倾心裸眼3D 成就立体视觉

刘荣　毛艳玲

动画电影《冰河世纪4》上映时，网络上曾流传一张GIF动态图片，图片内容是影片里那只萌萌的松鼠伸着它的大鼻子贴着冰面左右搜寻松果的气味。由于经过特殊处理，视觉上松鼠的鼻子仿佛从画面里伸出来一样，立体感非常强。这种GIF动态图由三张小图构成，通过在中间图片的左右两侧添加两条白色线条和虚化图像来达到裸眼3D的示意效果。

对于裸眼3D技术，人们并不陌生。近年来，这项技术已经在一些游戏、电视、图文等领域有所应用，关注度直线攀升，这项技术已经由最初的概念逐渐变为大众熟知的一项新技术，为市场带来了许多新的商机。

诸多业内人士对裸眼3D技术青睐有加，甚至有人大胆预测，只要裸眼3D技术发展成熟，势必会扭转近两年3D电视的颓势。而一旦这项技术得到大面积的普及，必然会带来新一轮的3D热潮。

这样的预测并不是毫无依据。一方面，据腾讯科技报道，截至2014年10月底票房过亿的52部电影中，26部是3D电影，累计票房超过120亿美元，占总票房250亿的近半数。甚至还出现了“特供”中国观众的3D电影，如《机械战警》、《超验骇客》和《超体》等（在北美只是2D），观众对3D电影的喜爱和认可是有目共睹的。

不过，这些3D影片下线后，观众在视频网站上看到的仍然是2D片源。所以，可以试想一下，如果裸眼3D技术普及，人们在任何时候都能通过身边的显示设备享受3D效果带来的视觉冲击与震撼。仅电影一项就可以预见，裸眼3D技术有很大的市场潜力。

另一方面，从近几年频繁举办的各种3D图片展、论坛、展会可以看到，我国裸眼3D产业链的发展基本趋于成熟，上下游的资源整合与共享、市场的集中开拓等也都取得了明显进步，裸眼3D在未来将拥有无限可能。

在我国裸眼3D技术研究和发展的历史道路上，江西南昌大学机电工程学院副教授梁发云，是一个不能忽略的典型代表之一。可以毫不夸张地说，他的不少成果为我国裸眼3D技术后续的发展提供了很好的参考和借鉴。

从零开始，“笨鸟”先飞

众所周知，观看3D电影需要额外佩戴专门的助视眼镜，才能感受到立体视觉。但有不少观众会因此在观影过程中出现不适反应，比如头晕、恶心等。

这些现象引发了梁发云的思考：有没有办法既能让观众摆脱眼镜束缚轻装上阵，同时又能继续体验3D的立体视觉呢？

2002年，通过博士入学考试的梁发云，在导师提供的几个选题里，看到了“不用佩戴眼镜的3D技术”，心中一阵窃喜：“这不正是想要做的研究吗？”于是，在导师的极力推荐下，梁发云没有做过多考虑，便为自己敲定了研究方向。

然而，这个决定引起了身边人的不解：“放弃某研究所多年的工作，选一个并不熟悉的领域从头开始，实在有点冒险。更何况，当时裸眼3D技术在国内一片空白，即便真的千般万般好，大可以从国外引进或者借鉴，没必要做第一个吃螃蟹的人！”

梁发云可不这么认为。在他看来，引进、借鉴固然可以，但真正关键、核心的技术，你有钱买人家也未必卖。核心的技术只有掌握在自己手中，才能建立我国在3D技术领域的主导地位。“身为科研人员，有责任也有义务去挑战未知领域，促进新行业的飞速发展。”梁发云就这样带着一腔孤勇和对裸眼3D技术的憧憬踏上了旅程。

然而，残酷的现实却给了他当头一棒。“根本不知道用什么办法实现真实场景的显示，也不知道技术机理是什么。”回忆初涉裸眼3D领域时的情景，梁发云直言，“参考资料、文献匮乏，基本找不到能够借鉴的东西，再加上我们那时候显示技术的积累也比较薄弱，真的是一头雾水，无从下手。”

即便如此，梁发云依然执意走下去。面对种种挑战，他采取了“最笨”的办法，从零开始，一点一点打基础、寻突破。于是，他频频出现在各种展会现场，观摩、学习、收集相关研究资料。为了弄明白显示技术机理，2003年他甚至自掏腰包购买两台液晶显示屏来拆解研究。

凭着这股不服输的劲儿和“笨鸟”先飞的意识，梁发云和他的团队在2003年迎来了第一台裸眼立体显示器样机的诞生。“尽管它还不够完美，但效果仍旧优于国外第一代裸眼3D样机。”通过不懈努力，梁发云首战告捷，不仅取得了实实在在的成果，还利用自制的标定设备，进行大量测试、验证，从而确定了独立视区的分布规律，建立了“立体度”参数的质量评定方法。

随后，梁发云将这些研究成果以论文的形式，发表在多家学术期刊上，为国内外裸眼3D技术的优化设计和质量检测奠定了坚实基础。

梁发云坦言，当时为了尽快让研究走上正轨，他一度过着食堂、实验室、寝室三点一线的生活，满脑子都被光学原理、质量测试、评价方法塞得满满的。现在回过头去看，确实觉得当初研究裸眼3D这个决定有点大胆和盲目，但也正是这种无畏一切的执着，支撑着他坚持到了最后。

乘胜追击，再创佳绩

2005年博士毕业后，梁发云入职南昌大学，从事教学和科研工作，并在学校配备资金的支持下，购买了仪器设备，建立了专业实验室，计划将裸眼3D技术研究引入更深的层面，开启一段全新的旅程。

在此期间，梁发云带领团队在前期研究的基础上不断创新、优化，又取得了突破性的进展。他们用光学差分板固定在液晶显示屏的前面或后面，得到了前置式与后置式的裸眼3D液晶屏。

据了解，这种液晶屏将TFT LCD作为图像显示单元，能够使左右眼的图像分别显示在奇列和偶列构成的亚屏幕上。如此一来，光学差分组件则会改变图像显示单元上左右眼图像的传输光线，在观看区域汇聚形成左右眼独立视区，双眼便能接收到独立且互不干扰的图像，从而达到立体视觉效果。

梁发云表示，这项成果研究的光学差分式裸眼3D技术既能作为图像、视屏、文字的视觉接口，也能广泛用于图文显示设备。

目前为止，裸眼3D技术的关键部分难题基本已被攻克，除了显示屏取得突破，梁发云团队还在以下领域取得了创新性的成果：

首先，提出亚屏幕、独立视区、自属图像、他属图像等概念，完善了裸眼3D技术光学机理研究，使其在应用中得以呈现更好的3D效果。

其次，提出了立体度参数定标裸眼3D显示器的技术质量，如立体度、视觉特性、独立视区等，并研究开发了测试设备及方法，为裸眼3D显示器的测评提供了有效手段。

第三，研制了不同尺寸的裸眼3D液晶显示屏，深入研究了3D传感器技术，并用可编程FPGA将两只CCD、CMOS传感器连接，组成眼睛仿生装置，实现了3D图像拍摄、人机3D视觉交互。

最后，提出了基于眼睛跟踪的自动多视点技术实现方法，提高了亚屏幕图像的分辨率，充实了裸眼3D技术的研究内涵。

以上成果不仅在国内引起强烈反响，也引起国外研究者的关注。梁发云以这些成果发表了30余篇专业学术论文，并申请了多项专利，获得了多项江西省高校科技成果奖励。

2012年12月，江西省教育部门组织有关专家召开了“裸眼3D技术理论及应用研究”成果鉴定会，与会专家通过认真审核一致认为，裸眼3D技术研究内容及成果丰富，创新性明显，在裸眼3D技术参数评价方法和自动多视点技术研究方面，达到了国内领先水平，具有重要的理论意义和实际应用价值，为我国裸眼3D技术的进一步研究奠定了科研基础。

组建平台，实现转化

对于科研人员而言，将研究成果转化为实际应用，惠及民众，给社会创造价值，是毕生的心愿。梁发云也不例外，在裸眼3D技术研究取得一定成果之后，他把目标锁定产业化。

梁发云认为，3D技术已经进入产业化阶段，尤其是在消费电子领域市场前景广阔，容量巨大，产业链产值每年高达上千亿。有了佩戴式3D技术的前车之鉴，裸眼3D技术作为一种新型显示技术，自然也是潜力无限。更何况，科技部“十二五”计划中，已将其列入重点发展方向，专门规划了其理论和应用的发展目标。这一切在他看来，就是裸眼3D技术要“走红”的信号。

为此，梁发云不仅组建了裸眼3D技术与虚拟现实技术研究中心（下称中心），还于2010年4月成立南昌兴亚光电科技发展有限公司（下称兴亚光电）。据悉，中心目前主要负责光学机理、评价标准和测试方法、视觉特性、3D图像与视频信号处理方法、微电子3D电路、3D传感器、虚拟图像、3D人机交互等领域的深入研究，而公司则关注裸眼3D技术产品的研制与开发，力求双管齐下，更好、更全面地促进我国裸眼3D技术的产业化发展。

以中心为研究平台，目前梁发云团队已承担了多个厅委重点科技项目、产学研科技项目的研究工作。而作为成果转化的重要平台，兴亚光电初期研制的17存产品目前已完成小批量试用，用户普遍反映3D效果非常明显。目前，10英寸以下小尺寸产品的开发工作也已提上公司日程，相信用不了多久就能与用户见面。梁发云表示：“这种小尺寸的裸眼3D系统可以广泛应用于平板电脑、手机系统、车载系统、智能小区门禁系统等领域，经济价值非常高。”希望这些产品能够尽快完善，投入市场与民众见面。

目前，梁发云在科技部中小企业创新基金支持下，致力于以裸眼3D显示屏为基础，开发嵌入式电路系统和应用软件，并尝试在ARM高频芯片上组建平板电脑系统和应用系统，研制裸眼3D视觉传感器以及图像视频播放软件，以期推动我国裸眼3D技术产业更进一步发展。

扫除技术弊端，加速3D时代发展

作为影像行业最新、最前沿的高新技术，裸眼3D技术的出现和发展，在改变传统图像平面视觉之余，也掀起了图像制作领域的技术革命。

作为裸眼3D技术的先行者，梁发云表示，这项技术的炙手可热是有目共睹的。他相信，随着3D技术热潮的兴起，这一领域将会吸引更多年轻人才的加入，产业化的难题都会随着研究的深入逐步化解。

对于裸眼3D技术未来的发展，梁发云始终持乐观态度。在他看来，随着科技的不断进步，人民生活水平的不断提高，大众对影像领域的需求将会朝着更加真实、立体、多元化的方向发展。“当前不少影视剧、视频节目、游戏、动漫等领域已经开始采用3D技术制作，产能巨大。裸眼3D技术非常适用于平板电脑、楼宇广告设备、编写娱乐影音设备、通信设备等领域，可以形成不同尺寸规格、功能多样化的产品，满足不同用户的需求，标准化和模块化的发展趋势十分明显。”

梁发云认为，尽管要实现裸眼3D技术产业化的发展，目前仍需深入研究3D图像处理技术、3D传感器技术、3D视觉交互技术，以及3D视觉测量技术及其精度理论，但先进的制图技术、广阔的应用范围、超大的市场容量，都在传递一个信息——裸眼3D技术将会成为未来显示设备的主流标准，带来不可估量的经济和社会效益，加速3D时代的来临。作为国内裸眼3D领域的先行者，梁发云将继续在这一新兴领域深入研究，希望贡献更多的创新成果，满足裸眼3D产业更多需求。