3D和“全息影像”这些词听得大家耳朵都起茧了。从松下在2010年发布首个3D电视系统起，到现在的虚拟现实和增强现实技术，这些词已经融入到我们的流行文化中，越来越成为我们所关注的焦点。毕竟现实世界是立体的，我们又何必把自己的体验限制在平面的屏幕上呢？

　　从2D过渡到3D是一个自然的过程，正如上世纪50年代的时候，黑白电影和黑白电视转变为彩色一样。但是在很多方面来看，从2D到3D带来的影响或许会更大。

　　3D的意义并不只是为了呈现更加可信的真实世界，而是将数字世界变成现实生活的一部分，让它的每一个细节都变得像现实世界一样真实。

　　这个即将到来的分水岭将对我们的工作、学习、社交和娱乐方式产生深刻的影响。我们将能突破现实世界的物理限制，我们的想象力有多大，世界就有多大。

　　当然，这个转变也会影响我们使用的设备，以及我们与机器的交互方式。这也是为什么谷歌、Facebook和苹果这样的公司都在尽快抢占3D市场的原因：谁赢得了3D战争，谁就能掌握下一代用户交互的控制权。

　　但现在这还只是一个憧憬而已。尽管之前已经有人试过打开3D市场，但是我们仍不得不依赖狭窄的屏幕来进入电子世界。为什么？因为现在的3D存在着许多不足，目前的技术水平还不足以实现一个真实可信的世界，所以消费者还在继续等待。

　　接下来YiViAn想以用户的角度向你全面地介绍3D技术，VR/AR头显和裸眼3D显示屏等3D产品正在面临的挑战，以及这些产品将如何成为我们与数字世界之间的直观交互界面。

　　我们为什么需要三维画面？

　　在深入了解3D技术之前，我们需要先理解这项技术的原理。

　　你可以试一下眯着一只眼镜来穿针，你会发现这比你想象中的更困难。进化已经改变了人类对3D的感知，让我们可以更快更准确地掌握现实世界的信息。

　　我们是如何在生理层面上获取深度感知的？这是一个复杂的课题。人类的眼睛和大脑可以感受到很多深度提示，当这些提示在现实世界中出现的时候，它们之间会互相加强，在我们的脑海中形成清晰的3D环境图像。

　　立体视觉（双眼视差）

　　如果我们想用一个3D错觉来欺骗视觉系统和大脑，我们可能无法真实地重现所有的深度提示，这样形成的3D体验会有所偏差。因此，我们需要理解一些主要的深度提示。

　　无论你相不相信，你的两只眼睛所看到的东西是不一样的。它们看物体的角度会有细微的不同，所以视网膜得到的图像也会有所差别。

　　我们看远处的物体时，左右眼睛之间的视差会比较小。但在物体较近的时候，视差便会增大。这个差别可以让大脑测量和“感受”到物体的距离，触发对深度信息的感知。

　　现在大部分的3D技术都是依靠立体视觉来欺骗大脑， 让大脑相信自己感受到了深度信息。这些技术会向两只眼睛呈现不同的图像，如果你看过3D电影的话（例如《阿凡达》和《星球大战》），那你应该已经通过3D眼镜体验过了这种效果。

　　更为先进的“自动立体”显示技术可以将不同图像以不同的方向投射到空间中，这样眼睛就能接收到不同的图像，不需要佩戴眼镜。

　　立体视觉是最明显的深度提示，但它不是唯一的线索。人类其实只通过一只眼睛也能感受到深度。

　　闭上一只眼睛，然后将食指放在另一只眼睛前面保持不动。现在稍微将头上下左右地运动。这时你会看到背景好像是在相对手指运动。更准确地说，看上去是你的手指比背景移动得更快。

　　这种现象叫做运动视差，这是你可以使用一只眼睛感受到深度的原因。如果要提供真实的3D感受，运动视差是一个很重要的效果，因为观众与屏幕的相对位移是非常轻微的。

　　没有运动视差的立体视觉仍然可以让你感受到深度，但是这种3D图像会出现变形。例如在3D地图中的建筑物会开始出现扭曲， 背景的物体看上去好像是被前景的物体故意遮挡一样，如果你仔细看的话会觉得相当难受。

　　运动视差跟我们的视觉感受密切相关——事实上我们所看到的近大远小效果正是一种深度提示。

　　就算你正在完全静止地坐着（没有运动视差）， 然后闭上一只眼睛（没有立体视觉），这样你仍然可以分辨远处和近处的物体。

　　这时再尝试上面的手指实验，将你的食指放在眼前静止不动，然后聚精会神地盯着这根手指。在眼镜聚焦的过程中，你会发现背景会变得模糊。现在将你的焦点放在背景上，你会发现手指变得模糊，而背景变得清晰了。这跟现代照相机的工作原理是一样的，我们的眼睛具有改变焦点的能力。

　　眼睛是通过睫状肌的收缩来改变晶状体的形状，从而达到变焦的功能。

　　那么眼睛的睫状肌是怎么知道应该用多大的力气来收缩的呢？答案是我们的大脑有一个反馈回路，睫状肌会不断地收缩和舒张，直到大脑得到最清晰的图像为止。这其实是一个瞬间完成的动作，但如果过于频繁地调节睫状肌的话，我们的眼睛会感到很疲劳。

　　只有在距离两米以内的物体才能触发睫状肌的运动，超过这个距离，眼镜就会开始放松，将焦点放在无限远处。

　　视觉辐辏与视觉调节的冲突

　　当你的双眼聚焦于附近的一个点时，它们其实会在眼眶中旋转。集中视线的时候眼外肌会自动伸展，大脑可以感受到这个动作并且将其视为一种深度提示。如果你把焦点放在10米以内的物体上，你会感受到眼球的会聚。

　　所以当我们用两只眼睛看世界的时候会用上两组不同的肌肉。一组肌肉负责让双眼会聚（辐辏）到同一个焦点上，而另一组肌肉则负责调节视网膜成像的清晰度。如果眼睛辐辏不当，那我们就会看到双重影像。如果视觉调节不当，那我们就会看到模糊的影像。

　　在现实世界中，视觉辐辏和视觉调节是相辅相成的。事实上，触发这两种反应的神经是相连的。

　　不过在观看3D、虚拟现实或者增强现实的内容时，我们通常都会将焦点放在特定的位置上（例如3D影院的银幕），但是双眼接收到的信息会让双眼会聚到另外的距离（例如从银幕冲出来的巨龙）。

　　这时我们的大脑将难以协调这两种冲突的信号，这也是有些观众在观看3D电影的时候会感到眼睛疲劳甚至是恶心的原因。

　　你还记得那些用卡纸做成的红蓝立体眼镜吗？这种“滤光眼镜”可以让让左眼只看到红光，右眼只看到蓝光。通常的立体图像会在左眼叠加一层红色的图像，在右眼叠加一层蓝色的图像。

　　当我们通过滤光眼镜观看的时候，大脑的视觉皮层会将所看到的图像融合认为是三维场景，而且画面的色彩也会被修正。

　　现在所有基于眼镜实现的3D效果，包括虚拟现实和增强头显都是利用这样的工作原理——通过物理方式分离左眼和右眼所看到的影像来营造立体视觉。

　　你现在去看电影的时候会拿到一副看上去完全不像偏光眼镜的3D眼镜。这种眼镜并不会根据颜色来过滤图像，而是根据光的偏振来过滤图像。

　　我们可以把光子想象成一种会振动的实体，它们会沿着水平方向或者垂直方向振动。

　　在电影屏幕上，一个特制的投影仪会生成两幅互相重叠的图像。其中一幅图像只会向观众发射水平振动的光子，而另一幅图像则会发送垂直振动的光子。而这种眼镜的偏光镜片可以确保两幅图像可以分别到达相应的眼睛。