《三体》中“宇宙为你闪烁”的科幻场景，如今正通过一项名为EyeReal的新型显示技术走进现实。这项无需佩戴眼镜即可实现裸眼3D效果的技术，近日登上国际顶级学术期刊《自然》，其核心突破在于通过计算光学与人工智能的深度融合，解决了传统裸眼3D设备在屏幕尺寸、观看视角与画质之间的矛盾。
EyeReal的硬件构成颠覆了传统设计，采用三层平行放置的TFT-LCD液晶面板，层间距约3厘米，配合背部白光LED光源与正交偏振片。系统未使用微透镜阵列或空间光调制器等复杂光学元件，而是通过轻量级全卷积神经网络（FCN）驱动光学调制与图像合成。该网络基于U-Net架构，通过下采样、上采样模块与跳跃连接，在保证全局结构捕捉的同时保留高频细节。
技术突破的关键在于动态空间-带宽积（SBP）利用策略。传统裸眼3D技术受限于SBP的物理常数，屏幕尺寸与观看视角往往此消彼长。EyeReal通过传感器实时锁定观察者眼球位置，将有限的光学信息精准投射至双眼注视区域。例如，当用户移动头部时，系统会利用物理精确的双目几何建模系统，将双眼视为两台针孔相机，计算出6D姿态矩阵（位置与朝向），从而在光场与视网膜间建立精确对应关系。
为应对人眼位置与角度的动态变化，研究团队提出“眼球几何编码”技术。该技术基于逆向透视变换原理，将视网膜上的目标图像反向投影至屏幕平面，生成标准化扭曲图像。这种处理方式使神经网络无需重复学习几何关系，即可适应不同视角变化。AI模型接收归一化图像后，通过复杂逆向渲染任务，计算出三层液晶面板上每个像素的相位数值，最终利用马吕斯定律对偏振光进行调制——光线穿过所有层级后的亮度取决于相位总和的正弦平方，从而实现精准亮度控制。
在立体显示效果上，EyeReal实现了真正的“全视差”显示，支持水平、垂直与径向三个维度的观察。当用户靠近屏幕时，画面中的物体会呈现符合物理规律的几何透视变化。其独创的“聚焦视差”功能可模拟人眼景深效果：注视前景时背景自动模糊，反之亦然。这种设计有效解决了辐辏调节冲突（VAC），即传统3D设备导致的头晕恶心问题，使长时间观看成为可能。
尽管实现复杂效果，EyeReal仍保持了1920×1080的高清分辨率与超过50Hz的刷新率，足以支撑实时动态内容。其有效3D成像面积达0.1至0.2平方米，较传统全息技术（通常仅厘米级）扩大1000倍。为消除重影并确保左右眼画面纯净，AI训练中引入“互斥损失”算法，通过物理层面约束光线传播路径，使左眼信息在右眼视角下完全不可见，反之亦然，从而自动抵消信号串扰。
该研究由复旦大学、上海人工智能实验室与上海创智学院联合完成。第一作者马炜杰为26岁在读博士生，研究方向涵盖计算机视觉、虚拟现实与科学人工智能。其导师欧阳万里（香港中文大学教授、上海AI Lab任职）与钟翰森（上海创智学院全时导师）为论文通讯作者，北航Zhangrui Zhao与浙江大学博士生赵灿宇亦参与研究。完整论文已发表于《自然》期刊。
