桑新柱向记者展示“裸眼3D光场显示”设备，即不需要其他辅助器件，直接用肉眼就可观看悬浮于空中的3D物体。■本报记者 袁一雪看3D影像，眼镜、头盔等设备几乎是标配，因为现在的3D图像利用的是人两眼视觉差，必须佩戴相应的设备才能保证两个角度拍摄的影片呈现立体视觉。不过，近日，北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室教授桑新柱带领研究团队研发了“裸眼3D光场显示”设备，即不需要其他辅助器件，直接用肉眼就可观看悬浮于空中的3D物体。一次几乎“违背”物理规律的尝试在桑新柱的实验室，几台机器将不大的实验室装得满满当当。摆放在房间正中的机器前，一颗旋转的星球“飘浮”在空中，星球上环绕着英文字母，不一会儿球体变成了快速挥舞翅膀的蜂鸟，然后又幻化成正在飞翔的色彩斑斓的蝴蝶……如果用手触摸，会发现这些只是光影。更神奇的是，这些图像不会随着人的视角不同而发生突变，也就是说，在改变观看角度的情况下，人眼看到的都是3D图像。“目前图像距离屏幕约90厘米，在95厘米以外都可以观看，没有严格的距离限制。但因为现有设备显示尺寸还不足够大，所以最好在10米之内观看。观看角度则是正面约50度都可以。”桑新柱在接受《中国科学报》记者采访时说。在房间另一边的显示器上，一个立体的胸腔骨架中一颗心脏正规律地跳动着，与刚刚看到的球体不同的是，骨架的前方有一块透明面板挡在人与图像之间。不要小看这块透明面板，它上面遍布着控光器件。而类似的控光器件在第一台机器中却是隐藏在图像后黑色的机箱内。控光器件是桑新柱研究团队实现裸眼3D光场图像的核心部件，“人眼看到现实世界中的物体，是因为光照射到物体上产生了漫反射，漫反射后的光照进人眼，人眼就看到了3D影像。”桑新柱解释说，“我们所做的控光器件就是模拟现实的漫反射光分布让人眼看到3D影像。”“这种在空气中模拟光场分布实现3D显示的方法在很多业内专业人士眼中是违背物理规律的。”桑新柱说。一直以来，人们都在寻找一种途径作为光的介质让物体显现出来。比如大部分研究都利用水雾作为介质，光打到水雾上进而发生漫反射，人眼看到时就是立体图像的效果。今年1月，一篇发表在美国《自然》杂志上的论文就阐述了类似的研究：来自美国的研究人员研发了一种裸眼3D悬浮显示系统，通过激光控制扫描粒子，借由粒子让光产生散射然后产生图像。但是由于光源受设备所限，且高速粒子控制并不容易，所以显示的图像的分辨率还比较低，高分辨率图像动态的帧率比较低，目前显示图像只有厘米级大小。“我们的技术不依靠空气中的任何介质，直接在空气中就能显示立体图像。”桑新柱说。他们根据人眼的视觉特性及影像的悬空距离计算得到超精密光学微结构的面型和排布，再让在二维显示器发射出的携带3D信息的光线按照计算好的方向射入人眼，当空间光场中有无数光线沿着特定的“路径”穿插传播后，最终汇聚到达人眼中呈现的就是3D图像。而且，这样的显示效果远远超过通过介质的方式，这一点在实验室内展示的从十几厘米到几十厘米大小不等且清晰的3D图像就是最好的证明。30年的沉淀与积累机器设备虽多，但它们的成像原理并不相同。而这些成功的研究成果源自北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室三十年的坚持。2008年，桑新柱结束了在美国加州大学尔湾分校的博士后工作，回到母校北京邮电大学，与北京邮电大学信息光子学与光通信研究院教授徐大雄在同一间办公室。“我当时的主要研究方向是光电子器件和光通信，而且回到国内时，光通信还在蓬勃发展，光学显示却成了冷门。当时徐大雄老师曾向我感叹，他一直从事的全息显示研究只怕后继无人，会让其之前的努力付之东流。”桑新柱回忆说。如今，快10年过去了，桑新柱已经在三维显示领域实现了另一个学术高度。现在，桑新柱教授的研究团队已经与一些高端应用单位展开了合作，为他们订制3D光场显示系统。可以说，他们对于3D影像的掌控几乎到了炉火纯青的地步。“最近我们的学生做出了一套新的软件，它可以将目前市场上的影片直接转换为裸眼3D播放出来。”。而且，实验室内的样机，既可以做成3.6米宽、2.07米高的“庞然大物”，以保证其分辨率更高，显示图像更清晰，视觉冲击力更强；也可以做成犹如文件夹大小，放入包中，随用随取。“我要感谢我的团队和我的学生，他们的辛勤努力付出与创新才让我们这项技术在该领域领先一步。”桑新柱说。《中国科学报》 (2018-04-20 第3版 科普)}