视觉是人类获得信息的主要方法之一，占人类感官获得所有信息的80%左右。显示技术是终端为用户提供视觉体验的重点技术，是通信传输内容的要紧呈现方法，并对互联网的承载能力和业务特质产生较大的影响。裸眼3D技术是一种不需要借用辅助设施为用户提供三维视觉体验的显示技术，是终端从二维向三维演进的要紧技术路线，已有多款裸眼3D手机、Pad生产上市。与传统2D显示相比，裸眼3D显示不只提高了用户用的沉浸感和冲击感，而且无头戴式设施等存在的负重感强、续航时间受限问题，用户可轻松获得裸眼三维视觉体验。除此之外，裸眼3D技术因其深度信息丰富、沉浸体验强烈的特征，可结合其他技术发展3D观影、直播、通话、会议等多种场景和应用。

1、什么是裸眼3D技术？

裸眼3D（Glasses-Free 3D）目前业界并无完全统一标准的概念。一般而言，广义的裸眼3D涵盖所有不借用外部工具达成三维立体视觉成效的技术，譬如借助折角屏幕搭配内容特效制造3D体验的成都春熙路裸眼3D大屏、借助半透半反膜投影结合舞台设计形成的2013周杰伦演唱邓丽君3D影像等；狭义的裸眼3D则特指基于双目视差原理，通过向双目投送不同图像达成裸眼三维立体成效的技术，譬如中兴Nubia系列Pad和手机等。本文出于技术进步和业内共识考虑，使用狭义的裸眼3D定义作为概念。该概念中的双目视差原理借助人类左右眼输入对应视差图像时大脑会合成三维体验的机制达成三维成效。所谓视差图像，可理解为人类两只双眼（成人双眼瞳孔平均间距为65mm）从不一样的方位察看同一物体，获得的左右两幅存在微小不同的目的物体二维图像。

裸眼3D技术通过内容与显示软硬件技术的配合，可以达成富有冲击感、沉浸式的视觉成效，具备三维立体感强、空间信息丰富的特征。裸眼3D技术与智能媒体互联网、数字人、AI生成内容（人工智能GC）等技术融合，可带来沉浸、虚实融合的体验，打破屏幕内外的次元壁，赋能教育、游戏、娱乐、通话等一系列场景，塑造面向将来的沉浸式业务体系推进产业向3D年代格局演进。比如，医学范围可以达成远程手术培训，大夫可以在沉浸式环境中与专家进行互动，提高医疗专业技能；教育方面，学生可以通过裸眼3D全方位体验历史事件，使学习变得更为生动有趣。除此之外，裸眼3D也将推进娱乐行业的革新，裸眼3D游戏、体育赛事将变得愈加引人入胜，吸引观众更深度参与内容，创造出更为身临其境的娱乐体验。这一技术的广泛应用将在社交互联网中促进大家愈加紧密地连接，无论身处何地，都可以共享更为丰富和有趣的体验。

裸眼3D技术不仅能够带来超越二维的沉浸式立体视觉体验，同时因其特殊的技术原理、数据格式具备海量场景应用潜力，有望为用户带来新的体验推进业务由二维向三维升级。裸眼3D技术具备以下特征：

①三维体验突出：裸眼3D可对目的用户左右眼分别投送不一样的图像从而模拟人类视觉产生三维影像，与单一画面投送的2D相比可带来冲击感强烈的沉浸式体验。除此之外，丰富的空间信息为三维模型等虚拟内容的接入和展示提供了天然的便利条件。

②用本钱低：本钱低包括佩带负担低和硬件达成本钱低两方面。第一，裸眼3D用户不需要佩带其他辅助设施，没VR等头戴设施因电池、显示计算设施重量致使的用户佩带不适感，并且相对头戴设施因其屏幕离得远远的眼球故而不容易产生视觉辐辏调节引发的晕动症。第二，裸眼3D显示相对现行的2D显示，硬件分光可通过增加一层光栅膜的方法支持光线的投射，膜片本钱可控且边际效应明显。除此之外，类似手机贴膜的外贴柱状透镜膜片升级方法渐渐成熟，不需要更换设施即可支持现有2D终端的裸眼3D升级。第三，裸眼3D支持对2D显示的兼容。通过对内容和编码方法进行调整，可完成2D/3D显示的热切换。

③软硬件系统协同：裸眼3D的达成需要硬件分光、软件编码渲染和3D内容的系统协作达成。作为业内常用3D内容格式，SBS（Side-By-Side）格式特征是将左右视点两路数据合并为单路传输，譬如将左右视点图像水平拼接为SBS格式图像。3D内容第一经过软件的编码渲染形成光栅数据，之后通过显示硬件对目的进行分光和投射产生3D视觉成效。

④高流量带宽：裸眼3D的成效达成需要3D内容的配合，该种类内容因同时包括左、右眼视图，所需分辨率相对同层次2D成效分辨率更高。因此，对于同一素材，裸眼3D内容传输带宽和流量需要约为2D内容的1.5～3倍，对于运营商的业务营收具备明显的带动价值。

⑤内生人工智能：裸眼3D所需3D内容包括左右眼两个视角的图像信息，直接采集需要双路设施工作且设施间距具备必须要求，这对于现有高集成、小型化设施而言很难达成。因此需要通过人工智能技术将采集的单视图2D信息转换为双视图的3D信息。除此之外，虚拟3D内容需要巨大，若使用人工设计建模方法生产，其本钱很昂贵，不能满足业务进步，需要引入人工智能智能化智能生成技术，迅速形成大量、优质的3D内容。

2、裸眼3D技术原理

裸眼3D技术通过对SBS（Side-by-Side）内容进行渲染处置后，向目的用户左右眼分别投送不同视图从而形成3D成效。裸眼3D技术的核心是3D编码算法和光栅硬件，分别负责对SBS内容进行光栅化编码和后续分光投送，两者协同工作形成三维成效。整体步骤为：裸眼3D系统获得到SBS内容后，3D编码算法第一通过辨别定位算法获得目的用户双目地方，结合该地方信息、光栅硬件参数等对SBS内容进行编码形成光栅化数据。之后由光栅硬件根据编码数据分布对其进行分光，控制光线向不同地方进行投射，从而使得对应图像进入目的用户左眼和右眼形成3D视觉体验（图1）。

图1 裸眼3D技术原理示意图

依据光栅硬件达成办法不同，现在裸眼3D产业上主要有光屏障、柱状透镜和指向光源三类具体技术达成路线：

①光屏障技术：其原理是通过遮挡光线达成将不同视点的信息分别投影到左右眼的地方（图2）。其优势是简单易达成本钱低，缺点是光栅不透明挡光致使整体亮度降低比较厉害。现在产业上用此技术的一般用液晶电子光栅，通过控制液晶通过/遮挡光线可以达成2D/3D的无损切换。产业界因其亮度低的缺点现在用较少。

图2 光屏障技术原理示意图

②柱状透镜技术：其原理是使用微纳的柱透镜结构折射光线达成对左右眼的的分光成效（图3）。其优势是亮度损失低本钱低（物理柱晶光栅），缺点是2D显示会存在肯定的锯齿成效（物理柱晶光栅）。现在产业上达成柱状透镜分为两种方法：物理柱晶光栅和液晶透镜。其中液晶透镜是用液晶来形成曲度可调节的柱状透镜，这样不只保留柱晶光栅的优点且可无损的切换2D/3D成效，但缺点是本钱相对高。整体而言，目前产业上柱状透镜的路线使用较多。

图3 柱状透镜技术原理示意图

③指向光源技术：其原理是增加一层指向性背光，配合迅速反应的LCD面板和驱动办法，让3D内容以排序方法进入观看者的左右眼互换影像产生视差（图4）。其优势是亮度高、可无损切换2D/3D成效，劣势是因为额外多了一层背光致使设施厚度大且本钱高。目前产业中，部分企业使用指向性背光技术设计制造裸眼3D设施。

图4 指向光源技术原理示意图

3、裸眼3D技术应用场景

①裸眼3D直播：基于2D转3D平台的实时转码能力，通过普通单目摄像头采集2D图像并编码传输，经过平台转码形成SBS格式3D内容，发送至具备裸眼3D显示能力的终端完成定位、编码和分光投射后为用户呈现3D成效。裸眼3D直播不需要升级采集端设施，即可为用户提供实时、沉浸式的裸眼3D直播体验。咪咕公司在24年6月的欧洲杯直播中初次用裸眼3D直播，并在7月的巴黎奥运会直播中进一步优化升级。

图5 裸眼3D奥运会直播

②裸眼3D观影：将制作或者转制生成的SBS视频存储在云端或者终端，当用户发出点播指令时进行传输、解码和终端的渲染显示后为用户提供3D体验。裸眼3D观影为用户提供了新的视频观看体验，其沉浸性强、冲击感强烈的特征与记录、动作、科幻等多类型型视频具备高度的契合性。咪咕视频爱看版已上线裸眼3D视频专区，用户通过裸眼3D专用设施就可观看预制好的3D视频源。

图6 裸眼3D视频

③裸眼3D通信：裸眼3D通信包含彩铃、点亮屏幕等视频播放类业务和实时3D通话业务。3D视频彩铃、点亮屏幕可以带来具备视觉冲击成效的业务体验，有效彰显彩铃、点亮屏幕在广告和个性化展示方面的商品特质。裸眼3D通话基于VoLTE/VoNR视频通话，整理高性能2D转3D等技术达成为用户带来沉浸式三维通话新体验，为通话业务拓展新场景提供了空间。

图7 裸眼3D彩铃和通话

4、结束语

裸眼3D通过软件、硬件和内容的系统配合完成左右眼图像的准确投送和响应控制，借助双目视差形成三维视觉。基于裸眼3D技术，用户不需要佩带额外设施即可获得3D成效，带来新颖的冲击性和沉浸感体验。因为目前常见使用的光栅硬件仅能在肯定角度范围内同时分光投送一对左右眼图像，且精度存在不足，裸眼3D仍面临仅支持单人用、视角受限、虚影等问题。但伴随裸眼3D有关技术的不断进步，这类问题都将逐步得到解决和优化。可以预见，裸眼3D将在直播、观影、通话、游戏、会议等海量场景逐步推广应用。伴随裸眼3D的大规模应用，其高带宽流量、内生人工智能等特质将大幅拉动互联网流量和算力资源需要增长，成为驱动互联网演进进步的新动力。

单位：中国移动研究院

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