我们距离“裸眼3D自由”,还有多远?

2023年11月01日 08:25  点击:[]

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。

媒介大师麦克·卢汉曾说过,“任何技术都倾向于创造一个全新的人类环境”。

裸眼3D,是通往元宇宙的必经之路,也是一场时不我待的旅程,必将会对我们的社交、娱乐、教育、文化消费等生存环境,产生前所未有的影响。

对裸眼3D的憧憬,驱使着人们不断用新技术,为世界制造“幻想”,奉上“奇迹”。技术本身的故事,已经足够激动人心。

来源:科普中国,侵删联系

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