复旦26岁博士生以独立一作身份在Nature发表研究成果

北京时间11月27日，复旦大学计算与智能创新学院26岁的二年级博士研究生马炜杰以独立一作身份在Nature发表研究成果。该成果横跨三维计算机视觉、计算机图形学、显示光学三个领域，聚焦裸眼3D技术，首次实现桌面级显示尺寸下超宽范围的全视差裸眼3D显示，打破该领域几十年来大尺寸与宽视角“鱼与熊掌不可兼得”的局面。

马炜杰本科就读于郑州大学电子信息类中的通信工程专业，大二时，他进入学校的服务机器人实验室参与项目研究，和同伴组队参加机器人世界杯大赛并多次斩获冠军。

本科毕业后，马炜杰赴香港中文大学（深圳）攻读计算机与信息工程专业研究型硕士。一个偶然机会，他到浙江大学计算机辅助设计与图形系统全国重点实验室（原浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室）访问，走上了研究三维计算机视觉这条路。

如何解释他的研究成果呢？

人类想要看到理想的画面，希望尺寸大、视角宽、最好视差也是全的。在这次发表的成果中，马炜杰提出了一种主动式的动态最优利用有限信息预算的解决方案，把有限的光学信息精准地投放到最为关键的双眼周围区域。他解释，传统的裸眼3D技术是对有限信息预算的被动折中，以至于难以看到兼具大尺寸和宽视角的3D图像。

论文所提出的全新信息利用方案示意图，相比以前一众传统思路，能实现大尺寸下的无缝超宽范围视角支持

“如果以建造泳池为例，三维显示的信息预算就相当于泳池的水量，想实现人在任何位置都能肆意游动，那么这个泳池要又长（尺寸大）又宽（视角广）。”但是，现有物理条件下可用的“水量”有限，因此，如何分配预算成为问题的关键。

当前的裸眼3D技术要么牺牲尺寸，将全部预算用于提供宽广连续的视角，但是显示屏会被极限压缩，不适合日常观看；要么牺牲视角，将预算分配到所有可能的观看方向，但只能保证一个固定、狭窄的观看区域有较好的效果，观看受限。

在这篇文章中，马炜杰提供了一个截然不同的思路，打破了“必须尽可能灌满整个泳池”的传统思维。“就像游泳者，需要的只是周身那一汪清水。”基于此，他提出了一种主动式的动态最优分配方案，其核心思想就像一个永远追随游泳者的“智能移动浪花”，实时将显示屏有限的信息资源精确地投射到双眼所在的微小区域。“眼睛到哪里，信息就跟到哪里。对观看者本人来说，他感受到的就是一片广阔、连续、完整的‘水域’，可以在其中自由移动。”

做到这一点，离不开物理精确的双目建模和人工智能的结合。通过精确建模双眼在真实世界中的视锥场，准确捕捉双眼在任意位置和角度上接收到的光强，同时辅以人工智能进行计算，即时优化最佳的光场输出，以确保双眼在移动时也能看到连续、自然的运动视差。

这种动态优化有限信息预算的利用思路，首次让大尺寸、宽视角、高分辨率和实时刷新率在现有的物理限制下达成了“和解”，为下一代裸眼3D显示器提供了一个实用且通用的科学范式。

对于项目未来，马炜杰希望以裸眼3D技术的研究为起点，打造一个沉浸式、可交互兼具的3D内容输出窗口，应用于数字娱乐和智慧教育、医疗等领域。

文章被接收后，马炜杰在自己的社交账号上发了一条博文，小小地“火”了一下。那篇博文最后，马炜杰引用了今年诺贝尔化学奖得主北川进的话激励自己，也是这篇文章背后的真实写照：“不是跟风做热门，而是像前辈一样去探索科学的源头。”

原标题：《复旦26岁博士生以独立一作身份在Nature发表研究成果》

栏目编辑：陆梓华

本文作者：新民晚报 张炯强

图片来源：复旦大学