将图像直接投射到视网膜上的3D眼镜来了！剑桥大学与华为慕尼黑团队在3D显示又取得最新进展

近期，剑桥大学初大平团队联合华为慕尼黑研究中心的工程师们，构建了一种新的3D显示解决方案，克服了通常3D设备引起的“恶心、视疲劳、用户不能准确估算深度”等问题。采用随时聚焦显示的方式，使得它的计算机数据处理速度比通常的全息3D展示快了三个数量级。该研究以Accommodation-Free Head Mounted Display with Comfortable 3D Perception and an Enlarged Eye-box为题发表在Research上（DOI: 10.34133/2019/9273723）。

视频：随着摄像机焦点从30厘米连续调节到2米，在恒清显示原型机中观察到的DNA结构图像始终保持清晰可见

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三维（3D）图像的逼真显示是很具有挑战性的。大多数3D显示基于双目视差原理，通过对每只眼睛呈现不同的图像，使大脑误以为看到了3D效果，但是大脑可以通过很多其他的线索来探测深度，比如看清物体所需的焦点数量（调焦）。因此，基于双目视差原理的3D显示会给用户呈现相矛盾的深度线索信息，从而引起恶心、视疲劳、用户不能准确估算深度等问题。在利用全息图和光场显示之类可抑制视觉线索矛盾的其他显示技术时，针对每张图片都需要进行海量信息的处理，给现代计算机造成很大压力。

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剑桥大学的科学家们联合华为慕尼黑研究中心的工程师们，基于150多年前英国物理学家麦克斯韦提出的原理构建了一种3D显示解决方案，克服了通常3D设备引起的“恶心、视疲劳、用户不能准确估算深度”等问题。该方案把每一个像素转化为一个薄型完全平行的光束，将其投映到用户的视网膜上，这样无论用户聚焦到哪里，都有可能保证所产生的图像总是清晰的。这是因为像素光束太薄，几乎完全不受人眼晶状体的影响。由于是随时聚焦显示，它所要求的信息率是每眼每帧只有一个图像，和常规的立体显示一样，现代计算机容易处理，因此比全息3D展示快了三个数量级。

研究者们创建了一个增强现实显示的原型演示，并使用多个分束器简单有效地扩大了可视窗口，使用户能透过它看到叠加在真实世界的3D图像。原型机视场为36.5°，相当于看1米距离的电脑显示器。目前已有50多位志愿者试戴了原型机，受试者普遍对3D图像感觉舒适，没有恶心、晕眩等症状。

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目前，研究者们正在研究随时聚焦显示的其他好处，例如，尝试把这项技术应用到滑雪和摩托骑行的头盔显示器上。当前的设备装备下，摩托车驾驶员以时速70英里骑行的时候，低头看一眼时速表的时间内就可以驶出100多米，这项技术有望直接应用在头盔显示器上。更重要的是，这种技术可以将现实世界的图像与虚拟物体一起捕捉并呈现，使视力有缺陷的人也能获得他们之前不可能看清楚的信息。

本文展示的原型机针对日常使用还显得庞大笨重，但研究者们已经在打造第二代产品，它不仅同时拥有两倍的视场，还会如一副眼镜那样小巧轻盈。

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初大平教授现任英国剑桥大学光电子与传感器组教授、主任，剑桥大学工程系先进光电与电子研究中心主任，英国物理学会会士（Fellow），英国物理学会特聘物理学家（Chartered Physicist）和英国工程技术学会会士（Fellow）。

初大平教授的主要研究领域包括高亮度多稳态反射彩色显示器件、应用于投影、照明和电信的全息空间光调制器、夹层电活性金属箔和灵活/可印刷电子技术，在相关领域取得了卓越的成就，在国际学术界享有很高的学术地位。

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