《三體》中“宇宙為你閃爍”的科幻場景，如今正通過一項名為EyeReal的新型顯示技術(shù)走進(jìn)現(xiàn)實。這項無需佩戴眼鏡即可實現(xiàn)裸眼3D效果的技術(shù)，近日登上國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》，其核心突破在于通過計算光學(xué)與人工智能的深度融合，解決了傳統(tǒng)裸眼3D設(shè)備在屏幕尺寸、觀看視角與畫質(zhì)之間的矛盾。

EyeReal的硬件構(gòu)成顛覆了傳統(tǒng)設(shè)計，采用三層平行放置的TFT-LCD液晶面板，層間距約3厘米，配合背部白光LED光源與正交偏振片。系統(tǒng)未使用微透鏡陣列或空間光調(diào)制器等復(fù)雜光學(xué)元件，而是通過輕量級全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（FCN）驅(qū)動光學(xué)調(diào)制與圖像合成。該網(wǎng)絡(luò)基于U-Net架構(gòu)，通過下采樣、上采樣模塊與跳躍連接，在保證全局結(jié)構(gòu)捕捉的同時保留高頻細(xì)節(jié)。

技術(shù)突破的關(guān)鍵在于動態(tài)空間-帶寬積（SBP）利用策略。傳統(tǒng)裸眼3D技術(shù)受限于SBP的物理常數(shù)，屏幕尺寸與觀看視角往往此消彼長。EyeReal通過傳感器實時鎖定觀察者眼球位置，將有限的光學(xué)信息精準(zhǔn)投射至雙眼注視區(qū)域。例如，當(dāng)用戶移動頭部時，系統(tǒng)會利用物理精確的雙目幾何建模系統(tǒng)，將雙眼視為兩臺針孔相機(jī)，計算出6D姿態(tài)矩陣（位置與朝向），從而在光場與視網(wǎng)膜間建立精確對應(yīng)關(guān)系。

為應(yīng)對人眼位置與角度的動態(tài)變化，研究團(tuán)隊提出“眼球幾何編碼”技術(shù)。該技術(shù)基于逆向透視變換原理，將視網(wǎng)膜上的目標(biāo)圖像反向投影至屏幕平面，生成標(biāo)準(zhǔn)化扭曲圖像。這種處理方式使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)無需重復(fù)學(xué)習(xí)幾何關(guān)系，即可適應(yīng)不同視角變化。AI模型接收歸一化圖像后，通過復(fù)雜逆向渲染任務(wù)，計算出三層液晶面板上每個像素的相位數(shù)值，最終利用馬呂斯定律對偏振光進(jìn)行調(diào)制——光線穿過所有層級后的亮度取決于相位總和的正弦平方，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)亮度控制。

在立體顯示效果上，EyeReal實現(xiàn)了真正的“全視差”顯示，支持水平、垂直與徑向三個維度的觀察。當(dāng)用戶靠近屏幕時，畫面中的物體會呈現(xiàn)符合物理規(guī)律的幾何透視變化。其獨(dú)創(chuàng)的“聚焦視差”功能可模擬人眼景深效果：注視前景時背景自動模糊，反之亦然。這種設(shè)計有效解決了輻輳調(diào)節(jié)沖突（VAC），即傳統(tǒng)3D設(shè)備導(dǎo)致的頭暈惡心問題，使長時間觀看成為可能。

盡管實現(xiàn)復(fù)雜效果，EyeReal仍保持了1920×1080的高清分辨率與超過50Hz的刷新率，足以支撐實時動態(tài)內(nèi)容。其有效3D成像面積達(dá)0.1至0.2平方米，較傳統(tǒng)全息技術(shù)（通常僅厘米級）擴(kuò)大1000倍。為消除重影并確保左右眼畫面純凈，AI訓(xùn)練中引入“互斥損失”算法，通過物理層面約束光線傳播路徑，使左眼信息在右眼視角下完全不可見，反之亦然，從而自動抵消信號串?dāng)_。

該研究由復(fù)旦大學(xué)、上海人工智能實驗室與上海創(chuàng)智學(xué)院聯(lián)合完成。第一作者馬煒杰為26歲在讀博士生，研究方向涵蓋計算機(jī)視覺、虛擬現(xiàn)實與科學(xué)人工智能。其導(dǎo)師歐陽萬里（香港中文大學(xué)教授、上海AI Lab任職）與鐘翰森（上海創(chuàng)智學(xué)院全時導(dǎo)師）為論文通訊作者，北航Zhangrui Zhao與浙江大學(xué)博士生趙燦宇亦參與研究。完整論文已發(fā)表于《自然》期刊。