我們能否像《頭號玩家》那樣伸手就能觸摸到虛擬世界?像《阿凡達(dá)》那樣植物和動物仿佛就在眼前飛舞?這不再只是科幻。11 月 26 日,在一篇最新 Nature 論文中,來自復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊和上海人工智能實驗室的研究人員打造出一款名為 EyeReal 的裸眼 3D 顯示器。
它的屏幕很普通,就是使用普通的液晶顯示屏。它把好幾層液晶顯示屏疊在一起,中間加上偏光片,再使用一個白色液晶顯示屏做背光,用“便宜貨”做出了“黑科技”,即在普通液晶顯示屏上實現(xiàn)了全方位、無閃爍、不眼暈的裸眼 3D 效果,未來的玩游戲、學(xué)知識和做手術(shù)都可能因為 EyeReal 變得完全不同。
EyeReal 解決了兩個大問題:它不會讓你眼暈,因為它能模擬真實的焦距變化,你看近處的東西時眼睛會自動對焦近處,你看遠(yuǎn)處的東西時眼睛會自動放松,就像真實世界一樣;它還不挑人,不管你的兩眼眼距是寬還是窄,它都能適應(yīng),不再會出現(xiàn)以前觀看 3D 電影時的那種重影或模糊。
它不像 3D 電影需要特制眼鏡,也不像 VR 游戲需要笨重的頭盔,也不像以前的屏幕那樣平均地分配光的信息,而是把最亮的光打在你眼睛最需要的地方。
它知道你的眼睛在哪里:其屏幕上方有一個小小攝像頭就像手機(jī)的前置攝像頭一樣,能夠捕捉到你雙眼的位置。你動、它也動,也就是說它永遠(yuǎn)知道你在看哪里。它能為你定制光線:通過一個深度學(xué)習(xí)模型,它會為你實時計算出最適合你雙眼的光線圖案,讓左眼和右眼分別看到最適合的圖像。
核心突破:AI 如何實現(xiàn)“千人千面”的裸眼 3D?
由于我們的左眼和右眼的位置不同,因此看到的圖像有著細(xì)微差別,大腦正是利用這個差別來感知立體感。如前所述,在 EyeReal 里有一個深度學(xué)習(xí)算法,它可以在百分之一秒內(nèi)完成一場復(fù)雜的思考。
它會在數(shù)字世界里根據(jù)你真實的雙眼位置創(chuàng)造出兩個虛擬的眼睛攝像機(jī)。然后,它開始進(jìn)行逆向推演。同時,它還要確保為右眼準(zhǔn)備的光線,不會跑錯路鉆進(jìn)左眼里搗亂。
由于深度學(xué)習(xí)算法經(jīng)過了特殊訓(xùn)練,因此能同時為你的左右眼計算完全不同的復(fù)雜光線指令,并且確保它們互不干擾。
前面提到,EyeReal 并不需要昂貴和復(fù)雜的設(shè)備,它只需使用三四塊液晶顯示屏像疊三明治一樣疊在一起,中間加上一些特殊的偏光薄膜,再用一個白色的液晶顯示屏燈從后面照亮。
之所以無需使用昂貴、復(fù)雜的光學(xué)元件,是因為它把“魔法”都交給了深度學(xué)習(xí)算法。這意味著一旦技術(shù)成熟,其完全有可能以大家都能接受的價格走進(jìn)千家萬戶。
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(來源:https://www.nature.com/articles/s41586-025-09752-y#)
基于以上設(shè)計,讓 EyeReal 在百分之一秒的時間就可以完成以下復(fù)雜工作:
首先,可以構(gòu)建虛擬攝像機(jī),它可以在數(shù)字世界里根據(jù)你真實的雙眼位置,創(chuàng)建出兩個虛擬的眼睛攝像機(jī)。
其次,它可以逆向推演光路,比如它會做這樣一個思考過程:“要讓你左眼的攝像機(jī)看到正確的圖像,得讓屏幕上的哪些像素點發(fā)出怎樣的光?這些光線要經(jīng)過幾層液晶屏?每層屏幕應(yīng)該呈現(xiàn)出什么樣的相位圖,才能最終精準(zhǔn)地匯入你的左眼?”
再次,它還需要解決“光打架”的難題,它必須確保設(shè)計給右眼的光線不會跑錯路鉆進(jìn)左眼以至于造成干擾。因此,它通過一個互斥損失函數(shù)的規(guī)則,學(xué)會了如何讓左右眼的光線和諧共處,互不干擾。這一切計算都在瞬間完成,速度超過每秒 50 次。所以無論你怎么移動,看到的永遠(yuǎn)都是為你專門打造的立體畫面。
當(dāng) EyeReal 這樣的技術(shù)得到普及之后,我們的學(xué)習(xí)、工作和娛樂可能會迎來以下變化。當(dāng)玩游戲時,不再是從上帝視角俯視,而是感覺自己真的站在那個方塊世界里,需要側(cè)身才能穿過峽谷、抬頭才能望見山頂?shù)难.?dāng)觀看足球比賽直播時,從沙發(fā)走到餐桌就能看到球門的角度隨之變化。
當(dāng)上地理課時,一個立體的地球儀懸浮在空中,就可以“伸手”撥動它,并能觀看季風(fēng)的流動和板塊的飄移。汽車設(shè)計師在屏幕前就能全方位地審視新車的外觀,從而不會放過任何一個微小的曲線瑕疵。
外科醫(yī)生可以在 EyeReal 上針對病人器官進(jìn)行解剖演習(xí),從多個角度觀察腫瘤與血管、腫瘤與神經(jīng)的位置關(guān)系,從而制定出最安全和最精準(zhǔn)的手術(shù)方案。
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(來源:https://www.nature.com/articles/s41586-025-09752-y#)
總結(jié)一下 EyeReal 的工作流程就是:用攝像頭實時捕捉雙眼位置-AI 根據(jù)位置計算出需要投射給每只眼睛的光線圖案-將指令下達(dá)給液晶顯示屏-屏幕協(xié)同工作并發(fā)射出兩束為你定制的光-兩束光投入你的左眼和右眼-你的大腦將它們?nèi)诤喜a(chǎn)生一個生動和立體的世界。
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(來源:https://www.nature.com/articles/s41586-025-09752-y#)
背后的魔法:深度學(xué)習(xí)與多組屏幕的協(xié)同
很多人看 3D 電影或者玩 VR 游戲時間長了都會頭暈和惡心,而 EyeReal 從根源上解決了這一問題。
其一,它解決了視覺輻輳-調(diào)節(jié)沖突的問題。
在現(xiàn)實世界中,假如你近距離觀看自己的手指,你的雙眼會向內(nèi)轉(zhuǎn)動也就是輻輳,同時眼內(nèi)的肌肉會收縮,讓晶狀體變凸以便聚焦也就是進(jìn)行調(diào)節(jié)。需要說明的是,這兩個動作是聯(lián)動的。
但是,對于傳統(tǒng) 3D 屏幕來說,無論影像看起來是近還是遠(yuǎn),你的眼睛始終聚焦在屏幕本身的平面上。這種輻輳和調(diào)節(jié)的信號沖突,會讓大腦非常困惑,從而引發(fā)疲勞和眩暈。
EyeReal 則通過多層屏幕和精確的光線控制,能夠模擬出不同深度的真實焦距。當(dāng)你觀看近處的虛擬物體,眼睛就需要對焦;當(dāng)你觀看遠(yuǎn)處的虛擬物體,就需要放松眼睛。這完全符合我們觀看真實世界的習(xí)慣,因此可以極大地減輕視覺疲勞。
其二,它解決了瞳距不匹配的問題。
每個人兩眼之間的距離也就是瞳距都是不一樣的。以前的裸眼 3D 屏幕有預(yù)設(shè)的最佳觀看點位,如果你的瞳距與之不符,就會看到重影非常難受。而 EyeReal 是以動態(tài)形式工作的,它通過攝像頭能夠獲悉你的精確瞳距,然后可以為你生成合成的影像。
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(來源:https://www.nature.com/articles/s41586-025-09752-y#)
尾聲:從屏幕魔法到世界之窗
EyeReal 只是一個起點,研究團(tuán)隊還在繼續(xù)構(gòu)想它的未來:
一方面,其希望實現(xiàn)多人同時觀看。當(dāng)前的 EyeReal 可服務(wù)于一位用戶。未來,通過時分復(fù)用或定向背光等技術(shù),它可以讓圍坐在屏幕前的一家人都能看到屬于自己的、正確的立體圖形;
另一方面,其希望實現(xiàn)更大的尺寸和更高的效率。結(jié)合更先進(jìn)的 mini-LED 背光和技術(shù),未來的屏幕可以做得像整個墻面那么大,亮度和色彩也會更加驚艷;
最后,其將與交互進(jìn)行結(jié)合,通過使用手勢識別技術(shù)和力反饋技術(shù),人們將不僅能看到立體影像,還能觸摸并移動影像,實現(xiàn)真正的隔空操作。未來,客廳墻壁就是一整塊屏幕,當(dāng)你需要時,它可以變?yōu)橥ㄏ蛉魏蔚貐^(qū)的傳送門,也許是熱帶雨林、也許是海底深淵、也許是火星表面。
1965 年,美國科學(xué)家、“虛擬現(xiàn)實之父”伊萬·薩瑟蘭(Ivan Sutherland)提出了終極顯示的概念:一個無法與真實世界區(qū)分的虛擬世界。在過去,這只是一個瘋狂的夢想。但在今天,像 EyeReal 這樣的技術(shù)正在一步步地將這個夢想變?yōu)楝F(xiàn)實。
這群來自中國的科學(xué)家用他們的智慧找到了一條在現(xiàn)有物理規(guī)律下鉆空子的巧妙路徑,把不可能變?yōu)榱丝赡埽臀覀兊膶W(xué)習(xí)、娛樂和生活有著緊密聯(lián)系,期待有一天 EyeReal 能夠真正走進(jìn)你我生活之中。
參考資料:
https://www.nature.com/articles/s41586-025-09752-y
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