神奇的黑科技：3D显示技术

看风景的蜗牛君

机甲科幻大片《环太平洋2》在上映前夕曝光了一段酷炫的裸眼3D預告片，虽然面对电脑屏幕不如在电影院里戴上眼镜观看时那般身临其境，不过仍能感受到机甲和怪兽干架时那股破屏而出的气势。不仅如此，3D技术还越来越多的在出现在电影场景中，例如钢铁侠在实验室通过手势对悬浮在空气中的立体投影进行的那一波操控，就和3D显示脱不了干系。那么说起来，3D技术究竟是有多神奇呢？

3D显示是怎样一个技术活

所谓的3D显示，其实就是俗称的立体显示技术，而“立体感”则是一种人类的视觉属性，产生立体感最基本的途径就是双目立体视觉。很多人把具备“立体感”当作理所当然的一件事，但实际上就如同有的人无法分辨颜色一样，不少人是无法产生立体视觉的，尤其是单目失明或斜视的人，双目立体视觉几乎是一种奢望。

细数身边的3D显示技术

实事求是地说，目前的技术还远做不到科幻电影中所呈现的那样完美，但科学家正在努力一步步让它成为现实。接下来，我们就来看看那些已有的3D显示技术吧。

双目视差是一种非常常见、效果最好的产生立体视觉的途径，但并非唯一的途径。日常生活的经验让大脑形成了强大的脑补能力，能够从物体之间的阴影、遮挡关系以及近大远小的透视关系等方面，提取出深度信息，从而产生立体感。这种方法产生的立体感虽然没有双目立体视觉那么强烈，但在双目视差的方法失效时，仍然是一种行之有效的立体显示手段。

1 基于双目视觉的3D显示技术

这类显示技术本质上是通过巧妙设计，将双限的图像进行强制分离，让双眼看到接近但不完全一致的、有一定视差的图像，从而产生立体视觉。此方法中最为大家熟悉的就是电影院中的3D电影。

还有一种叫“主动快门式眼镜”的技术，其核心是一款特殊的眼镜以极快的速度在左右眼之间交替开关快门，将左右眼图像强制分离。与此同时，电视机也以极快的速度交替播放左右眼的画面。这款眼镜需要与电视机完美配合，才能够实现良好的立体效果。

VR设备中几乎都使用了立体镜的原理。其实就是在双限各安装一块可以调焦的透镜，两个透镜前端播放不同的图像。

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基于空间关系的3D显示技术

除了上述眼镜，还有一些裸眼3D现实技术也利用了双目立体视觉原理，例如视觉障壁技术。通过在显示屏前放置周期性平行遮光结构或柱面镜结构，可以让屏幕上不同区域的图像分别投射到用户左右眼中。

实际上，很多情况下我们难以利用双目视觉，只能借助空间关系来实现3D显示的目的，其中大家最熟悉的就是常用于舞台表演的“幻影成像”技术。这项技术的核心是一片呈45°角放置的半透半反膜，屏幕一般位于地面，膜层将地面图像反射到观众眼中，形成真假难辨的画面。

3 全息显示技术

除了大型舞台，不少商业展柜也利用了类似的技术，通过四块相互衔接的有机玻璃板组成一个金字塔，金字塔塔尖位置放置屏幕，将物体分为四个方向的画面，每块板反射一个方向，从而形成较好的立体显示效果。这项技术被称为“金字塔幻影成像”。全息显示只是3D显示技术的一种，它的原理较为复杂，是通过光场的干涉和衍射作用实现的，可以呈现出最为逼真的3D显示效果。但由于技术发展的限制，全息3D显示目前多以静态立体图片为主，动态显示离实际应用还有较远的距离。

4 空间投射物体的“真3D显示”

上述的所有方案，其实本质上都是通过技术化的手段对大脑产生欺骗，让大脑从平面中得到立体感。但也有一些技术手段比较耿直，直接通过在空间中投射3D的物体，毫无疑问，这是百分之百真正的3D显示——

第一类，是通过多束激光在空间中进行汇聚，汇聚点处散射的光自然比较强。然后通过计算机控制多束激光的出射方向，使汇聚点在空间中高速扫描，绘制出想要显示的3D图像。可以看出，这类技术需要恰到好处地控制扫描区域空气中散射光的颗粒物的浓度。浓度太低、空气太洁净，汇聚光无法被散射；浓度太高，每条激光束都会在空气中留下路径的痕迹（如同雾霾天开大灯），影响显示效果。还有一类技术，彻底抛开了散射光的粒子的限制。科学家利用聚焦后的高能脉冲激光直接将聚焦点处的空气电离，电离后的空气会发光并具有颜色。通过扫描振镜等技术手段，脉冲激光焦点在空气中进行快速扫描，绘制出立体图像。

以上所有的这些技术都不完美，但也都在不断进步。相信在不远的将来，科幻电影中的美妙场景一定会成为现实。