裸眼3D技術(shù)，引領(lǐng)視覺盛宴新潮流

張晗

隨著科技的不斷發(fā)展，電影行業(yè)不斷提高現(xiàn)代人的口味，將3D技術(shù)應(yīng)用到了電影中，制作出了立體電影，這使人們在觀看電影的過程中猶如身臨其境，感受到前所未有的真實(shí)感與震撼力，唯一美中不足的是觀看3D電影需要戴眼鏡，否則就享受不到立體電影的魅力所在。如何打破這一瓶頸，開發(fā)裸眼3D技術(shù)成為了備受社會各界關(guān)注的科研話題。

科技攻關(guān)，追求卓越

畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，目前擔(dān)任南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授的梁發(fā)云，在第一次體驗(yàn)立體電影時就發(fā)現(xiàn)了戴鏡觀影的不便，便萌發(fā)了破解裸眼立體技術(shù)的想法。經(jīng)過艱苦卓絕的反復(fù)實(shí)驗(yàn)攻關(guān)，他帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)在裸眼3D技術(shù)、機(jī)器人立體視覺交互技術(shù)等領(lǐng)域做出了出色的成績，獲多項(xiàng)科技成果獎，并承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、省部級科技項(xiàng)目的研究工作。

艱難起步，敢為人先。在2002年梁發(fā)云攻讀博士學(xué)位期間，“裸眼立體顯示技術(shù)研究”正式立項(xiàng)，梁發(fā)云也順勢開始了對裸眼3D技術(shù)難題的研究。十幾年如一日，他始終堅(jiān)信，想要建立我國在3D技術(shù)上的主導(dǎo)地位，必須在關(guān)鍵技術(shù)、行業(yè)核心技術(shù)上走自主研發(fā)的可持續(xù)發(fā)展道路，于是他帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)潛心研究，不斷打破裸眼3D技術(shù)瓶頸，成為國內(nèi)該領(lǐng)域研究的先行者。

梁發(fā)云的研究并未從最初使他萌發(fā)想法的3D電影開始，而是首先從飛行員訓(xùn)練的角度出發(fā)的。因?yàn)轱w行員上天前通常要進(jìn)行模擬訓(xùn)練，模擬訓(xùn)練所使用的屏幕是立體三維才能達(dá)到與上空時同樣的場景，才能使飛行員在駕駛訓(xùn)練時可以清晰地觀察到飛機(jī)行進(jìn)的實(shí)況圖。“為了更加逼近真實(shí)感覺，減輕飛行員負(fù)擔(dān)，免去戴眼鏡帶來的麻煩，裸眼體驗(yàn)立體空間的真實(shí)性顯得迫在眉睫?！绷喊l(fā)云稱。

在進(jìn)行研究前，由于國內(nèi)在這個方向上的研究還基本上是空白，公開的資料和文獻(xiàn)都非常稀少，導(dǎo)致梁發(fā)云的整個科研團(tuán)隊(duì)根本不知道從何下手，通過什么樣的方法來達(dá)到真實(shí)場景的顯示？它的機(jī)理是什么？都無從知曉。但是在強(qiáng)烈的使命感驅(qū)使下，他們必須持之以恒地進(jìn)行科研攻關(guān)。

由于當(dāng)時可供參考的文獻(xiàn)基本來自國外，梁發(fā)云為了搜集和翻閱國外的相關(guān)研究資料，為自己的科研項(xiàng)目尋求突破口，在開始課題研究的前幾個月基本上是一手摘錄筆記，一手翻英漢詞典。

裸眼3D技術(shù)需在機(jī)構(gòu)、電子、光學(xué)三個領(lǐng)域的有機(jī)集成，光學(xué)機(jī)理最為關(guān)鍵。利用光學(xué)技術(shù)將光學(xué)差分板固定在液晶顯示屏的前面（或后面）構(gòu)成前置式與后置式的裸眼3D液晶屏，裸眼3D液晶屏使用TFT LCD作為圖像顯示單元，左右眼圖像分別顯示在奇列和偶列構(gòu)成的亞屏幕上，其光學(xué)差分組件改變圖像顯示單元上的左右眼圖像傳輸光線，在觀看區(qū)域會聚后形成左右眼獨(dú)立視區(qū)，雙眼接收到各自獨(dú)立的互不干擾的圖像，從而獲得立體視覺效果，這是實(shí)現(xiàn)裸眼技術(shù)的關(guān)鍵所在。

攻克關(guān)鍵技術(shù)，初戰(zhàn)告捷

科研攻關(guān)，必須抓住關(guān)鍵點(diǎn)。梁發(fā)云通過長期思考，認(rèn)為裸眼3D技術(shù)關(guān)鍵在于控制光線走向，設(shè)計(jì)光路圖。按照圖像分離原理，通過仿真，經(jīng)過無數(shù)次嘗試，他終于通過編程尋優(yōu)獲得了可實(shí)現(xiàn)雙視圖分離的光路圖。這意味著研究的最大難題基本攻克。光路圖的正確與否需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，因此必須尋找有實(shí)力的光學(xué)儀器廠生產(chǎn)光學(xué)元件，復(fù)原光路圖。為了尋找元件加工單位，他不辭辛勞，跑遍了全國各大城市，考察了多家光學(xué)儀器廠，經(jīng)過深思熟慮，最終與深圳的光學(xué)儀器廠達(dá)成合作。

2003年11月，國內(nèi)第一臺裸眼立體顯示器樣機(jī)終于正式誕生，屏幕大小為15英寸，外觀看起來就象普通的液晶顯示器，通過演示，樣機(jī)基本達(dá)到裸眼立體的效果，為裸眼3D技術(shù)的發(fā)展打開了艱難的一頁。

樣機(jī)研制成功了，但是其質(zhì)量是否能達(dá)到滿意的效果呢？梁發(fā)云的研究工作重心開始轉(zhuǎn)向了技術(shù)質(zhì)量評價方法的研究。當(dāng)時，政府計(jì)量部門還沒有對裸眼3D設(shè)備技術(shù)質(zhì)量進(jìn)行測試的裝備，學(xué)術(shù)界也沒有涉足此項(xiàng)研究的案例。梁發(fā)云與課題組成員只能嘗試自己攻關(guān)，經(jīng)過反復(fù)推敲，在使用CCD相機(jī)來測試眼睛觀看3D顯示器時獲得的圖像上找到了突破口。他們設(shè)計(jì)了能在亞屏幕上顯示測試圖案的軟件和CCD傳感器定位裝置，傳感器在顯示器前方的空間里密集移位拍照，亞屏幕上的目標(biāo)圖案被完整記錄下來。經(jīng)過對幾百張圖片進(jìn)行分析，終于有了重大發(fā)現(xiàn)，有些照片里只有一個清晰的亞屏幕測試圖案，而另一個亞屏幕測試圖案非常暗淡。又經(jīng)過反復(fù)調(diào)試和實(shí)驗(yàn)，課題組終于獲得了裸眼3D顯示器技術(shù)質(zhì)量評價的重要測試方法，提出了“立體度”和“獨(dú)立視區(qū)”來描述該技術(shù)的技術(shù)質(zhì)量，從而攻克了裸眼3D顯示這種新型顯示技術(shù)發(fā)展的重要瓶頸問題。

目前，裸眼立體技術(shù)的關(guān)鍵部分已經(jīng)完滿解決，該技術(shù)的主要創(chuàng)新點(diǎn)可以總結(jié)為提出了亞屏幕和獨(dú)立視區(qū)的概念，完善了裸眼3D技術(shù)的光學(xué)機(jī)理研究；提出了立體度參數(shù)評價方法，為裸眼3D顯示器的技術(shù)質(zhì)量評價提供了一種有效的測試手段；提出了基于眼睛跟蹤的自動多視點(diǎn)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法，提高了亞屏幕圖像的分辨率。為我國裸眼3D技術(shù)的進(jìn)一步研究打下了科研基礎(chǔ)。

就這項(xiàng)研究，梁發(fā)云共發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇，并申請了多項(xiàng)專利，獲得數(shù)項(xiàng)江西省高?？萍汲晒?。2012年12月16日在江西省教育部門組織召開的“裸眼3D技術(shù)理論及應(yīng)用研究”科技成果鑒定會上，對該項(xiàng)研究的鑒定結(jié)論為“項(xiàng)目研究內(nèi)容及成果豐富，創(chuàng)新性明顯，在裸眼3D技術(shù)參數(shù)評價方法和自動多視點(diǎn)技術(shù)研究方面達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價值?！边@些都是對他個人及其科研成果的充分肯定。

實(shí)踐應(yīng)用，打造全新的視覺沖擊

每一項(xiàng)科研成果都是為實(shí)踐應(yīng)用鋪路的，因?yàn)橹挥袑⒖蒲谐晒D(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，才能創(chuàng)造更大的價值。裸眼3D顯示器的研究成功只是梁發(fā)云研究工作的開始，更艱難的課題是裸眼3D顯示器的普及應(yīng)用。比如擴(kuò)大應(yīng)用范圍使之在不同的領(lǐng)域發(fā)揮作用。完善裸眼立體顯示器的產(chǎn)品化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步研究不同尺寸屏幕下的裸眼3D技術(shù)以及嘗試裸眼立體技術(shù)的不同實(shí)現(xiàn)方法等等。怎樣才能讓自己的科研成果更好的為國家和人民創(chuàng)造價值，成為了梁發(fā)云和他的課題組的又一新課題。

付出總是有回報的，多年的兢兢業(yè)業(yè)，換來了碩果累累，梁發(fā)云的研究團(tuán)隊(duì)在裸眼立體技術(shù)基礎(chǔ)理論及定標(biāo)模型和應(yīng)用研究、裸眼3D液晶屏組件成套技術(shù)研究開發(fā)、基于光學(xué)差分技術(shù)的自適應(yīng)裸眼3D顯示產(chǎn)品等項(xiàng)目上都取得了突破性的進(jìn)展。研究成果中的一些主要創(chuàng)新點(diǎn)，即亞屏幕和獨(dú)立視區(qū)的概念、立體度參數(shù)評價方法、裸眼3D顯示器視覺特性測量、自動多視點(diǎn)技術(shù)等，更是讓國內(nèi)外專家側(cè)目，受到業(yè)界專家學(xué)者的關(guān)注。

2010年4月，梁發(fā)云毅然組建了南昌興亞光電科技發(fā)展有限公司，專注于裸眼3D技術(shù)產(chǎn)品的研制與開發(fā)。隨著科技的發(fā)展，3D技術(shù)已經(jīng)逐漸深入到了普通民眾的生活。他順應(yīng)時代的潮流，將裸眼 3D技術(shù)廣泛應(yīng)用于臺式計(jì)算機(jī)顯示器、筆記本計(jì)算機(jī)顯示器、3D廣告機(jī)、移動3D電視、手機(jī)、平板電腦等領(lǐng)域，給人們帶來了不一樣的視覺沖擊，具有巨大的市場價值，有專家預(yù)言：“裸眼3D技術(shù)將引領(lǐng)一場前所未有的科技革命和產(chǎn)業(yè)革命?！?/p>

產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，拓展未來視野

在市場經(jīng)濟(jì)體制下，最前沿的科研成果必將對經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到巨大的推動作用。于是在目前產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和倡導(dǎo)實(shí)體經(jīng)濟(jì)建設(shè)大背景下，梁發(fā)云果敢嘗試，在取得了一些科研成果之后，毅然將目標(biāo)投向了科技產(chǎn)業(yè)化。他組建的科技公司就是他將裸眼3D技術(shù)產(chǎn)品推廣并將其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最好的平臺。

梁發(fā)云準(zhǔn)確把握市場脈搏，瞄準(zhǔn)裸眼3D產(chǎn)品的市場前景，在公司發(fā)展的最初階段，他們試制了17英寸產(chǎn)品并進(jìn)行了小批量試用，用戶反映3D效果明顯。這讓他更加信心滿滿，不斷加快了公司的產(chǎn)業(yè)化步伐。根據(jù)市場調(diào)查，他們得出小尺寸裸眼3D系統(tǒng)應(yīng)用面廣、經(jīng)濟(jì)價值更高的結(jié)論，于是公司不斷致力于開發(fā)10英寸以下小尺寸產(chǎn)品，以裸眼3D屏為基礎(chǔ)，開發(fā)嵌入式電路系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，在ARM高頻芯片上組建平板電腦系統(tǒng)及應(yīng)用系統(tǒng)，研制裸眼3D視覺傳感器以及圖像視頻播放軟件。這也受到社會各界的廣泛關(guān)注，并已經(jīng)得到科技部中小企業(yè)創(chuàng)新基金支持，融資支持裸眼3D產(chǎn)品批量生產(chǎn)，給公司帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益的同時，也帶來了極大的社會效益，推動了我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的加速發(fā)展。

公司還不斷嘗試將裸眼3D技術(shù)應(yīng)用于更加廣泛的領(lǐng)域，包括車載系統(tǒng)、智能小區(qū)門禁系統(tǒng)等，并取得了很好的效果。2013年國慶期間，裸眼3D技術(shù)應(yīng)用到了天安門廣場“大花籃”的搭建之中，業(yè)內(nèi)有專家認(rèn)為，這意味著需要專業(yè)輔助器才可實(shí)現(xiàn)的3D技術(shù)即將被裸眼3D技術(shù)取代，更標(biāo)志著我國裸眼3D技術(shù)研究取得了重大突破。梁發(fā)云介紹說：從專業(yè)技術(shù)角度來說，裸眼式3D可分為光屏障式柱狀透鏡技術(shù)和指向光源，其最大的優(yōu)勢便是擺脫了眼鏡的束縛，但是分辨率、可視角度和可視距離等方面存在不足。不過，經(jīng)過多年的研究，裸眼3D技術(shù)的弊端已經(jīng)基本被解決。

對于裸眼3D技術(shù)的未來發(fā)展方向，梁發(fā)云認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)裸眼3D技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展是未來的必然趨勢，裸眼3D技術(shù)未來可廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域。裸眼3D技術(shù)是影像行業(yè)的最新、最前沿的高新技術(shù)，它的出現(xiàn)和發(fā)展改變了傳統(tǒng)平面圖像給人們的視覺疲憊，也是圖像制作領(lǐng)域的一場技術(shù)革命，是一次質(zhì)的變化，在未來有著廣闊的前景。

目前，裸眼3D已經(jīng)在一些電子產(chǎn)品覆蓋的主要領(lǐng)域鋪開，已上市的裸眼3D產(chǎn)品主要有裸眼3D手機(jī)、裸眼3D電視、裸眼3D筆記本，裸眼3D攝像機(jī)等等。同時，梁發(fā)云也表示，要實(shí)現(xiàn)裸眼3D技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，目前還需深入研究3D圖像處理技術(shù)、3D傳感器技術(shù)、3D視覺交互技術(shù)以及3D視覺測量技術(shù)及其精度理論。他也將帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)繼續(xù)攻關(guān)，繼續(xù)走在裸眼3D技術(shù)及產(chǎn)品研究開發(fā)的前沿。

披荊斬棘，勇攀高峰

作為工學(xué)博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，梁發(fā)云桃李天下，將自己多年的科研知識、經(jīng)驗(yàn)和成果傳授給了熱愛科研的新一代。作為科研人員他嘔心瀝血，專注于裸眼3D技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、智能化儀器儀表的研究，為祖國的科研事業(yè)做出了突出貢獻(xiàn)。他先后在國營企業(yè)、船舶重工集團(tuán)研究所、高新技術(shù)企業(yè)任職。主持及參與多項(xiàng)研究課題，主持江西省教育廳一般科技項(xiàng)目一項(xiàng)、重點(diǎn)項(xiàng)目一項(xiàng)（裸眼立體技術(shù)基礎(chǔ)理論及定標(biāo)模型和應(yīng)用研究）、重大產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目一項(xiàng)（裸眼3D液晶屏組件成套技術(shù)研究開發(fā)），主持中小企業(yè)科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目。他研究的“裸眼3D技術(shù)理論及研究”獲得了高等學(xué)?？萍汲晒?。

對于未來，梁發(fā)云執(zhí)著追求，他將繼續(xù)行走在科研的道路上，不斷耕耘，不斷收獲。

裸眼3D技術(shù)必將為人類帶來前所未有的視覺盛宴，成為未來顯示設(shè)備的主流標(biāo)準(zhǔn)。它在中國的成功開發(fā)與應(yīng)用，開啟了福澤未來的產(chǎn)業(yè)變革。穿越技術(shù)瓶頸，縱橫科技天地，呈現(xiàn)在人們面前的是歷經(jīng)風(fēng)雨后的碧海藍(lán)天，抒寫了這位高知學(xué)者不平凡的人生，預(yù)示著他更加輝煌的未來。梁發(fā)云懷著對科研事業(yè)的熱愛和對祖國培育之情的感恩，繼續(xù)攀登高峰，為“中國夢”的實(shí)現(xiàn)奉獻(xiàn)終身。