上海交通大學助理研究員李燕
在2016中國平板顯示學術會議上，上海交通大學助理研究員李燕詳細介紹了上海交通大學在真三維顯示方面的工作。
以下為現場演講文字實錄：
首先我簡單介紹一下三維顯示，然后我將會介紹兩種真三維顯示目前在我們實驗室研發的，最后是總結。
三維顯示我們知道無處不在，不論是三維的劇場，還是現在非常熱門的虛擬現場，我們都有了一個三維的體驗，應該說非常好。但是你能夠發現，如果你長時間的觀看三維的話，你就會有一點不舒服的感覺。為什么會產生這種感覺呢?不舒服是我的眼睛有問題嗎?其實都是很正常的，這是由于三維本身一個缺陷引起的，這是的矛盾。
什么叫做Accommodation convergence，我們人眼在看東西的時候因為要聚焦到物體上要進行旋轉，物體很近的話我們的眼球所成的夾角就會比較大，因此我們可以根據眼球所成夾角的大小來判斷這個問題離我們有多遠。什么叫Accommodation，這個就是我們眼球的曲光度，我們看遠物體的時候眼球就不需要很彎曲，像可以呈像在視網膜上，這是一個眼球調節的工作。而且這個Accommodation還有一個很有趣的現象，如果你看的比較近的物體，那么遠的物體就會比較模糊。我們看一下真實的世界，我們的Accommodation眼球確實是聚焦到了三維物體，而且我們每一個眼球的曲光度都是進行了一個正確的調焦。那么現在在很常見的情況下，我們一般是左、右眼各個產生一個圖象，然后眼睛之間產生一個位移，通過位移的距離來判斷有多遠，這個時候眼球的匯聚仍然是匯聚到物體上面。因為要看清楚內容，所以我們每個眼球的聚焦是在平板顯示上的，所以Accommodation告訴我們的距離是在Displays。
如何才能制造出一種讓人非常舒適的環境呢?我們叫它一個光長，光長是什么呢?光長是無數根光線的結合，這些光線是有不同的方向、不同的起點、不同的亮度、不同的顏色，隨著時間會有一個變化，如果我們把所有的元素包括在里面真實的呈現，這樣就不會有頭暈的效果了。
如何來做這個事情呢?做起來主要由三種方法：
1、超多視點，就是兩個視點的多視點顯示。
2、Volumetric displays
3、Holographic displays
所以你并不是說你一定要有幾百個視角，如果你有三個、四個能夠進去也是可以的。右邊這個圖，如果有多個時點，那你的眼睛就要相應的調焦，這樣才能在你的視網上呈一個清晰像。這個要求肯定也是比較高的，需要在非常小的范圍內形成。這種方法，我們大概可以理解為是這樣，在真實的物體中，每一個點都發出連續的光，那么用這個超多視點的方法來進行連接的方法。
第二種方法，叫做體三維。這個圖非常好的詮釋了體三維的意義，在每一個空間它可以發出無數的光線，直接就可以反過來追溯到發光點的位置，它直接就是一個真三維的顯示。問題是像這種顯示，往往它點本身是彌散的，可能它的分辨率也比較低，我們要做的工作是如何把它做的分辨率更高，更連續，做得更大，同時又能滿足分辨率。其實我們在平板顯示方面大家做的非常好了，所以有一個非常常見的體三維的方式，就是叫多面的體三維，它把這個體切成了很多個二維的截面，假如你能一一把這個截面都展現出來，如果這個速度足夠快，我們腦子里面就會呈現出一個完整的三維形象。
最后一種，其實大家也是非常的熟悉了，全息這個概念也是產生了很久了，因為它能夠同時產生強度和像位，所以我們叫它全息，所以它被認為是一種最終的3D顯示技術，但是現在還存在很多的問題。
后面真三維跟大家分享一下：
首先是基于聚合物的體三維用于虛擬現實和增強現實，目前還有三星的VR，還有國內的暴風魔鏡，最近都是非常的火。增強顯示不僅僅能看到真實的物體，還能夠看到虛擬物體。
我們知道AR和VR，像娛樂、文化、教育、還有軍事眼簾、教育等方面，我們來看一下，這個是一個視頻，我們簡單看一下。
大概就是展示一個，在未來世界中，你可以在家里觀看足球比賽，那些足球運動員的三維圖象都呈現在你的面前。這個全息眼鏡也是有它的道理的，這是一個非常好的體驗，如果你看過一定會拍手稱贊。但是它仍然有缺陷，你看一會兒可能是好的，但是如果長期看還是會產生頭暈目眩的感覺。因此，為了克服這個困難，就采用了一種變體面的體三維的方式來應用于增強現實，我們可以看到這個結構圖，左邊是一個微顯示器，它在不同的電壓下是可以調節的。它通過放大，再通過增光鏡，最終會在人的正前方呈現一個放大的圖像，他可以顯示像整個會場一樣大，像一座山一樣大，這個是非常強大的。
我們可以看到，它這個透鏡比較慢的原因，所以它一次只能顯示一個面，這個彩色的求是它產生的一個虛擬的面，這個彩色的球是和前面最大的物體在一起的，后面兩個是在比較遠的位置。如果這個相機是聚焦在前面的話，這個虛擬的物體是比較清晰的，如果這個相機是聚焦在遠處的話，這個虛擬的物體和前面的物體都會變得比較模糊，這是非常有趣的，它就像真實的物體一樣你想要聚焦在哪里就聚焦在哪里，它就是真真實實的傳像。唯一的缺陷，就是它的響應速度比較慢。
接下來就換了一個透鏡，這個幾K赫茲都可以操作，它展現了同時有六個畫面的效果。但是我們可以看到這個結構仍然是非常的復雜，雖然它的效果是非常的好，但是他用的透鏡的原理，以至于它前面需要很多的透鏡來對這個光度進行整形，得到一個正確的視廠角，我們可以用一個簡單的方法把這個透鏡都去掉。
這是我們現在采用的一個方案，左邊是一個投影儀，它投出的是一個平行的二維的投像，它投出的這些就是我們聚合物穩定液晶膜，每一個液晶膜在不加電壓的時候是處于一種散射的狀態，在加電壓的時候就會變成透明狀態。我們知道一束光打到膜上就會形成發散的光，這樣我們就可以反推出來發光點的位置，這確實就是一個真三維顯示。
這個注意一下，在每一個時刻只有一個液晶膜是屬于散射的狀態，其他的都屬于透明的狀態。當然，我們這邊也用到了一個凸鏡對它進行放大，所以我們這個范圍是可以非常廣的。
這是我們最終拍攝的一個視頻，這只展現了兩個面，SJ是在前面的面，TU和小的物體是在同一個距離，是在比較遠的位置。當相機聚焦在前面位置的時候，我們可以看到后面的物體無論是真實的還是虛擬的都變模糊了，當我們的相機聚焦在比較后面的面的時候，我們可以看到TU和遠的物體是清晰的，但是我們的SJ和近的物體卻是模糊的，所以我們也是真真實實的呈現了真三維顯示。
下面這個圖有點類似，只不過距離遠近有所不同。
小結：我們做了一個人眼舒適的眼鏡，可以長期佩戴，它的校正率也、分辨率比較高，希望它能成為下一代的智能VR。
我知道全信顯示最終的顯示，但是它現狀有很多問題，大多數的用的是電光調制方法，用電的信號來調控它的信號，一般分辨率比較難做小、比較難做過，像素比較難做好。另外，它的周期比較大，我們可以看到它顯示的面積也比較小。所以我們就用光光傳息的方法，不再是電光傳息，這種材料用到的是納米，微米型的，因為它的視角比較寬，它的分辨率、顯示范圍也可以做的比較大。這個文章他們也做了全息成像的工作，他們是想做一個動態的視頻，因為它的速度比較慢，所以不能達到時時的控干，早期我們用的是燃料，它的工作原理大家可以看一下，這個黃色是燃料分子，在沒有光的情況下，它比較容易處于一種比較直的狀態，在有光的情況下容易處于比較直的狀態。在光強的情況下，液晶的扭曲度降低，扭曲度降低會帶來折射率也會降低，所以這樣就會實現光強折射率轉化的過程，我們用這種材料確實達到了非常快的速度，可以達到1.28毫秒完成傳達信息。#p#分頁標題#e#
這是不同彩色的視頻圖，這邊我們同時實現了在一個視頻里面同時有紅色、藍色，這個是我們的一個實驗裝置圖，這邊有很多光學原件，中間有一個紅的是我們的樣品，我們用綠光進行記錄。
我們的響應速度已經足夠快了，其他的特性發現DRY的(顯示率)非常低只有0.6，這個相當的低。如何改進這個效率，仍然保持比較快速度，接下來的速度就用了一個離子攙雜方式，最終它們被捕獲以后，就會形成電刻的周期性分布，就會形成一個周期性分布的內件電廠，最終會形成一個總的電長的分布。在電場比較強的位置，會發生比較大轉動，就會豎起來。所以形成了液晶分子的周期性排列，最終會形成這折射率溫度排列和像位的主體， 我們實現了光強和像位的轉換，這個機理是一樣的，那么用了這種材料以后，機理有所不同，它性能得到了很大的提升，在最好的情況下達到20%，得到了很大的進步。我們也做了刷新的實驗，用了三種顏色紅、綠藍，我們刷新頻率是60赫茲，我們看到圖像要比原來亮很多，仍然是一個沒有脫維的實時動態的刷新，這個也有相關報報道。
現在看來我們的問題已經解決的差不多了，但是它這個光強其實還是非常強的，這個不是很安全，有沒有辦法降低這個光強，讓材料的靈敏度得到提督呢。，半導體材料在這個光照的情況下很容易生光聲、電賀的。半導體膜一旦介入，雖然其他條件也是一樣，產生的折射率，變化的效果是非常驚人，我們發現(機電光強)大概有40毫瓦降到了40微瓦，響應速度非常快。
剛才所說的，其實我們只是驗證了這個材料的記錄性，最終是要做一個三維的長期顯示，我們就設計了這樣的一個光路，光場的分布，然后再用我們攙雜液晶材料能夠把這些三維的物體呈現出來，我們希望在前面能夠形成一個四角形的畫面，在后面比較遠的位置產生五角形畫面，我們做的不僅僅是一個畫面，其實是有個視頻在這里不能看，在屏幕比較近的位置進行承接，它是一個四角形在旋轉，當我們屏幕移到比較遠的位置的時候，它是一個五角形在旋轉，不是在任何一個位置看到的都是一模一樣的東西。
半導體膜進行了三種顏色，同樣是三種平面，近的平面是四角形，遠的平面是五角星。
最后總結一下，主要講了兩部分內容：第一部分是能夠長期佩戴頭戴式響應，兩形面的一個展示;第二個是視頻刷新的全息液晶顯示，我們用了好幾種，我們都可以實現實時公開的彩色顯示，而且我們還展示了兩個平面的三維顯示。
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