長期以來，在顯示技術領域存在著一個公認的物理瓶頸：裸眼3D顯示的大尺寸與超寬連續視角難以兼得。

近日，上海人工智能實驗室聯合復旦大學等機構成功研發了新一代裸眼3D顯示系統書生·瞳真EyeReal，攻克這一難題。

新民晚報記者了解到，通過AI深度學習算法進行實時計算，EyeReal將有限的顯示資源精確地傳遞至觀看者的雙眼，從而實現裸眼3D，并大幅提升觀看體驗。該技術完全兼容消費級液晶面板，無需復雜的光學元件或特制硬件，首次實現了在桌面級顯示尺寸內，超過100度超寬視場角、包含全部視差類型（水平、垂直、徑向、連續與焦點）的實時三維顯示。

國際頂級學術期刊《自然》（Nature）正刊發表該成果相關論文并評價其為“光學信息運用的全新范式”。

論文《Glasses-free 3D Display with Ultrawide Viewing Range Using Deep Learning》一作為上海AI實驗室與復旦大學聯合培養博士生

數十年的信息瓶頸，大尺寸與寬視角不可兼得

人類生活在三維世界中，也一直在探索將數字世界三維化。當前，虛擬現實（VR）技術雖能構建立體視覺效果，卻需以頭部佩戴的物理束縛為代價。

相比之下，更貼合人類感知習慣的技術形態是裸眼3D：無需借助任何外接設備，通過雙眼就能從屏幕中獲得如“真實窗口”般的沉浸式體驗。

要實現這一目標，顯示器必須要重構一個物體的完整光場，即模擬其向所有方向發出的光線。但這在現實中幾乎不可能實現，因為重構完整光場需要海量光信息作為支撐，其規模堪比天文數字，而現代光學顯示系統的信息傳輸能力，即“信息預算”，卻存在著極大的局限性。

在預算有限的情況下，傳統技術陷入了“拆東墻補西墻”困境中。代表路線之一的數字全息顯示雖然能提供極高的視角和畫質，但不得不將顯示尺寸極致壓縮，往往僅有指甲蓋大小；另一種代表路線多視圖自動立體顯示雖然能做大尺寸，但只能將有限的信息“被動廣播”到空間中的預設方向。盡管這些路線的工作不斷被優化，但只要遵循“被動光場調制”的傳統路徑，就無法跳出這一物理定律的制約，這種信息浪費帶來了顯示尺寸和可視角度之間的嚴重制約。

如何以有限的物理帶寬，構建出人眼感知上無限逼真且大尺寸的3D光場，成為橫亙在科學家面前的一座高峰。數十年來，國內外諸多頂尖科研均在提升顯示尺寸或可視角度等方面進行探索，并發布相關科研成果。但仍然沒有跳脫出傳統方法的框架，無法實現兩者兼顧、協同提升。

用AI計算“最優光場”，驅動3D顯示范式革命

上海AI實驗室聯合科研團隊另辟蹊徑，給出了一種全新的解決思路：與其被動浪費信息，不如用AI計算主動管理信息。EyeReal系統采取“光場生成建模+神經網絡解碼”的融合式技術路線，既遵循客觀規律，又結合人工智能高效計算優勢，從而實現實時、高質量的三維圖像重建。

光場生成建模階段，EyeReal通過傳感器采集到的關鍵點信息定位觀察者眼位，構建“人眼—光場”坐標系，在屏幕與觀看者雙眼之間建立精確的幾何模型；神經網絡解碼階段，科研團隊設計了專用的輕量化卷積神經網絡（CNN），實現在0.02秒內快速計算出如何通過多層液晶屏的像素排列組合，在空間中精準發射出僅針對當前觀察者雙眼位置的“最優光場”。

這一“最優光場”的篩選過程，若采用傳統算法，必然面臨計算量指數級激增的技術困境。而AI憑借強大的非線性擬合與智能推理能力，成功將這一高復雜度計算過程提速至實時響應水平。AI算法已不再是簡單的圖像插值工具，而是成為光學顯示系統的“智能大腦”，通過對光線傳播路徑的主動調度與精準把控，讓每一份“信息預算”都實現效能最大化。

值得一提的是，憑借AI強大的分層光場優化能力，EyeReal可以在人類雙眼周圍構建一個連續、真實的物理光場區域，這跟為追蹤精確點位而定制畫面的方式有本質區別，從根本上避免了傳統3D顯示常見的因瞳距失配而產生的眩暈不適感。

桌面尺寸下的革命性體驗，讓高品質裸眼3D“觸手可及”

在物理顯示端，EyeReal采用結構極簡的三層液晶顯示器堆疊架構，整套硬件系統無需額外復雜光學器件，但其性能指標遠超傳統技術。

EyeReal原型設計示意圖

新民晚報記者獲悉，EyeReal實現前所未有的100度超寬視場角，觀看者可在更廣泛的范圍內自由移動；提供連續、全視差的3D體驗，無論觀看者上下、左右、前后移動，都能看到正確的運動視差，并支持人眼自然聚焦反應；實現1920x1080的高分辨率，刷新率超過每秒50幀，畫面流暢自然。

上海AI實驗室表示：EyeReal首次證明了以計算為中心的方法可以克服顯示領域長久以來的物理局限性，打破了領域幾十年來大尺寸與寬視角“魚與熊掌不可兼得”的局面。這一創新，讓低成本商品級硬件實現高保真裸眼3D體驗成為現實，有望為虛擬現實、協作式3D設計、教育和文化娛樂等領域帶來突破性變革。

“當傳統硬件升級觸及性能天花板、物理資源難以突破時，通過引入AI技術不僅可以充分挖掘出傳統硬件系統中被忽視的潛力，還有可能有效攻克傳統解析方法無法處理的復雜系統問題，為基礎科研中‘硬件瓶頸制約創新’的普遍難題，提供了可復用的技術范式。”研發人員表示。

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原標題：《零穿戴、超廣角、高保真！AI驅動，上海科研團隊實現“真·裸眼3D”！》

欄目編輯：馬丹

本文作者：新民晚報 郜陽

上海AI實驗室