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戴琼海:未来10年,裸眼三维显示将获得大发展
时间:2019-11-22    评论:0
    来源:电子科学技术

    3D电影的普及、VR/AR 终端的炙热,让普通大众体验到三维显示带来的上佳的视听感受。这些视听感受,目前还需要借助眼镜、头盔等辅助设备来实现。裸眼三维显示则不需要任何辅助设备,就能让消费者观看到与真实物理世界一般无二的视觉场景,带来视听感受体验的极大提升。作为下一代显示技术发展的热门方向之一,裸眼三维显示还不为大众所熟知。它的发展进度如何?能带来怎样的改变?未来将以何种形式进入普通老百姓的日常生活?带着这些疑问,《电子科学技术》记者特别采访中国工程院院士、清华大学教授戴琼海,就这些热点进行分析解答,以飨读者。

    裸眼三维是显示技术追求的方向

    记者:您非常关注裸眼三维显示的发展。据了解,裸眼三维显示目前在显示行业还没有成为主流技术,您认为我们发展裸眼三维显示的意义是什么?

    戴琼海:三维显示是视觉信息呈现的核心要素之一,相比传统二维平面显示更能体现物理世界的真实情况,也更符合人类视觉系统对周围环境的观看习惯,有更好的感知效果,是显示设备的必然形态。

戴琼海:中国工程院院士、清华大学教授

    凡是畅想未来的科幻影视作品中,都展示了大量各种形态的三维显示场景,尤其是不需要任何辅助设备的裸眼三维显示技术,让人印象深刻。毋庸置疑,裸眼三维是显示技术持续追求的方向。从发展裸眼三维显示角度,关键技术的突破需要综合电子、材料、计算机、通信、人因工程、先进制造等多个学科领域,核心成果的应用会带动电子信息、影视传媒、消费娱乐、教育培训、设计制造等产业的协同发展,具有重要的科学价值、社会价值和经济价值。

    记者:由于应用领域广泛、用途多种多样,显示产品品类繁多,应用到的新型显示技术流派也较多。在您看来,裸眼三维显示和其他主流技术是什么关系?我们应如何认识裸眼三维显示?

    戴琼海:与眼镜式三维显示、VR/AR近眼显示技术相比,裸眼三维显示技术的最大特点就是无需任何助视设备,观看更方便,但在沉浸式三维显示上是共性互通的,在基础理论、核心算法、工程技术上有众多交叉重合。当前,量产裸眼三维显示产品是基于平板显示与分像光栅结构结合,观看者在特定区域和视角才能形成合适的立体影像,在诸多应用领域内与眼镜式三维显示将相互补充,长期共存。未来,裸眼三维显示结合多层平面显示、光场显示技术,可以提高视点分辨率、扩大3D视角和景深范围、增强3D效果、改善观看舒适度,那时候裸眼三维显示技术才有望真正替代现有各类助视三维显示技术。

    我国裸眼三维显示技术国际领先

    记者:目前裸眼三维显示技术发展到什么阶段?中国在此领域处于什么位置?有哪些优势和劣势?

    戴琼海:从上世纪90年代中后期发明表面光栅技术以来,裸眼三维显示技术的发展已经超过20年。第一个“十年”,以飞利浦等企业为代表,诞生了各种三维光栅技术,但受制于平板显示分辨率和光栅工艺等因素,第一代裸眼三维显示产品的实际效果并不尽如人意。第二个“十年”,是自2010年以来,随着平面高清显示技术的逐渐成熟和三维显示产业整体推进,裸眼三维显示技术进入了高速发展期。在此期间,中国涌现了一批技术先进、特色鲜明的研究团队和企业,分别从光栅工艺、整机设计、信号处理、编码传输、人因工程等角度出发,优化了成像范围、视点切换、三维串扰等关键指标,提升裸眼三维显示产品的观看效果,并大幅降低了整机成本。

    国内裸眼三维显示在技术落地程度、产业化水平、行业标准和市场应用等方面,都处于国际先进的位置,但技术路线、核心工艺、产品形态缺乏本质突破。随着8K超高清影像技术的逐渐成熟和计算单元性能的大幅提升,研究机构和产业公司都在思考突破平面显示形态、克服单眼聚焦-双眼汇聚矛盾的可行方案,实现接近人眼习惯的“真三维”技术。通过国内研究机构和行业企业在新型显示核心材料和关键工艺、计算摄像学、感知科学等技术领域的跨越式协同发展,我国裸眼三维显示技术也迎来了新的发展机会,市场领先优势会更明显。

    光场和智能技术助推裸眼三维显示发展

    记者:请您谈一谈,在诸多裸眼三维显示技术的发展方向中,您认为比较有前景的一些技术是什么?

    戴琼海:不论是哪种技术路线,能够真实展示客观世界,同时满足健康舒适的三维视觉感受,始终是裸眼三维显示技术最核心的要素。满足这两个标准的裸眼三维显示技术就有两个特点:一是具备光场属性,二是具备智能属性。一方面,光场技术最根本的出发点就是高维全光函数,这是对物理世界最理想最完整的表达形式,也最能真实还原复杂世界的技术方式。研究机构已经能够实现超高分辨率、宽视场、大景深、多光谱的动态光场采集与信号处理,并能在多层平板显示器件上初步模拟光场显示效果。另一方面,结合计算成像算法的高性能信号处理单元,可以根据观看条件、人因习惯进行适应性调整,还能适当补偿显示硬件的性能局限,对影像信号进行适当降维和压缩,降低了产品开发的难度和成本,具有重要的现实意义和产业价值。

    期待消费电子领域的裸眼三维显示应用

    记者:裸眼三维显示技术已经发展了一段时间,在教育、医疗等领域有了一些应用。请您谈一下,在这些应用领域中,裸眼三维显示技术发挥了哪些作用?以目前的技术应用看,解决了哪些问题?

    戴琼海:裸眼三维显示技术不需要助视设备的特点,对场地、人群和专业应用场景有更大的灵活度,所以有很多典型的应用案例。在医疗领域,外科手术场景的三维空间信息是指导手术医生进行精细化手术的关键。裸眼三维显示和外科手术已经有很好的结合,比如在微创胸外科手术中,医生无需额外佩戴眼镜,就可以获得精准的手术区域解剖结构三维毗邻关系,提高了复杂手术的质量和效率。进一步地还可以应用到远程医疗中,缓解医疗资源不均衡的社会问题。同样,裸眼三维显示在科博展览与商业传媒领域,可以在机场、旅游景点等人流量大的公共场所投放单屏110英寸的3D-LCD设备,在较大的空间和可视范围内让人们随时随地方便感受三维影像效果。在教育培训、个人消费电子领域,裸眼三维显示技术也呈现了个性化、多样化的应用,吸引了产业和资本的浓厚兴趣。

    记者:未来,裸眼三维显示技术在哪些应用领域会有更大的发展?

    戴琼海:裸眼三维显示技术在诞生初期,与商业展示领域的应用结合最先落地,并持续升级。目前,裸眼三维显示技术还在教育和医疗等专业领域的应用落地发展较快;在个人消费电子领域,裸眼三维显示技术在移动终端上的应用也在积极储备,液晶控制二维三维可切换的原型产品已经完成,可以贴合在手机表面的高精度光栅膜已经可以量产,更通用的应用场景也在积极探索。未来10年,裸眼三维显示技术将在产业整体推进的基础上获得更大的发展。随着三维内容制作技术、图形渲染技术发展,终端设备三维显示底层系统设计理念的升级,以及内容规模等产业化基础提升,裸眼三维显示在个人消费电子领域的应用值得期待。

    存在基础研究和产业生态两大短板

    记者:请您谈一下,现在我国发展裸眼三维显示的主要短板是什么? 

    戴琼海:当前阶段,裸眼三维显示技术的发展同样面临了基础技术研究和产业生态两个方面的短板。基础技术研究方面,基于平板显示器件实现的裸眼三维显示存在众多难以跨越的技术鸿沟,只有完整重现三维场景的光场才能实现真正的裸眼三维显示成像。要在计算成像的基础理论上研究三维显示技术的关键技术,完成核心器件研制,突破平面显示形态,实现裸眼三维显示。同时,和任何一个新型显示技术一样,裸眼三维显示的发展与产业整体生态的发展是相辅相成的,只有三维内容和应用场景的联动发展才能推动裸眼三维显示的快速发展。未来,借助5G网络、云计算技术应用的带动,依托产业龙头统一技术标准,部署云端渲染、内容转换、分发应用等平台,可以减少内容和应用端的工作量,提高资源的利用效率,降低终端商用的成本,使整个裸眼三维显示产业良性协调发展。

    记者:如何促进解决裸眼三维显示技术面临的问题?您有哪些建议?

    戴琼海:推动裸眼三维显示技术的发展,需要从基础研究、关键技术研发、内容制作分发、器件与设备制造到应用开发整个产业链条的共同发力。目前我国裸眼三维显示方面技术的发展处于世界前列,建议研究机构和产业要突破传统平面思维,加强裸眼三维显示基础核心器件的研发;建议国家做好产业的顶层设计,制定政策引导裸眼三维显示产业生态的健康协同发展。

标签:裸眼全息
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