由荷里活影星凱特·溫斯萊特和威廉·達福擔任配音的裸眼3D視效動畫片《尼斯大冒險》將於年底上映 ，預計成為迎接2020年的跨年親子動畫首選 。

《尼斯大冒險》採用「實景拍攝+三維特效」的方式製作 ，雖然是2D電影 ，卻有着極強的立體感 ，達到了不需要戴眼鏡的「裸眼3D」效果 。多年來 ，優秀的科學家們一直在不斷努力推動裸眼3D這個「黑科技」的發展 。如今 ，這項技術已經漸行漸近 。

近日《自然》以及《科學》同時報道的一項來自英國薩塞克斯大學的研究 ，卻真的讓科幻片中的裸眼3D顯示變成了現實 。

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的這項最新研究中 ，操縱這些粒子的「上帝之手」 ，是一個被稱為「多模式聲鑷顯示」的裝置 ，研究人員在一個黑色的盒子裏 ，用兩組微型揚聲器組成的陣列發出超聲波 ，牽引着粒子在空中懸浮 、快速移動 。因為移動速度非常快 ，肉眼看到的便是一幅直徑幾厘米 、不停演變的3D圖像 。在實驗展示的畫面里 ，一隻立體的彩色蝴蝶完全懸浮在空中 ，微微抖動翅膀 。

「用聲場操控粒子實現3D顯示 ，這是一個很好的想法 。」東南大學電子科學與工程學院教授夏軍說 ，這項技術的關鍵在於 ，「揚聲器陣列釋放的超聲波引起空氣震盪 ，在三維空間中產生隨時間快速變化的空氣壓強 ，空氣壓強的變化會產生聲輻射力 ，從而推動粒子的快速運動 。如果對二維聲波陣列進行編碼 ，粒子就會按照規劃好的三維路線高速運動 。」

研究人員用紅綠藍三色光照明系統對懸浮移動中的粒子進行照明 ，從而顯現出3D圖像 。北京航空航天大學儀器科學與光電工程學院教授 、國際信息顯示學會會士王瓊華介紹 ，粒子具有散射性 ，又由於運動的速度非常快 ，當三色光投射向粒子時 ，基於人眼的視覺暫留效應 ，我們就能看到連續的圖像 。

實驗中 ，產生圖像的超聲波揚聲器也能發出聲音 。通過控制多個揚聲器陣列,該系統可以產生能被人耳聽見的聲音 ，然後就可以生成一些有趣的音效 。

在薩塞克斯大學研究團隊展示的另一個案例中 ，一個笑臉伴隨着皇后樂隊的歌曲《We Will Rock You》在空中出現 。

產生圖像的超聲波揚聲器還能帶來觸覺感知 。王瓊華表示 ，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 。「在這個實驗中 ，聲波的一個周期里 ，其中75%的聲波用於控制粒子的位置與運動 ，而剩餘25%用於提供觸覺反饋 。實驗中將調製頻率設為250赫茲 ，以便降低噪聲 ，同時可以讓皮膚的觸感達到最佳 。」

王瓊華在裸眼3D顯示技術領域已經研究了15年 ，她說 ：「薩塞克斯大學的技術比以前類似的方法能創造出更大的圖像 ，並結合了聲音 、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 。」她認為 ，要創造出《星球大戰》里萊婭公主向盧克天行者和歐比旺發出求救信息的3D影像 ，或許還需要10年甚至更長的時間 。

實現裸眼3D主要有兩種技術途徑

令大家興奮不已的裸眼3D顯示技術 ，目前正在現實中尋找突圍 。

「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備 ，就可以看到3D圖像 。目前裸眼3D分為藉助顯示屏實現三維成像和在三維空間直接成像兩種技術方向 ，英國薩塞克斯大學的研究屬於後者 。」夏軍介紹 ，需要藉助顯示屏顯示的裸眼3D ，又分為多種 ，其中一種是採用2D顯示屏加光學元件 ，以便人眼在直接觀看的時候 ，看到3D圖像；還有一種是多層螢幕顯示 ，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；還可以把多層螢幕變成三維空間中發光的物理螢幕 ，從而實現裸眼3D成像 。

三維空間直接成像的裸眼3D顯示 ，則引起更多科學家的關注 。「第一種是用激光照射三維透明的介質 ，通過激發介質發光呈現3D圖像；第二種是用光驅動粒子 ，讓粒子在空間迅速運動 ，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 。」夏軍說 。

此次《自然》的報道 ，還記錄了另一種裸眼3D技術的疊代 。2006年 ，木村秀井與另一位學者共同開發了一種技術 ，能用激光將電子從空氣分子中擊落 ，使其發光 。通過高速移動激光的焦點 ，他們可以造成連續的等離子體發光點以形成粗糙的圖像 。

日本筑波大學的計算機科學家兼藝術家小井洋一表示 ，這種技術已經可以產生相對穩定的圖像 ，但它仍存在一些很大的限制 ，例如解像度低 ，一次激光爆發只能點亮圖像中的一個點 ，並且如果激光太強還可能灼傷到人 。

2016年 ，小井洋一的研究團隊開發了一種等離子顯示技術 ，他們使用低能量 、短脈衝激光來製作可觸摸的圖像 ，其圖像解像度比木村秀井團隊的提高了10—200倍 。

走近生活還面臨多種技術瓶頸

有學者接受採訪時表示 ，裸眼3D如果能「聯姻」5G ，可以在教育 、醫療 、工業製造 、廣告 、遊戲等領域大放異彩 。不過 ，在學者們看來 ，目前裸眼3D技術想要走進生活廣泛應用 ，都或多或少面臨技術瓶頸 。

「藉助平板顯示屏實現裸眼3D顯示的難點在於 ，目前顯示螢幕的解像度還不夠 ，另外容易產生立體視疲勞 。對於多層螢幕顯示技術 ，因為視場角比較小 ，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 ，急需攻克的難點更多 。「用激光照射介質 ，在介質中成像的技術 ，對介質的透明度要求很高；用光在三維空間驅動粒子成像 ，這需要很多像素點 ，同時粒子的運動速度還要快 ，如果做小規模的展示還行 ，但如果做顯示終端 ，圖像解像度難以解決 ，產業化將面臨挑戰 。」而至於全息3D顯示 ，夏軍表示 ，目前缺乏超高解像度的顯示器 ，像素還比較大 ，造成視場角小 ，觀看角度受限 。

王瓊華認為 ，裸眼3D顯示的發展 ，需要產業生態的支撐 ，例如需要與3D相機相結合 ，後者可以模擬人的左右眼來拍攝 ，形成龐大的片源 ，再輔以計算機算法來補充信息 。此外 ，信號的傳輸標準也需要制定 ，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要真正進入市場應用 ，還需要更精細化的技術疊代 。