裸眼3D显示技术的应用探讨

裸眼3D显示技术的应用探讨

朱华林

上海风语筑文化科技股份有限公司  上海 200436

摘要：随着时代的不断进步，各种科技发展迅速的大前提下，对于裸眼3D显示技术的应用前景和领域日益广阔。文章针对裸眼3D显示技术，着重探讨了在光屏障、柱状透镜等核心的裸眼3D的主要技术做出了简要分析，并且也探讨了此项技术在屏幕显示、医疗、教育、培训、工业等诸多领域的相关应用做出了举例说明，同时也对未来的发展做出了展望。

关键词：裸眼3D显示技术；光屏障；应用

引言：

裸眼3D显示器科技由于体验感优、舒适感强等优点而得以迅速发展，并带动了多个应用领域的科技变革，前景将不可估量。根据此，本章重点就裸眼3D显示技术在学校教学、训练、医药、制造业等领域中的实际应用情况展开了探讨，并希望为裸眼3D显示技术在今后的应用方向上提供一些借鉴，进而进一步促进裸眼3D显示技术的发展。

一、裸眼3D技术

目前的裸眼3D科技，一般有：光学屏蔽科技、柱状镜片、等指向光源。

光屏障技术又可以称作是视差障删技术亦或者可称视觉差屏蔽技术，此种技术是来自于欧洲的研发试验的结果，德国一些有关领域的学者花费了很长的时间来进行研究这一项目，而光屏障3D技术则是由充分利用了LCD的液晶面板发光器件、偏振无关膜，以及高分子的液晶层构成。这是利用在左眼所见的图像直接将看到的图像呈现在投影屏幕上，再利用特殊材质制成的条纹状遮挡住有眼的视野，而右眼也是像左眼的操作相同，这种技术可以将左右眼所看到的图像分开，利用这一点观赏者就可以看到3D效果。光屏技术有一大优点就是成本，这一技术可以与LCD互相兼容，不需要新型显示器作为辅助，大大降低了成本。但在画面显示亮度方面也会有较大问题，如果显示器的亮度比较少，画面的清晰度就会因为显示器上播放影像的数量增多，而会反比例地产生减弱的效果。

柱状透镜技术是以LCD为平面使用，柱状透镜在焦平面上，每一个镜片显现的图像都会分为若干个子像素，透镜会向不同的方向方位发射不相同的子像素。当观赏者开始观看特定的屏幕时候，就可以观赏到不同子像素会叠加变成不相同的影像。这是因为我们的双眼是从不相同的角度来进行观赏，充分利用了柱透镜能把双眼的子像素的光再以不同角度分别折射回我们的双眼，角度的不同，所呈现的图像也会随之改变。和上述的光屏障技术相比，柱状透镜技术解决了光屏障技术亮度方面的缺陷，该技术的发展可以极大地满足人们日益增长的需求，解决了3D视频亮度不稳定的问题。但光屏障技术和柱状透镜技术有所不同，而且柱状透镜的显示子像素的部分比较复杂，经济支出也会随之增大，因此目前观众难以观赏到该技术的3D效果。

指向光源技术相对于前两种的3D技术，分辨率更高，透光率更好。相较于前面两者的3D技术效果，指向光源的优势更为显著，同时指向光源技术对于实际结构也有非常好的兼备性，不过该技术处于开发初期，指向光源技术对于现在而言还不够成熟，还有非常大的发展空间。眼前以现实领域进展来看，当局的发展重心在于裸眼3D技术和加强现实效果与虚拟现实的运用上还是有很大距离。据了解，该技术的最大缺陷是视角受到限制，以“多视点”为例，现在人们致力于开拓“多视点”，目的是让使用者在任何位置、任何角度都可以看到显示器的3D效果，但以目前的科学技术来看就难以实现[1]。

二、裸眼3D显示技术的应用

（一）裸眼3D在屏幕中的应用

随着现代科技的不断发展，裸眼3D技术已经应用于许多大城市，如成都太古里的裸眼3D屏，分辨率为8K，总面积为888平方米的裸眼3D巨幕450平方米，宇宙飞船在人们的头顶上盘旋，这是通过先进的裸眼3D技术呈现给人们。在上海一家大型的商场一个超大型隐藏触摸一体交互屏，充分利用了裸眼3D三维立体效果，民众可以更直接地体验，更快速地了解到裸眼3D领域，能让屏幕中的事物跟现实相互融合，虚构与现实在眼中相互结合给群众带来了更震撼更逼真的视觉冲击，引起观众的注意力，使广大观众产生强烈的好奇心。在体验过程中，趣味性能够让观众参与进该活动中，提高了观众的参与性，能够建立一个与消费者相互交流的良好体验。通过裸眼3D在屏幕中的应用使人们体验在互联网的世界，更好地学习了解屏幕后面的世界。简而言之，在商业模式下安装裸眼3D屏幕技术可以促使看似只能在屏幕里面的事物呈现在眼前，增强了人们对事物的了解，并且可以使人们欣赏虚拟现实和现实的深刻含义。

（二）裸眼3D技术在室内装潢中的应用

在建筑室内装潢注入裸眼3D技术，通过立体成像展示给观众，这一个过程可以充分调动观众的积极性和热情度，展现的信息更加准确、高效、清晰，让观众更好地获取信息，打破了原有展示效果，不再需要整体硬装的工作时间，大大节省了工程量，减少材料的使用，更加环保，也使室内空间的格局更容易变动。裸眼3D技术的加入，可以更好地突出主题，让观众和顾主的购买欲加倍[2]。裸眼3D技术的发展会给设计领域迎来越来越多丰硕的手段，更为多样化的形式，更加生动的成果，更为深切的兴趣。

（三）教育方面

（1）基础教育

与传统的2D图片教学比较，3D图像教学能够更加生动传神地表达出所讲述课程的内容，因而增强学生的学习注意力和课堂教学效果，使课堂效果和课堂氛围达到最佳状态。然而由于裸眼3D技术的诞生和广泛使用，同时也解决了近视或远视人群观看3D影像视频所产生的眩晕感和观看视野的局限性等诸多弊端。而生物地理的生物构造、地理地貌构造、物理化学的物质构造的诸多基本构造都可以将此项技术引入到一些科目的基础教学之中，通过使用裸眼3D显示技术能够让学习者对物体的基本结构与运作机理有更深入地认识，从而减轻了教学困难，并提高了学习者对基本原理以及所需要的知识的记忆与了解。

（2）实验教学

裸眼3D实验教学视频可以比普通二D视频更加真实地展示教学实验内容，进而缩短实验教学环境和现实的一些时间差，从而使得试验结果增强了教学说服力，增强了学习者的体验感受，让学生在学习过程中能够更加准确地了解实践技能，同时裸眼3D视频还可以进行重复使用，从而降低了费用。所以，对于仪器设备或是资料价格比较高昂的课堂实验，若是任课老师能够很好的利用相应的3D视频的方式在课堂中进行教学演示，不仅可以帮助学生进行更好地了解知识点，同时还节省了相应的成本和时间。而且，对于一些存在安全隐患的课堂教学实验，如果使用3D 显示技术可以有效地降低各种不确定的风险[3]。

（3）医学教育

在医学教育中，单纯通过教学照片或者二D教学录像，学习者是无法细致全面地认识身体和脏器的构造组成的。同时，经典的“师傅带徒弟”式临床学习方法受带教老师专业技术水平、教学场地条件等各种因素约束，教学效果会大打折扣。但是，如果老师在课堂上直接使用裸眼3D视频资料进行教育，学生如果能够直接地了解到人体和各种器官和病症的内部构造以及其内部的三维构造，同时也无需携带教学辅助工具，进而促进了老师和学生之间的进一步交流，这不仅增强了学生生科的积极性，同时也节约了教师准备教学模型的时长等因素，大大提高了教学进度和质量。另外，裸眼3D视频教辅资料也可以和图书馆进行结合，作为公用教学资源进而实现学生能够自由去查阅学习，当然，学校还可以建设专用的裸眼3D视频教学课堂，进行特殊教育。

（四）培训方面

课程通常以实际观摩教学的方式，但因为人眼视觉、场地等诸多条件制约，培训学生很难去完整的观察到实操的具体情况和细节部分，如果培训课堂中可以采取裸眼3D显示技术，把教学的实操流程制作为录像或网络直播，培训的学生可以利用3D影像投影实现从任何角度去观察一些细微之处，能够真正地实现教学课堂的身临其境，进而大大提升了学生的学习效果和教学质量。然而在一些微创手术的实操训练中，如果采用2D平面的手术操作影像资料无法让前来观摩的学生精准的去掌握切割位置和相应的病症信息。使用裸眼3D显示技术，能够把医生整体的手术过程通过3D立体影像完美的映射出来，使得前来培训的的学生能够通过观察3D影像掌握手术过程和相应的病症信息，继而完成教学。同时在培训的过程中还可以采取“互联网+裸眼3D显示技术”的方法，通过直播或是点播、录播等方式开展相应的培训训练，降低了人员过多、空间过于狭小和无菌手术室等原则的等对训练过程的相应的负面影响，还能够让更多基层地区医生和不同需求层面的病人得到平等共享的培训机会，从而有效缓解了医院资源分配不均的问题。与此同时，实训过程中学生还能够利用现场传输和拍摄的裸眼3D影片，从而达到可以足不出户地参观多个工厂或医院等实际场所的目标，既便于教师对实训过程学生进行管理，还可克服实训过程中地方遥远和社会经济条件限制等问题[4]。

（五）医疗方面

（1）诊断辅助

在医疗会诊和远程治疗过程中，所有医务人员都必须通过医疗影像技术来收集患者的有关信息，并以此对患者的疾病情况进行全面缜密的考虑与分析，以便于获取更准确地判断信息并制定治疗方案。所以，将医疗影像技术最大化地表现实物显示效果尤为重要。由于目前的医疗影像技术主要采用一般的二D平面显示器表现，对于疾病部位的表现力度较为欠缺，不能真正的将疾病表现出来，同样也不利于医务工作者从人体的各个角度去观察疾病，且易于误诊。而裸眼3D的表现技术可以把带有病患的部分通过三维构造具体的展现在医务人员面前，同时也可免去佩戴 3D眼镜的一些繁琐工作，更加便捷了相互间的交流。针对于远距离问诊，可以通过裸眼3D演示技术同现行流行的5G技术相结合的去配套使用，可以即时传送问诊视频，而3D立体效果又能够让每位主治医师都有身临其境的现场感，也便于医生进行检查，还可以大大提高大夫检查的准确度和效果。

（2）手术辅助

医师在实施做微创手术的过程中，需观看相应的医学影像去实时的了解人体内各器官的状况。由于2D影像很难让医师精准的掌握病人部位的定点切除和相应的处理，使得可能出现手术失败的概率。而裸眼3D显示技术的引入，可以利用其立体3D影像的投影，很好地展现出病患的病症信息，从而便于医师实施术后定位，或直达病人的病症出实时治疗，进而减少了不少手术过程中对其关键器官构造造成破坏，进而减少了手术时限，至此对手术中的精确度和成功性得到了大幅度提升，从而达到直接术后指导，同时也增加了医生观看的便捷性和舒适度。所以，运用裸眼3D显示技术开展的手术辅助工作尤其适合于口腔、腹腔、胃肠道等必须通过医疗影像进行操作的手术。

（3）治疗辅助

立体的3D影像技术可以让人完全沉浸在虚拟环境中，对人的认知和感受形成了特定的影响。所以，使用裸眼3D显示技术能够对某些受影响很大的病症加以诊断，如对精神疾病的检测与处理。精神障碍鉴别与治疗要根据身体检查结果以及具体的认知、情感、意志与行为的表现，部分精神科患者生活中的症状和常人无异，但在某些情景下接受的刺激也会引起精神病发，如强迫观念、狂躁症等。所以，人们可以使用裸眼3D显示技术虚拟情景，辅助对精神患者的检测与治疗。当然，也有许多疾病和躯体问题可利用裸眼3D显示技术制造情景来辅助诊断，如近视眼、术后恢复困难等[5]。

（六）工业方面

（1）机械维修

当高精深的仪表和装置受损时，维修师必须利用显微镜对其复杂而细致的构造加以修复。传统的显微镜只观察平面图形，对要求精确定位和诊断故障的维修不利。如使用裸眼3D显示屏幕来观看要维修的部位，立体而逼真的效果将更有利于故障的消除与诊断，从而大大提高了维修的效果，如纳米机器人的维修、机械手表的修理等。

（2）工作辅助

裸眼3D技术也可运用于3D内窥镜装置的开发中，不但可以通过对弯曲管道深处探测，直接观察无法直视到的部位，还可以在密闭空腔内通过观测结构与状况，进行远距离观测和控制，以便更精确地看到物体内部表面的实际情况。这一技术，可用于车辆、航空发动机、金属管材、机械零件等的研究设计与无损检验，还可广泛应用于建筑和制造业等。

（七）其他方面

在历史人文展示方面，如在博物馆、康养历史人文遗迹内利用裸眼3D科技表现内容，更能让遨游其间的人感受到历史人文的熏陶。在食品领域，利用裸眼3D菜单使顾客可以更直接、清晰地了解每道菜的大小与状态，从而提升消费者的体验感受。在人工智能方面，利用自动化机器人家庭医生也很有机会在未来普及。使用裸眼3D科技的机器人，能够借助互联网把病主人患者的具体情况传递给医务人员，而借助立体的影像，医务人员也可以更加精确地掌握到患者的身体状况，并以此确定护理方法，这也为行动不便的老年人们带来了方便，从而减少了路途奔波和住院排队的烦恼。在读书方面，通过裸眼3D展示的阅读器可以让读者在翻页时更有阅读纸质书籍的感受，同时读取器还可以根据老花眼或者近视眼情况自行调整文字模式，从而减少了戴眼镜的困扰。在健康方面，受天气约束者和喜爱在家运动的人都能够利用通过裸眼3D显示的健康教育视频，进行直播健康，他们还能够通过观看互相交流心得、相约运动时间。在穿着方面，只要将各种衣服颜色或者各个身材的人在穿戴上的运动效果的视频直接录入裸眼3D屏幕，消费者就能够按照衣服颜色或者身材比例的要求点击相应的视频实现3D立体观看，以便于更直接地理解衣服的运动功效。这样应用在不能试穿的服装商店，不仅节省了试衣间的安装空间，还可以引导消费者[6]。

另外，关于裸眼3D等显示科技在其他领域中的实际运用还有不少，这里就不一一赘述了，但也必然成为对未来人类社会发展必不可少的一种科技。

三、结束语

裸眼3D技术在许多的领域都有着不可忽视的发展潜力。但现时裸眼3D技术来还是有非常大的进步空间，裸眼3D技术需要跟上时代的步伐，不断追求创新和完善，将来的裸眼3D技术完全可以成为科技信息领域的一大主流产品。不管是在远程使用，或是在近处观测，裸眼3D显示技术都因其强大的优势，必将在教学、培训、医学、工业等应用领域中起到巨大的影响。不过，由于裸眼3D的显示技术目前清晰度较低、成本高昂，和视觉角度及间距过小的问题尚有待克服。由于科技的不断进步，在未来还必须冲破目前的瓶颈，以提升裸眼3D技术在人们日常生活中的广泛应用。

参考文献：

[1] 尤文圣, 农旭安, 陈佳梦. 浅析裸眼3D技术与应用[J]. 科学与信息化, 2021(17):1.

[2] 宋晓燕, 金佳斌, 黄火梅,等. 裸眼3D显示技术的应用探讨[J]. 科技创新与应用, 2021, 11(28):3.

[3] 孙冠国, 白国民. 裸眼3D光栅技术在地图编制中的应用研究[J]. 测绘地理信息, 2021, 46(1):4.

[4]宋晓燕,金佳斌,黄火梅,崔鑫儒,梁蔓竹,莫叶伶,梁德成.裸眼3D显示技术的应用探讨[J].科技创新与应用,2021,11(28):25-27

[5]郑民,范运嘉,李焜阳,刘兴宾,陈学浩,邓冬岩,王嘉辉,周建英.指向式背光裸眼3D显示的时空同步精准控制研究[J].电视技术,2021,45(09):27-33.

[6]乔文，周冯斌，陈林森.距离移动电子设备有多远？裸眼3D显示现状与展望[J].红外与激光工程，2020,49(03):54-65.

姓名：朱华林（1978-）性别：男 民族：汉 籍贯：安徽滁州 上海风语筑文化科技股份有限公司 本科  研究方向：数字化主题空间展示方案研发设计