我们距离“裸眼3D自由”，还有多远？

2023-10-24 09:20

脑极体

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还记得2018年，我曾熬夜好几天，就为了抢一张故宫博物院“清明上河图互动艺术展演”的门票。

后来，我也曾去过很多城市，看过不少策划精良的展览。那场“穿越北宋”的名画之旅，依然是我看过的，最具沉浸感的一场文化类展演，没有之一。

我可以很轻松地回忆起，自己走进实景布置的茶楼，客人觥筹交错，艺人演奏琵琶，小二楼上楼下忙忙碌碌地奔跑，这些由三维投影还原出的市井日常，让人一下子穿越到北宋都城。

然后是去球形影厅，《清明上河图》这幅五米多的长卷变成了一场“人在画中游”的citywalk，我坐上游船慢慢游览，繁华喧闹的汴京城，画中800多个各色人物，一点点在眼前和身旁铺陈开来，连飞溅到面前的水花都十分真实。

最重要的是，这场展演采用的是裸眼3D技术，全程不需要佩戴3D眼镜或VR眼镜，对于我这种高度近视人士，非常友好。

遗憾的是，这场展演的影厅座席有限，一票难求，很多人都没有机会亲身体验，我自己也没抢到二刷的票。

当时我就在想，我们的世界不是平面的，3D才是最自然、最原始地感知世界的方式。如果能不依赖VR/3D眼镜，也不必千里迢迢赶往景区、商场、展厅等的大屏幕前，在手机、手持全息设备等小型化随身设备上，就能体验“裸眼3D”，那该有多快乐啊！

很容易就能想到，届时无论是知识科普、文化传播，还是教育、医疗、政务、娱乐、社交……都可以从平面互动，转为身临其境的3D交互。这不正是“元宇宙”所描绘的样子吗？

“元宇宙”的兴起，也让“裸眼3D”技术，再一次被寄予了更多的期待。

本文就来聊聊，我们距离实现“裸眼3D自由”，究竟有多远。

裸眼3D技术，并不是一个技术

好莱坞“编剧教父”罗伯特·麦基曾说过一句话：“没有故事，再好的3D也只是技术”。但换个角度想，没有技术，再好的故事也无法被以逼真、直观、立体的方式讲述。

3D视觉体验，大多数人都不陌生。2009年上映的《阿凡达》，开启了“3D元年”，从此以后，3D电影一度成为观影的主流，就像有声电影取代无声电影、彩色电影取代黑白电影一样。

但到此为止，就够了吗？看过3D电影的观众，有一个必需的环节，就是从电影院租用或者自带一副3D眼镜。如果像我这样，本身就戴着近视眼镜，那么这幅额外的3D眼镜，就会鼻梁的“不可承受之重”。

3D技术再往前走，就是不依靠3D眼镜/VR头显等设备，化身为裸眼3D。

裸眼3D的好处不用赘述，其摆脱了外接显示设备的束缚，观众可以直观、自然、便捷地，观看比2D更逼真、更具沉浸感的立体内容。

说到这里，你可能以为，“裸眼3D”是一种具体的技术，只是还没到成熟的时候。其实不然，“裸眼3D”就和人工智能、元宇宙一样，是基于一个目标，而组成的一系列技术的统称。

比如人工智能是让机器达到类人的智能水平，包括自然语言处理、机器视觉、知识图谱、深度学习等多种技术。“元宇宙”要构建一个高度还原现实世界的虚拟世界，则需要AI、区块链、云计算、通信、IoT、数字孪生等共同支撑。

同样的，裸眼3D目的是让人们直观地获得立体逼真的视觉体验，本质是利用视觉位移来“欺骗”视觉神经。

具体来说，人眼在看某个物体时，两只眼睛是分别从左右两个视点观看的，传送不一样的图像信号。大脑再将左右两边的影像结合起来，得到一个有立体感的物体。所以，裸眼3D就是琢磨如何“欺骗”人眼，将2D图像感知为3D图像，并为此不断想各种办法。其中就包括了MLD（多层显示）技术、光屏障式3D 显示技术、数字化浮雕技术、全息投影技术、增强虚拟现实等。

不难想到，作为一系列技术的集合，实现“裸眼3D”，并不是一件简单的事情。

直到今天，当裸眼3D的视频，出现在某一个城市的市中心/CBD时，依然还是一件新鲜事物，会引来围观群众的声声惊叹，成为打卡拍照的网红景观。

那么，把“裸眼3D”装进手机等随身设备里，我们究竟还要等待多久呢？

把“佩珀尔幻象”装进盒子里，总共分几步？

裸眼3D，作为一种观看的目标，其实并不是当代人才想的出来的新事物。

早在几百年前，人类就极为聪明的在表演中利用双眼视差。

19世纪，一位名叫约翰·亨利·佩珀尔（John Henry Pepper）在伦敦皇家理工学院演讲时提出，仅仅使用一片玻璃，在剧院中利用玻璃和光的折射，来操控观众的视觉，达到在舞台上出现幽灵的效果。

可以说，裸眼3D就是让“佩珀尔幻象”照进现实。进入信息时代，人们开始尝试将“佩珀尔幻象”装进手机、游戏机、电视等盒子里，让每一个人都可以足不出户，就享受到裸眼3D的视觉体验。

第一阶段，显示器厂商的探索。

二十一世纪的前十几年，显示器厂商们为了让裸眼3D走入家庭，做了非常多的探索。

总的来说，这一阶段的裸眼3D，核心是利用双眼视差，通过屏幕的设计，让每副眼镜看到不同的像素组合，从而体验到3D效果。

一开始，以日韩美为主的电视大厂，率先推出了一系列裸眼3D的产品。比如夏普早在2003年，就推出过RD3D裸眼3D笔记本电脑，还曾发布过搭载3D液晶面板的裸眼3D智能手机。2009年，美国PureDepth公司，推出了MLD（多层显示）技术，让观众可以直接观赏立体影像。三星电子发布的超薄全息显示器，也采用了多层显示的原理，可以实现较大视角的动态全息图。2011年，任天堂推出了一款便携式游戏机3DS，利用视差壁技术，使用者不需要佩戴特殊眼镜，就可以感受到立体裸眼3D图形效果。

2009年《阿凡达》的成功，更是带动了3D观影的火爆。日韩厂商和海尔、海信、TCL等国内电视厂商纷纷开始跟进，推出裸眼3D电视。

这一阶段，3D显示技术在分辨率、可视角度等方面不断提升，产品形态也推陈出新。但总体来说，裸眼3D的显示效果与高清2D视频还有差距，观众们尝鲜之后难以忍受。同时，采用此类技术的裸眼3D视角有限，必须位于一定的范围内才有立体效果，容易造成眼睛疲劳，再加上高昂的售价，最终沦为鸡肋，几乎没有人记得它们的存在。

随后，光场技术的引入，又让裸眼3D点燃了希望。

第二阶段，光场技术的应用。

既然用2D的显示器屏幕展现3D效果很难，那么直接用激光投影在真实维度空间中，显示3D立体影像，行不行呢？

广场技术，通过采集真实空间里人眼看到的光线，再用设备还原光线，制造一个全息画面，来重现三维世界。这种技术，已经被应用在舞台还原已故艺术家的表演，比如迈克尔杰克逊重新演出，让邓丽君与当代音乐家合唱等。此外，旅游景区、企业发布会、开幕式等大型活动，都利用3D全息投影这一光场技术，来增加视觉效果。

问题是，怎么将它放到随身设备里呢？

2016年，一个智能硬件厂商推出了专为宅男定制的家用智能化全息机器人Gatebox，利用全息投影技术，将虚拟偶像初音未来的形象，利用短距激光投影仪，投影到设备中间的亚克力屏幕上，因为图像是半透明的，就有了裸眼3D的显示效果。一位宅男甚至和这个设备举办了自己与初音未来的婚礼。

3D全息投影等光场技术要达到逼真、任意角度均可观看的效果，需要大面积投影，便携化的难度较大，只局限在小众产品中，很难应用到手机、平板、电脑等随身设备上。

第三阶段，智能终端的到来。

近年来，智能终端设备的升级，以及超高清视频产业的成熟，让裸眼3D在端侧落地有了可能。一方面，智能手机的分辨率不断提升，观看3D图像的舒适度有所改善，避免了头晕等负面视觉感受。

同时，AI技术、机器视觉、数据压缩等新技术的引入，让3D影像的传输与显示变得容易。

2021年的Google I/O大会上，谷歌的3D光场显示方案Project Starline，就通过计算机视觉、机器学习、空间音频和数据压缩登记书，营造一个3D视频聊天室，无需佩戴额外的眼镜，就可以与千里之外的人进行全息视频对话。智能技术的大量应用，将裸眼3D推上了更高的台阶。

此外，伴随着元宇宙、数字人、AIGC等应用，虚拟现实、增强现实、数字孪生、3D渲染等技术，也被用来实现裸眼3D效果。

目前，数字人正在从电商直播间、娱乐节目、服务APP等各个领域，迅速走进我们的视野，3D也成为数字人的标配，通过3D渲染和AI驱动，数字人可以做出栩栩如生的动作。在北京坊、莫高窟等线下场景，通过手机的AR能力，可以获得现场环境的3D显示，不仅能给观众提供巨量信息，而且还能保证观看的舒适度。

从技术的发展趋势来看，也许很快就可以随时随地营造出完全逼真的裸眼3D，让人们随时随地地穿梭于现实世界和元宇宙。

技术的未来，没有尽头

如前所说，裸眼3D作为一种综合技术集成的发展目标，升级迭代是没有尽头的。人们对沉浸式体验的追求，不断追求极致。目前的裸眼3D实现手段，一定会被新技术、新载体、新媒介所取代，变得越来越逼真。

那么，不断升级的裸眼3D，都对哪些细分技术，提出了要求了？

首当其冲，就是算力。

3D图像的数据量极大，相比于2D图像，增加了一个维度的信息，并且显示分辨率还在不断提高，播放裸眼3D视频影像，这就对随身设备的计算能力，提出了极高的要求。而移动设备的元器件要求小型化、低功耗，目前旗舰手机的SoC芯片，可能还达不到流畅播放超高清裸眼3D视频的算力水平。围绕着裸眼3D等新兴应用，来进行定制优化与开发，可能正是国产手机芯片的一个突围点。

其次是传输。

让用户有沉浸感的全息影像，需要超低时延与超大带宽的通信网络，才能为用户带来极致体验。目前，5G网络速率基本维持在1Gbs，也就是千兆水平，裸眼3D的超高清视频，要进行大规模上传、下载，现有网络无法被充分满足。目前有两个发展思路，一是等待6G，借助卫星互联网等网络来支撑，大概要在2030年后完成商用；另一个是发展5G-Advanced或5.5G，对5G网络进行十倍带宽的提升，来满足裸眼3D、AIGC、元宇宙、自动驾驶等规模化商用的网络需求，尽快推动业务成熟。目前来看，加强5.5G建设，支撑新业务的探索，正在成为全球共识，也让裸眼3D更快迈入终端。

然后还要考虑成本。

裸眼3D自由，需要让终端设备的成本可接受，才能从极客们的玩具，变为广泛普及的大众消费品。大众市场和用户规模扩大之后，裸眼3D内容制作、渠道分发、平台工具等软硬件，才有希望降低风险、摊平成本。目前，超高清显示器、全息激光投影等核心技术，还是以日韩美厂商为主，成本很难降低。Gatebox的售价，就高达上万元。从这个角度看，发展裸眼3D，也会带动国产显示器、半导体等产业投入研发，抢占这一新兴市场，让一般消费者也能尽快用上裸眼3D。