裸眼3D辨识

我们所处的物理世界是一个三维的空间，人类在进化的过程中发展出了与环境相适应的基于双目成像的视觉感知体系，实现了对三维世界中物体的立体空间感知。但电影、电视、计算机显示器、LED屏等媒介，都是以二维平面为载体，以影像的形式显示真实或虚构的物体。无论画面的明暗关系、透视关系如何逼真地模拟物理世界，都难以给人立体空间的视觉体验，与观看物理世界中的真实对象存在明显的差距。通过VR头盔、偏光眼镜等方式，能让人获得3D立体的视觉感受，因佩戴头盔的不适感、3D影院的特殊环境要求，都限制了其应用推广和用户观看体验。因此，裸眼3D便成为人们所追求的目标。

裸眼3D是指不佩戴任何辅助设备便可感受到三维立体空间效果的技术，已被写入《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》之中。正是由于人们对裸眼3D的美好憧憬，也正由于其发展不够成熟、缺乏足够的共识基础，裸眼3D的概念有被滥用的嫌疑。本文就多面屏、旋转LED条、裸眼3D显示屏等常见的裸眼3D形式，针对各自特点进行分析阐述，以期助力于有关常识性共识的形成。

多面屏形式裸眼3D

近年来，多面屏形式裸眼3D在一些商圈被使用并广受欢迎。此种裸眼3D是将不在同一平面上、相互连接的两块或多块LED屏作为一个整体，跨屏显示一个内容，是目前比较流行的一种裸眼3D形式。针对多面屏的空间物理结构，围绕立体空间感的营造，可以归纳出以下几种裸眼3D模式。

第一种模式，突出显示屏的立体空间布局。多面屏在结构上凸显空间立体特征，通常屏间两两相互垂直，不同屏在空间中有显著的位置和朝向差异，从而营造出显示载体在真实环境中的空间感。在内容设计上，可以结合显示载体特征，利用屏体的空间关系，设计虚拟对象跨越多个显示屏，或虚拟对象在屏间来回穿梭等形式，借助对显示屏作为物理实体在真实空间的认知经验，以屏体为参照，引导观众直觉性地认为在其上显示的虚拟内容，存在于屏体构成的三维空间之中，从而产生3D立体错觉。

第二种模式，显示屏与环境空间融合。通常显示屏安装在楼宇外墙，占据外墙一部分。由于屏体与外墙之间在材质、色彩、造型、结构等方面都存在明显的差别，观众在观看显示屏上播放的内容时，会本能地以显示屏周围真实环境为参照，较难产生3D立体感觉。因此，将外墙造型结构等设计成屏体的适当“外延”，与屏体实现无缝衔接，同时使屏体显示的内容从造型到色彩与墙体接近，消除显示屏与外墙的边界，从而将显示屏隐藏于墙体之中。这样，在观众未察觉屏体存在的情况下，营造出“破墙”而出等出人意料的震撼效果，实现虚拟与现实的融合。但这种方法通常会受到建筑外墙的固有结构、材质以及成本等条件的限制，而难以消除建筑外墙与屏体的边界。此外，屏体结构材料的限制，也使得屏体与墙体外观达成一致有难度。在无法将屏体融入墙体的情况下，可以通过画面设计将部分屏体伪装成“墙体”，给人以真实环境的错觉，从而为表现虚拟对象位于“墙体”前面的空间效果创造条件。

第三种模式，结合真实环境营造特定立体显示实体。利用真实环境中显示屏的空间关系，构造由显示屏组成的为观众熟知的物理实体，如将分别位于两面相互垂直的墙上，以直角相连接的两块屏幕，设计成镶嵌在楼层间的玻璃橱柜或透明玻璃幕墙，赋予显示屏以玻璃橱柜等其他物理实体形式。观众根据对玻璃橱柜或幕墙的先验知识，容易将屏幕显示的内容解读为透过玻璃看到的楼内或橱柜内景象。在借助屏体外部结构强化3D空间感的同时，应特别注意屏幕显示的楼内或橱柜内空间结构与外部结构之间的呼应。如屏幕显示的楼内天花吊顶、橱柜的顶面及内侧面等，要与外部环境相协调，符合透视和遮挡关系。屏内、屏外的浑然一体，可以使观众产生位于同一3D空间的感觉，从而营造出屏内画面的空间感和立体感。

突出显示介质作为物理实体的非平面化空间立体结构，并将其设计成周围环境的一个实体，弱化对显示屏固有认知的联系，使观众潜意识里将对显示实体空间感知迁移到对屏上显示内容的解读，从而形成立体空间错觉，这是多面屏形式裸眼3D的重要特征。但这种视觉体验对观看角度有限制，仅在与视觉内容拍摄角度接近的位置，虚拟对象与屏体及周围环境才符合透视、遮挡关系，才能形成空间立体感觉。

旋转LED条式裸眼3D

旋转LED条式裸眼3D通常为单根直线LED条，围绕中心高速旋转（类似风扇），形成一个圆形的显示平面，LED条根据旋转过程中所在的位置显示与之对应的图像内容。这种方式经常用于营造飞鸟、蝴蝶在空中飞舞或鲜花盛开等情景，可以给观众以虚拟对象悬浮在真实三维空间的视觉体验。

旋转LED条构成视觉图像具有与其他媒介成像形式不同的特点：构成图像显示平面的每个空间位置没有固定的与之对应的物理显示介质存在（而普通LED屏每个位置都有固定的发光体，即LED灯珠）。对于旋转中心位于LED条一端的情况，在LED条旋转产生的显示平面上，每个同心圆的圆周上所有图像像素共享一个发光介质，只在LED条旋转到该位置时显示该像素色彩，其他时间该位置为空，人眼接收到的是来自LED条后面的环境背景的光线。当旋转到该位置的像素为黑色，LED不发光，人眼主观上感受到的就是大部分时间呈现的背景对象，而不是只在很短时间内呈现的不发光的LED介质，感觉不到显示介质的存在；当旋转到该位置的像素为亮色，LED发光，在该位置形成的闪光重复刺激人眼，由于视觉融合现象的存在，当闪光频率增至一定程度时，在主观上产生连续光感的现象，因此人眼就看到了LED呈现的物体。这样有物体的地方就呈现物体，没有物体的地方是透明的，可以看见后面的环境对象，实现了物体悬浮在空中的视觉效果。

LED条高速旋转隐藏了显示介质的物理存在，在感知不到存在显示介质的情况下，对虚拟物体的感知将会摆脱2D显示平面的束缚，拓展到整个3D空间之中，不再以显示介质为参照，产生与传统建立在矩形显示区域上的完全不同的认知。其消除了虚拟影像与2D显示介质的联系，突破了显示介质对虚拟对象感知的束缚，模糊了虚实之间的边界，将虚拟内容融合到实际的3D世界之中。

裸眼3D显示屏

裸眼3D显示屏与3D影院实现立体显示方式类似。3D影院特点在于：银幕上显示了交错排列的左右两个视角的画面，裸眼观看时会有明显的重影，需要佩戴偏光眼镜，使左右眼只看见对应的画面。裸眼3D显示屏的显示方式，相当于将偏光眼镜从观众的鼻梁上移到了屏幕前面，安装在屏幕前面的“眼镜”即光栅，光栅与屏幕结合在一起就构成了裸眼3D显示屏。通过光栅控制人眼接收到的光线，从而使每只眼睛只能看见显示屏上的部分画面。由于左右眼看见的画面存在一定的差异，通常称之为视差，根据视差的不同，形成虚拟物体偏离屏幕的感觉，产生出屏或入屏的空间立体效果。

裸眼3D显示屏对观看位置有较为严格的限制，只有站在合适的位置，才能使左右眼分别看到对应视角的画面内容，产生站在拍摄位置所能感受到的空间立体视觉体验。合适的观看位置取决于光栅的参数和屏幕大小等因素。偏离合适位置，导致一只眼睛看见多个视角的画面，会产生重影现象。

裸眼3D显示屏特征在于使人们在裸眼情况下，左右眼分别看到不同视角的图像，模拟了左右眼在真实世界中看见3D物体时的成像情况，左右眼所看到图像之间的视差使人感受到虚拟对象脱离了显示介质所在平面，存在于三维空间之中，既可以位于显示平面的里面，也可以在显示平面的外面，与显示介质所在的平面没有直接联系。由于构成虚拟对象的每个像素可以有不同的视差，使得虚拟对象本身不再是一个2D的图像，而是有了体积感和空间感的3D对象。

裸眼3D意味着不通过外部设备对视野和输入信息施加限制，与VR头盔等相比，这是一种非沉浸式的视觉体验方式。进入视野的是虚实混合的视觉信息，既有通过显示介质呈现的虚拟内容，也包括显示媒介在内的真实物理世界构成的环境。因此，观众的认知基点会以真实物理世界为参照系，将虚拟对象置于真实环境之中进行信息加工。首先，显示虚拟对象的屏幕等作为一个物理世界中的实体，在物理世界中有固定的空间位置，附着在其上的虚拟对象的空间位置随之而定。其次，无论是已有认知经验还是即时视觉双目深度感知，都会感受到屏幕等显示介质是三维空间中的一个没有深度的二维平面，一旦意识到虚拟对象存在于二维平面之中，其缺乏深度的特点将被强化。因此，在当下还没有成熟的3D空间成像介质的技术条件下，如何从视觉体验产生的心理、神经机制角度，打破虚拟对象与2D显示介质之间的认知联系，使两者脱钩，是裸眼3D设计的突破口。虚拟对象脱离了与显示介质的位置锚定，摆脱了显示介质2D平面的束缚，虚拟对象在3D空间的位置就可以有不同的解读，就有可能产生出屏、入屏的立体视觉体验。

（作者单位：北京工业大学艺术设计学院）