在顯示技術(shù)領(lǐng)域，長期以來存在一個(gè)難以突破的物理限制：裸眼3D顯示難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)大尺寸和超寬連續(xù)視角。這一難題困擾著科研人員多年，成為制約裸眼3D技術(shù)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。然而，近日上海人工智能實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)等機(jī)構(gòu)宣布，成功研發(fā)出新一代裸眼3D顯示系統(tǒng)——書生·瞳真EyeReal，一舉攻克了這一技術(shù)瓶頸。

據(jù)了解，EyeReal系統(tǒng)通過AI深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算，能夠精準(zhǔn)地將有限的顯示資源傳遞到觀看者的雙眼，從而實(shí)現(xiàn)了裸眼3D效果，并顯著提升了觀看體驗(yàn)。這項(xiàng)技術(shù)完全兼容消費(fèi)級液晶面板，無需復(fù)雜的光學(xué)元件或特制硬件，在桌面級顯示尺寸內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了超過100度的超寬視場角，同時(shí)支持包含水平、垂直、徑向、連續(xù)與焦點(diǎn)在內(nèi)的全部視差類型實(shí)時(shí)三維顯示。國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》正刊發(fā)表了該成果相關(guān)論文，并評價(jià)其為“光學(xué)信息運(yùn)用的全新范式”。

人類生活在三維世界中，對將數(shù)字世界三維化的探索從未停止。當(dāng)前，虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)雖然能夠構(gòu)建出立體視覺效果，但需要佩戴頭顯設(shè)備，給用戶帶來物理束縛。相比之下，裸眼3D技術(shù)更符合人類的感知習(xí)慣，無需任何外接設(shè)備，僅通過雙眼就能從屏幕中獲得如同“真實(shí)窗口”般的沉浸式體驗(yàn)。然而，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，顯示器必須重構(gòu)物體的完整光場，即模擬其向所有方向發(fā)出的光線。但重構(gòu)完整光場需要海量光信息支持，其規(guī)?？氨忍煳臄?shù)字，而現(xiàn)代光學(xué)顯示系統(tǒng)的信息傳輸能力卻存在極大局限性。

在信息預(yù)算有限的情況下，傳統(tǒng)技術(shù)陷入了兩難境地。數(shù)字全息顯示雖然能提供極高的視角和畫質(zhì)，但顯示尺寸被壓縮到極小，往往只有指甲蓋大??；多視圖自動(dòng)立體顯示雖然能實(shí)現(xiàn)大尺寸顯示，但只能將有限的信息“被動(dòng)廣播”到空間中的預(yù)設(shè)方向。這些傳統(tǒng)路線雖然不斷優(yōu)化，但只要遵循“被動(dòng)光場調(diào)制”的路徑，就無法突破物理定律的制約，導(dǎo)致顯示尺寸和可視角度之間存在嚴(yán)重制約。

為了突破這一限制，上海AI實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)提出了全新的解決方案：與其被動(dòng)浪費(fèi)信息，不如用AI主動(dòng)管理信息。EyeReal系統(tǒng)采用了“光場生成建模+神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解碼”的融合技術(shù)路線，既遵循客觀規(guī)律，又結(jié)合了人工智能的高效計(jì)算優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)、高質(zhì)量的三維圖像重建。在光場生成建模階段，系統(tǒng)通過傳感器采集關(guān)鍵點(diǎn)信息定位觀察者眼位，構(gòu)建“人眼—光場”坐標(biāo)系，在屏幕與觀看者雙眼之間建立精確的幾何模型；在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解碼階段，科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了專用的輕量化卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN），能夠在0.02秒內(nèi)快速計(jì)算出如何通過多層液晶屏的像素排列組合，在空間中精準(zhǔn)發(fā)射出僅針對當(dāng)前觀察者雙眼位置的“最優(yōu)光場”。

這一“最優(yōu)光場”的篩選過程，若采用傳統(tǒng)算法，計(jì)算量將呈指數(shù)級激增，面臨技術(shù)困境。而AI憑借強(qiáng)大的非線性擬合與智能推理能力，成功將這一高復(fù)雜度計(jì)算過程提速至實(shí)時(shí)響應(yīng)水平。AI算法不再僅僅是圖像插值工具，而是成為光學(xué)顯示系統(tǒng)的“智能大腦”，通過對光線傳播路徑的主動(dòng)調(diào)度與精準(zhǔn)把控，讓每一份“信息預(yù)算”都實(shí)現(xiàn)效能最大化。值得一提的是，憑借AI強(qiáng)大的分層光場優(yōu)化能力，EyeReal可以在人類雙眼周圍構(gòu)建一個(gè)連續(xù)、真實(shí)的物理光場區(qū)域，從根本上避免了傳統(tǒng)3D顯示因瞳距失配而產(chǎn)生的眩暈不適感。

在物理顯示端，EyeReal采用了結(jié)構(gòu)極簡的三層液晶顯示器堆疊架構(gòu)，整套硬件系統(tǒng)無需額外復(fù)雜光學(xué)器件，但其性能指標(biāo)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)技術(shù)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了前所未有的100度超寬視場角，觀看者可在更廣泛的范圍內(nèi)自由移動(dòng)；提供連續(xù)、全視差的3D體驗(yàn)，無論觀看者上下、左右、前后移動(dòng)，都能看到正確的運(yùn)動(dòng)視差，并支持人眼自然聚焦反應(yīng)；同時(shí)實(shí)現(xiàn)1920x1080的高分辨率，刷新率超過每秒50幀，畫面流暢自然。

EyeReal的研發(fā)成功，首次證明了以計(jì)算為中心的方法可以克服顯示領(lǐng)域長久以來的物理局限性，打破了大尺寸與寬視角“不可兼得”的局面。這一創(chuàng)新讓低成本商品級硬件實(shí)現(xiàn)高保真裸眼3D體驗(yàn)成為現(xiàn)實(shí)，有望為虛擬現(xiàn)實(shí)、協(xié)作式3D設(shè)計(jì)、教育和文化娛樂等領(lǐng)域帶來突破性變革。研發(fā)人員表示，當(dāng)傳統(tǒng)硬件升級觸及性能天花板、物理資源難以突破時(shí)，引入AI技術(shù)不僅可以充分挖掘傳統(tǒng)硬件系統(tǒng)中被忽視的潛力，還有可能有效攻克傳統(tǒng)解析方法無法處理的復(fù)雜系統(tǒng)問題，為基礎(chǔ)科研中“硬件瓶頸制約創(chuàng)新”的普遍難題提供了可復(fù)用的技術(shù)范式。