由好莱坞影星凯特·温斯莱特和威廉·达福担任配音的裸眼3D视效动画片《尼斯大冒险》将于年底上映 ， 预计成为迎接2020年的跨年亲子动画首选 。
《尼斯大冒险》采用“实景拍摄+三维特效”的方式制作 ， 虽然是2D电影 ， 却有着极强的立体感 ， 达到了不需要戴眼镜的“裸眼3D”效果 。 多年来 ， 优秀的科学家们一直在不断努力推动裸眼3D这个“黑科技”的发展 。 如今 ， 这项技术已经渐行渐近 。
近日《自然》以及《科学》同时报道的一项来自英国萨塞克斯大学的研究 ， 却真的让科幻片中的裸眼3D显示变成了现实 。
可看、可听、可“触”的裸眼3D显示
只要敲击一下键盘 ， 就能让一颗颗小小的粒子在空中悬浮、盘旋、“舞蹈” 。 在英国萨塞克斯大学的这项最新研究中 ， 操纵这些粒子的“上帝之手” ， 是一个被称为“多模式声镊显示”的装置 ， 研究人员在一个黑色的盒子里 ， 用两组微型扬声器组成的阵列发出超声波 ， 牵引着粒子在空中悬浮、快速移动 。 因为移动速度非常快 ， 肉眼看到的便是一幅直径几厘米、不停演变的3D图像 。 在实验展示的画面里 ， 一只立体的彩色蝴蝶完全悬浮在空中 ， 微微抖动翅膀 。
“用声场操控粒子实现3D显示 ， 这是一个很好的想法 。 ”东南大学电子科学与工程学院教授夏军说 ， 这项技术的关键在于 ， “扬声器阵列释放的超声波引起空气震荡 ， 在三维空间中产生随时间快速变化的空气压强 ， 空气压强的变化会产生声辐射力 ， 从而推动粒子的快速运动 。 如果对二维声波阵列进行编码 ， 粒子就会按照规划好的三维路线高速运动 。 ”
研究人员用红绿蓝三色光照明系统对悬浮移动中的粒子进行照明 ， 从而显现出3D图像 。 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院教授、国际信息显示学会会士王琼华介绍 ， 粒子具有散射性 ， 又由于运动的速度非常快 ， 当三色光投射向粒子时 ， 基于人眼的视觉暂留效应 ， 我们就能看到连续的图像 。
实验中 ， 产生图像的超声波扬声器也能发出声音 。 通过控制多个扬声器阵列,该系统可以产生能被人耳听见的声音 ， 然后就可以生成一些有趣的音效 。
在萨塞克斯大学研究团队展示的另一个案例中 ， 一个笑脸伴随着皇后乐队的歌曲《We Will Rock You》在空中出现 。
产生图像的超声波扬声器还能带来触觉感知 。 王琼华表示 ， 人的皮肤是可以感受到声音的 。 生活中 ， 在音响附近 ， 人可以感受到声音的振动 。 “在这个实验中 ， 声波的一个周期里 ， 其中75%的声波用于控制粒子的位置与运动 ， 而剩余25%用于提供触觉反馈 。 实验中将调制频率设为250赫兹 ， 以便降低噪声 ， 同时可以让皮肤的触感达到最佳 。 ”
王琼华在裸眼3D显示技术领域已经研究了15年 ， 她说：“萨塞克斯大学的技术比以前类似的方法能创造出更大的图像 ， 并结合了声音、触觉 ， 这使得人们离理想的3D显示更近了 。 但这些图像的尺寸依然很小 。 ”她认为 ， 要创造出《星球大战》里莱娅公主向卢克天行者和欧比旺发出求救信息的3D影像 ， 或许还需要10年甚至更长的时间 。
实现裸眼3D主要有两种技术途径
令大家兴奋不已的裸眼3D显示技术 ， 目前正在现实中寻找突围 。
“裸眼3D指的是眼睛不需要佩戴眼镜或者头盔等任何辅助设备 ， 就可以看到3D图像 。 目前裸眼3D分为借助显示屏实现三维成像和在三维空间直接成像两种技术方向 ， 英国萨塞克斯大学的研究属于后者 。 ”夏军介绍 ， 需要借助显示屏显示的裸眼3D ， 又分为多种 ， 其中一种是采用2D显示屏加光学元件 ， 以便人眼在直接观看的时候 ， 看到3D图像；还有一种是多层屏幕显示 ， 例如利用多层液晶显示屏在空间重建具有角度信息的光场；还可以把多层屏幕变成三维空间中发光的物理屏幕 ， 从而实现裸眼3D成像 。
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