走齣電影來到人間的裸眼懸浮3D，竟能如此酷炫！絕不讓你失望！

很多人對懸浮裸眼3D的最初印象，大概都源自一些影視作品。如著名的《星戰》系列中，就經常會出現「3D懸浮視頻會議」和空中影像資料的鏡頭。

「幫幫我，歐比-旺·克諾比。你是我唯一的希望。」《星戰4》中出現的萊婭公主以3D影像向歐比旺尋求幫助的場景。圖片來源：《星戰4》

多年來，優秀的科學家和技術宅們，一直在不斷努力去推動懸浮3D這個超難黑科技的發展。如今，這項技術已經漸漸走出熒幕，來到人們身邊。

以《星戰》中女神名字命名的萊婭3D公司。圖片來源：LEAI官網

怎樣才算真正的裸眼懸浮3D？

那麼，怎樣才算上的是真正的懸浮裸眼3D呢？

它 不是這樣藉助「柵欄」實現的的「偽3D」動畫，

圖片來源：《海綿寶寶》

不是需要佩戴3D眼鏡才能觀看的3D電影，

圖片來源：圖蟲創意

也不是只有簡單圖像的全息影像，

圖片來源：圖蟲創意

更無需要藉助VR設備或手機特殊軟體，

這是AR增強現實。圖片來源: microsoft

而是下面這種，立體的，無需藉助任工具用裸眼就可以觀看的，懸浮在空中的影像。

萊雅公司用激光器打出來的3D懸浮。圖片來源: gfycat.com

沒錯，3D、懸浮、裸眼的成像技術構成了真正的3D懸浮影像。正如你在《星戰》里看到的那種。

人眼如何看到懸浮3D？

人類所看到的世界是立體的，這是因為我們的兩隻眼睛所看到的世界有輕微的差別。我們的大腦將這兩個不一樣的圖像結合起來，自動對看到的畫面生成一個3D模型。

需要眼鏡的3D顯示就是這個原理：最簡單的3D電影，眼鏡的兩個鏡片偏振的方向（或者濾光器）不同，從而使兩個鏡片同時能有不同的成像。高檔一些的3D電視眼鏡中的快速閃爍的開關，能與屏幕上的圖像同步變換，使兩個眼睛看到的圖像不同。

那如果我們不想戴眼鏡就看到3D效果呢？其實道理還是一樣，只是這項任務需要交給顯示器來完成。顯示器上一個像素點給出的不同的光，要分別有很強的方向性，一束光指向左眼，一束光指向右眼，這樣子，這樣兩隻眼睛就會看到不同圖像。這樣的像素點越多，實現的裸眼3D效果也就越好。

a只有兩個視覺區，三個出射方向，觀眾只有在一個位置可以得到左右眼不同的圖像。b只有兩個視覺區，更多的出射方向，觀眾在特定的幾個位置可以得到左右眼不同的圖像。c有n多個視覺區，觀眾無論站在哪裡，雙眼得到的圖像都是不一樣的。圖片來源：參考文獻［1,2］。

實現裸眼懸浮3D的三種不同方式

2013年，Fattal等人在《自然》雜誌上發表了一項可以實現無眼鏡3D顯示的方法——多視圖自動立體3D顯示技術。

他們用波導把光導入微型衍射光柵，從而使特定的光打到特定的方向，以此來輸入不同視覺區的圖像數據。這個設計當時可以打出14個視覺區，預期最高可以做到64個視覺區。這樣的視覺區越多，人們看到的3D圖像的像素也就越高。[3]

以透明六邊形玻璃作為波導，將RGB（紅綠藍）三種光從不同方向入射到波導中。通過光學設計不同的單位衍射光柵（以一個RGB像素點為最小單位），使三種光線在每一個單元上都有折有不一樣的折射角。圖片來源：參考文獻［3］

這種設計最後的效果圖。圖片來源：參考文獻［3］

後來的LEIA公司用的就是這種技術，也就是前文那張綠色懸浮影像的原型。這種技術相比別的無眼鏡3D的好處，是可以做成攜帶式設備。用這種方法做的懸浮的3D無眼鏡顯示，叫衍射光場背光技術（diffractive lightfield backlighting，DLB），也是LEIA公司的知名專利。

LEIA的DLB技術：分別由DLB模塊，LED edge lighting和LCD面板組成。圖片來源：LEIA官網

除此以外，還有其他種類的無眼鏡懸浮3D技術——例如比較有名的雙凸透鏡或微柱透鏡3D技術（lenticular arrays display）。它的原理是在液晶顯示屏的前面加上一層柱狀透鏡，通過對光路的改變，透鏡就能以不同的方向投影每個液晶顯示屏上的像素點，於是雙眼從不同的角度觀看顯示屏，可以看到不同的圖像。這個技術需要依靠液晶顯示屏，解析度做不大，視覺區數量也有限。

3D TV，圖片來源：Dimenco官網

Dimenco 公司的lenticular arrays 3D技術示意圖，透鏡能夠把左右眼圖像分別折射到雙眼所在的位置。圖片來源：Dimenco官網

還有就是光屏障式3D技術（parallax-barrier system），也被稱為視差屏障或視差障柵技術，夏普3D手機和任天堂3DS採用的都是這項技術。

這一技術需要有一個開關液晶屏幕（LCD），然後用液晶層和偏振層製造出一系列間隔為十幾個微米的光柵條紋。對於左眼，光柵條紋會遮擋右眼應該看到的圖像，反之亦然（如下圖）。這個是目前產業化力度最大的技術，不過亮度很低，解析度也很低，而且難以做成可攜帶設備。

任天堂3DS遊戲機，圖片來源：任天堂官網

Parallax-barrier system光屏障式3D技術，R與L分別對應右眼和左眼的顯示圖像。圖片來源：維基百科

LEIA公司的這種多視圖自動立體3D顯示技術（Multiview autostereoscopic 3D displays），仍舊是目前最受關注的，因為這種技術可以做到便攜設備上，也可以做到很小，同時解析度很高。但是由於3D影像對目前解析度要求遠超於2D，所以對數據量以及激光器的功能的需求也就更大，這是目前還未解決的難題。

裸眼懸浮3D成像的未來

裸眼懸浮3D成像不僅僅是為了滿足阿宅們對於超強影視效果的追求，更重要的意義在於它能夠提升人們對數字立體空間的應用，比如利用高解析度的核磁共振成像數據，可以構成微小複雜的腦、神經、血管3D醫療成像，從而提升診斷效率。

總之，《星戰》同款顯示技術離我們已經不再遙遠，相信過不多久，人們就會看到飄在空中的同款3D萊婭女神。裸眼懸浮3D技術也有可能為顯示，醫療檢測，手機等行業注入新的血液。開發新技術的意義總是遠超於目標本身。

LEIA黑科技：指尖上的蝴蝶，圖片來源：LEIA官網

「朝你的夢想加快速度邁步吧！」 圖片來源：新浪博客

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