項(xiàng)來自英國薩塞克斯大學(xué)的研究,，卻真的讓科幻片中的裸眼3D顯示變成了現(xiàn)實(shí),。

可看、可聽,、可“觸”的裸眼3D顯示

只要敲擊一下鍵盤,，就能讓一顆顆小小的粒子在空中懸浮、盤旋,、“舞蹈”,。在英國薩塞克斯大學(xué)的這項(xiàng)最新研究中，操縱這些粒子的“上帝之手”,，是一個(gè)被稱為“多模式聲鑷顯示”的裝置,，研究人員在一個(gè)黑色的盒子里，用兩組微型揚(yáng)聲器組成的陣列發(fā)出超聲波,，牽引著粒子在空中懸浮,、快速移動。因?yàn)橐苿铀俣确浅,？?，肉眼看到的便是一幅直徑幾厘米,、不停演變?D圖像。在實(shí)驗(yàn)展示的畫面里,，一只立體的彩色蝴蝶完全懸浮在空中,，微微抖動翅膀。

“用聲場操控粒子實(shí)現(xiàn)3D顯示,，這是一個(gè)很好的想法,。”東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院教授夏軍說,，這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于,，“揚(yáng)聲器陣列釋放的超聲波引起空氣震蕩，在三維空間中產(chǎn)生隨時(shí)間快速變化的空氣壓強(qiáng),，空氣壓強(qiáng)的變化會產(chǎn)生聲輻射力,，從而推動粒子的快速運(yùn)動。如果對二維聲波陣列進(jìn)行編碼,，粒子就會按照規(guī)劃好的三維路線高速運(yùn)動,。”

研究人員用紅綠藍(lán)三色光照明系統(tǒng)對懸浮移動中的粒子進(jìn)行照明,，從而顯現(xiàn)出3D圖像,。北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院教授、國際信息顯示學(xué)會會士王瓊?cè)A介紹,，粒子具有散射性,，又由于運(yùn)動的速度非常快,，當(dāng)三色光投射向粒子時(shí),，基于人眼的視覺暫留效應(yīng)，我們就能看到連續(xù)的圖像,。

實(shí)驗(yàn)中,，產(chǎn)生圖像的超聲波揚(yáng)聲器也能發(fā)出聲音。通過控制多個(gè)揚(yáng)聲器陣列,該系統(tǒng)可以產(chǎn)生能被人耳聽見的聲音,，然后就可以生成一些有趣的音效,。

在薩塞克斯大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)展示的另一個(gè)案例中，一個(gè)笑臉伴隨著皇后樂隊(duì)的歌曲《We Will Rock You》在空中出現(xiàn),。

產(chǎn)生圖像的超聲波揚(yáng)聲器還能帶來觸覺感知,。王瓊?cè)A表示，人的皮膚是可以感受到聲音的,。生活中,，在音響附近，人可以感受到聲音的振動,?！霸谶@個(gè)實(shí)驗(yàn)中,，聲波的一個(gè)周期里，其中75%的聲波用于控制粒子的位置與運(yùn)動,，而剩余25%用于提供觸覺反饋,。實(shí)驗(yàn)中將調(diào)制頻率設(shè)為250赫茲，以便降低噪聲,，同時(shí)可以讓皮膚的觸感達(dá)到最佳,。”

王瓊?cè)A在裸眼3D顯示技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)研究了15年,，她說：“薩塞克斯大學(xué)的技術(shù)比以前類似的方法能創(chuàng)造出更大的圖像,，并結(jié)合了聲音、觸覺,，這使得人們離理想的3D顯示更近了,。但這些圖像的尺寸依然很小?！彼J(rèn)為,，要?jiǎng)?chuàng)造出《星球大戰(zhàn)》里萊婭公主向盧克天行者和歐比旺發(fā)出求救信息的3D影像，或許還需要10年甚至更長的時(shí)間,。

實(shí)現(xiàn)裸眼3D主要有兩種技術(shù)途徑

令大家興奮不已的裸眼3D顯示技術(shù),，目前正在現(xiàn)實(shí)中尋找突圍。

“裸眼3D指的是眼睛不需要佩戴眼鏡或者頭盔等任何輔助設(shè)備,，就可以看到3D圖像,。目前裸眼3D分為借助顯示屏實(shí)現(xiàn)三維成像和在三維空間直接成像兩種技術(shù)方向，英國薩塞克斯大學(xué)的研究屬于后者,?！毕能娊榻B，需要借助顯示屏顯示的裸眼3D,，又分為多種，其中一種是采用2D顯示屏加光學(xué)元件,，以便人眼在直接觀看的時(shí)候,，看到3D圖像;還有一種是多層屏幕顯示，例如利用多層液晶顯示屏在空間重建具有角度信息的光場;還可以把多層屏幕變成三維空間中發(fā)光的物理屏幕,，從而實(shí)現(xiàn)裸眼3D成像,。

三維空間直接成像的裸眼3D顯示，則引起更多科學(xué)家的關(guān)注,?！暗谝环N是用激光照射三維透明的介質(zhì)，通過激發(fā)介質(zhì)發(fā)光呈現(xiàn)3D圖像;第二種是用光驅(qū)動粒子,，讓粒子在空間迅速運(yùn)動,，再用另一束光去照射,，在三維空間成像;第三種是全息3D顯示?！毕能娬f,。

此次《自然》的報(bào)道，還記錄了另一種裸眼3D技術(shù)的迭代,。2006年,，木村秀井與另一位學(xué)者共同開發(fā)了一種技術(shù)，能用激光將電子從空氣分子中擊落,，使其發(fā)光,。通過高速移動激光的焦點(diǎn)，他們可以造成連續(xù)的等離子體發(fā)光點(diǎn)以形成粗糙的圖像,。

日本筑波大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)家兼藝術(shù)家小井洋一表示,，這種技術(shù)已經(jīng)可以產(chǎn)生相對穩(wěn)定的圖像，但它仍存在一些很大的限制,，例如分辨率低,，一次激光爆發(fā)只能點(diǎn)亮圖像中的一個(gè)點(diǎn)，并且如果激光太強(qiáng)還可能灼傷到人,。

2016年,，小井洋一的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種等離子顯示技術(shù)，他們使用低能量,、短脈沖激光來制作可觸摸的圖像,，其圖像分辨率比木村秀井團(tuán)隊(duì)的提高了10—200倍。

走近生活還面臨多種技術(shù)瓶頸

有學(xué)者接受采訪時(shí)表示,，裸眼3D如果能“聯(lián)姻”5G,，可以在教育、醫(yī)療,、工業(yè)制造,、廣告、游戲等領(lǐng)域大放異彩,。不過,，在學(xué)者們看來，目前裸眼3D技術(shù)想要走進(jìn)生活廣泛應(yīng)用,，都或多或少面臨技術(shù)瓶頸,。

“借助平板顯示屏實(shí)現(xiàn)裸眼3D顯示的難點(diǎn)在于，目前顯示屏幕的分辨率還不夠,，另外容易產(chǎn)生立體視疲勞,。對于多層屏幕顯示技術(shù)，因?yàn)橐晥鼋潜容^小,，只能從特定的位置才能看到3D效果,，所以在多人自由觀看時(shí)受到限制,。”夏軍說,。

而三維空間的裸眼3D顯示,，急需攻克的難點(diǎn)更多?！坝眉す庹丈浣橘|(zhì),，在介質(zhì)中成像的技術(shù)，對介質(zhì)的透明度要求很高;用光在三維空間驅(qū)動粒子成像,，這需要很多像素點(diǎn),，同時(shí)粒子的運(yùn)動速度還要快，如果做小規(guī)模的展示還行,，但如果做顯示終端,，圖像分辨率難以解決，產(chǎn)業(yè)化將面臨挑戰(zhàn),?！倍劣谌?D顯示，夏軍表示,，目前缺乏超高分辨率的顯示器,，像素還比較大，造成視場角小,，觀看角度受限,。

王瓊?cè)A認(rèn)為，裸眼3D顯示的發(fā)展,，需要產(chǎn)業(yè)生態(tài)的支撐,，例如需要與3D相機(jī)相結(jié)合，后者可以模擬人的左右眼來拍攝,，形成龐大的片源,，再輔以計(jì)算機(jī)算法來補(bǔ)充信息。此外,，信號的傳輸標(biāo)準(zhǔn)也需要制定,，是直接傳輸3D信號還是在用戶端加工信號，需要明確,。

裸眼3D要真正進(jìn)入市場應(yīng)用，還需要更精細(xì)化的技術(shù)迭代,。