深度 | 解码裸眼3D黑科技

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星小编曾经撰文解析VR的前世今生，今天我们就来分享"裸眼3D"黑科技。

01 3D显示简介

话说"裸眼3D"还得从3D说起。3D是Three-dimensional的缩写，是以三维立体形态呈现视觉图像的简称。在计算机里显示3d图形，就是说在平面里显示三维图形。不像现实世界里，真实的三维空间，有真实的距离空间。计算机里只是看起来很像真实世界，因此在计算机显示的3d图形，就是让人眼看上就像真的一样。人眼有一个特性就是近大远小，就会形成立体感。

3D显示带给人们更真实、更精细、更震撼的视觉感觉和身临其境的体验。3D显示主要分为空间显示和平面显示两大类。空间3D显示技术难度大、成本高、技术复杂，应用局限性较大。平面3D显示技术分为全息和非全息两类，近年来得到大力发展的是非全息3D显示技术。

02 非全息3D显示技术原理

非全息3D显示技术通常称为图像对立体显示技术，它利用人的左右眼分别接收不同画面，然后大脑经过对图像信息进行叠加重生，构成一个具有前-后、上-下、左-右、远-近等立体方向效果的影像。

非全息3D显示技术分为眼镜式和裸眼式两大类。眼镜式3D显示技术已经在家用消费领域得到较好的应用，如显示器、电影或者电视等，通常需要配合3D眼镜使用。而裸眼3D显示有着真实感、立体感、无需佩戴专用眼镜等优势，用途更加广泛，例如影视娱乐、展览展示、医疗教学、广告传播、教学培训、虚拟仿真、军事应用等。

03 “裸眼3D显示”是什么鬼？

裸眼3D显示技术一般被称为“裸眼多视点”技术，不通过任何工具就能让左右两只眼睛从显示屏幕上看到两幅具有视差的、有所区别的画面，将它们反射到大脑，人就会产生立体感。它利用了人眼的视差原理，通过给观看者左右两眼分别送去不同的画面，达到立体的视觉效果。由于观察者可以不佩戴眼镜，使得3D的应用范围以及使用舒适度都大大提高。

裸眼3D通俗的解释就是：裸着眼睛看3D，不用带眼镜！由于人们更希望在不需要任何辅助设备的裸眼条件下得到3D显示的效果。因此，裸眼3D显示也是目前业界公认的3D显示的最终形态。

04 裸眼3D的三种主流技术

从技术上来看，根据对左右眼图像分割方式的不同，裸眼式3D可分为光屏障式（Barrier）、柱状透镜(Lenticular Lens)技术和指向光源（Directional Backlight）三种。

1、光屏障式3D技术

光屏障式3D技术也被称为视差屏障技术或视差障栅技术。它是由夏普公司欧洲研发部的几位工程师共同研发出来的新型显示技术。视差屏障技术利用液晶层和偏振膜制造出一系列明暗相间的条纹（视差栅栏）。在立体显示模式下视差栅栏会被激活，双眼的间距产生的微小视差会导致不透光条纹遮挡左右眼，使得左眼和右眼看到的像素并不相同。从而在观众大脑中形成立体的显示画面。

光屏障式3D技术与既有的LCD液晶工艺兼容，只在自屏幕表面额外镀一层膜，再对屏幕驱动电路做一些改造与匹配即可，因此在量产性和成本上较具优势，但由于挡光，其画面亮度只有2D屏的1/4。

优点：与既有的LCD液晶工艺兼容，因此在量产性和成本上较具优势

缺点：画面亮度低，分辨率会随着显示器在同一时间播出影像的增加呈反比降低

2、柱状透镜技术

柱状透镜技术的原理是在液晶显示屏的前面加上一层柱状透镜，并使液晶屏的像平面位于透镜的焦平面上，这样柱状透镜就能以不同的方向投影每个子像素。于是双眼从不同的角度观看显示屏，就看到不同的子像素。

其实柱状透镜技术我们小时候就体验过了，那种从不同角度可以看到不同图案的塑料直尺，他们的原理是基本相同的。

优点：3D技术显示效果更好，亮度不受到影响

缺点：相关制造与现有LCD液晶工艺不兼容，需要投资新的设备和生产线。

3、指向光源技术

指向光源3D技术搭配分布在左右两侧的两组不同角度的LED，配合高刷新率的LCD面板和反射棱镜模块，让画面以奇偶帧交错排序方式，分别反射给左右眼。

指向光源技术中最表层的汇聚透镜与柱状透镜类似，但内层还设有三棱镜、导光板和两组不同的光源，因此结构更加复杂成本也很高，目前还停留在研究室当中。

优点：分辨率、透光率方面能保证，不会影响既有的设计架构，3D显示效果出色

缺点：技术尚在开发，产品不成熟

05 裸眼3D的应用优势

◎ 无需借助任何辅助设备即可观看三维立体影像效果，能有效避免沉浸式体验带来的恶心、眩晕、视觉疲劳等不良反应

◎ 对环境光线没有任何要求，具有较高的亮度，适合各类场所

◎ 专门算法能有效支除摩尔纹，双眼没有障碍的接受视觉图像，清晰度高

◎ 视觉纵深大

◎ 应用范围广，几乎适用于所有用户形象展示和用户体验的场所。

06裸眼3D的应用领域

数据可视化

科学研究中的数值计算结果需要以直观形象的方式表现出来，特别是三维图形图像，如蛋白质结构、DNA及其他高分子形态特征的分子建模，立体显微镜及其显示，天气预报中的云图运动分析、风洞实验和数值模拟、空气动力学的流畅模拟，空中摄影测绘数据建模、财务模型及预测模拟、过程控制数值模拟CAD/CAM设计工程中模型显示、远程机器人视觉显示等。

医疗卫生

在医疗卫生领域，立体显示技术给医生和专家直接显示测试实况和诊断实况，在远程诊断中可以获得比平面显示更多的视觉信息。在内窥镜及图像展示、眼科疾病测试工、MRI、CAT成像、手术培训、手术现场成像、NASA虚拟临床计划等方面有重要的应用前景。

房地产、城市规划

随着房地产行业的高速发展，传统展示手段如 ：平面图、沙盘等已经远远无法满足消费者的需要。在房地产的建筑行业中，立体显示技术可以展示从设计、展览、景观美化、内部装修、人性因素等方面的信息，帮助设计专家和技术人员关注具体细节，在施工前即可完成全部景观的设计。以掌网裸眼3D为代表的超高清显示技术将打造房地产营销新方式，将楼盘建筑及周边环境通过立体表达方式，让客户更有亲身经历的感官。

军工应用

随着部队武器装备信息化程度不断提高，构建逼真的作战环境，让部队快速适应各种地形或反差大的生疏战场提供有力支持，为提前谋划推演作战提供可靠保证，切实提高部队能打胜战的能力。3D裸眼显示的应用对军工行业应用意义巨大。

事实上，3D显示技术最早应用在军事领域。早在20世纪90年代，美国军方就开展自由立体显示技术的研究，并最早应用于军事装备中。3D显示技术可以应用在国防军事教学、飞行模拟、军事演习、坦克驾驶、潜艇驾驶员在仿真环境中的培训、立体摄影侦察、星际遥感遥测成像分析等。同时，也可以应用在武器操控、宇航探测、太空训练等方面。

广告传媒

随着传媒市场竞争的日益白热化，如何快速吸引广告受众关注、有效提升广告投放效果，已成为传媒公司及广告业主最为关心的问题之一。裸眼3D显示器的出现为就传媒行业提供了一种全新的极具震撼效果的展示平台，具有无可比拟的应用优势。广泛应用于机场、地铁、高铁、酒店、电梯口、场馆、企业专卖店、卖场、专柜等领域。

展览展示

新颖生动的3D多媒体展示手段可大大加深参观者对展示内容的印象。某些不便进行实物展示的内容，如对展示环境要求较为严格的文物、大范围的自然景观等，可以通过3D全息展示柜进行形象而生动的三维展示。利用出色的裸眼3D显示技术，可将需要展示的内容真实、直观、清晰、自由地展现在观众面前，逼真的立体效果可以大大加深观众对展示内容的印象。应用场所：大型场馆建设、展示活动、科技馆、博物馆展示等。

3D显示系统可以广泛应用于城市规划馆，市民中心，机场等重点政府工程项目，可以更好地展现城市风貌，城市精神及城市成就。

影视娱乐

随着数字高清立体影视制作及播放技术的不断进步，3D影片、动画已成为影视娱乐行业新的热点。传统的3D影片播放需要配戴偏振或液晶眼镜等，不利于长时间观看及公众场合的播放。裸眼3D显示器的出现，则满足了多人多视角观看的需要，使得广大观众无需配戴立体眼镜即可观看到逼真而极富视觉冲击力的3D影视节目。

教育领域

立体显示技术可用于抽象概念模拟，动画制作强化等。它营造了“自主学习”的环境，由传统的“以教促学”的学习方式代之为学习者通过自身与信息环境的相互作用来得到知识、技能的新型学习方式。例如在帮助学生理解空间概念和物理现象等原理时，利用立体图像要比利用二维图像的认知程度高，理解程度深。在裸眼3D虚拟教学方面，教学已不仅仅停留在原来的书本、图片、PPT以及视频等方式上，特别是生物科学、航天科技以及工业设计等需要对物体内部构造进行详细剖析的课程，裸眼3D教学展示出巨大的应用潜力。

研究领域

利用裸眼3D显示器，科研人员可获得蛋白质、DNA及各种微观结构的直观图像，可对大气、海洋及地表地层数据进行三维建模显示，可作为空气动力学、气象学、天文学等学科研究的辅助工具，还可利用所开发的交互式软件进行远程工程控制。

07"风口"中的裸眼3D

随着裸眼3D技术的突破和成熟、瞳孔追踪技术的发展、内容的丰富与显示屏的不断高清化发展，裸眼3D显示技术即将重新崛起，进入爆发期。

著名市场调研机构赛诺市场咨询在今年6月发布的《裸眼3D发展趋势分析报告》指出，在技术、产品、内容和应用场景等方面，裸眼3D已具备了完善的生态环境，未来用户体验的提升将带动裸眼3D进入市场爆发期。赛诺预测，2021年全球3D显示器出货量和市场规模将达到2.8亿台和830亿美元，未来裸眼3D市场渗透率将达到50%以上。而政策红利，更为裸眼3D显示的发展提供了强大助力，在2016年，国务院印发“十三五”国家战略性新兴产业发展规划，裸眼3D就被纳入其中。

08

裸眼3D的未来趋势

展望未来，裸眼3D将进一步凸显其综合优势，不断拓展在商业展示和个人消费类电子领域的应用空间，越来越多的上下游厂商将加入这一行列，共同推动裸眼3D产业向前发展。

技术的不断创新和成本的不断下将成为裸眼3D行业的必然趋势，也意味着裸眼3D显示的商业应用无论其规模还是深度都将成到巨大的发展，市场将蒸蒸日上，商机无限，几乎所有的平面显示领域都面临着这一场震撼人心的“裸眼3D技术革命”，极大的影响人类生活的方方面面。

参考文献：

1、《裸眼3D显示,技术成就未来》作者：韩金容、王菊芬 [期刊论文]-今日印刷 2013(9)

2、《三维重建技术及其军事应用》作者：吴彤、傅中力[国际科技]2015年第1期。

3、《裸眼3D发展趋势分析报告》作者：赛诺市场咨询2017年6月

4、百度百科及相关互联网信息。