Har du någonsin blivit fängslad av de där stora 3D-skärmarna på livliga affärsgator som syns med blotta ögat?
Ett rymdskepp seglar långsamt ut från skärmen, en panda lutar sig ut – dessa bilder tycks komma fram bortom skärmen, tredimensionella och fantastiska.
I vardagen är allt vi ser på skärmar tvådimensionellt. Så hur kan stora 3D-skärmar som syns med blotta ögat få bilder att bryta sig ur skärmen? Denna kontraintuitiva visuella upplevelse är faktiskt ett visuellt bedrägeri.
3D med blotta ögat syftar på möjligheten att direkt uppfatta tredimensionella visuella effekter med blotta ögat utan att förlita sig på externa enheter som glasögon eller hjälmar. Kärnprincipen för denna teknik utnyttjar vår inneboende parallaxkaraktäristik.
Det mänskliga synsystemet har ett avstånd på ungefär 60 mm mellan de två ögonen. När man betraktar ett objekt har bilderna som bildas på näthinnorna i vänster och höger öga en viss grad av horisontell skillnad.
Om du håller pekfingret framför ögonen, sluter höger öga och tittar med vänster, sedan sluter vänster öga och tittar med höger, kommer du att märka att pekfingrets position i förhållande till den avlägsna bakgrunden förändras. Detta fenomen kallas parallax.
Eftersom det finns parallax mellan de två ögonen, varför ser vi inte dubbla bilder utan uppfattar istället tredimensionella objekt?
Det beror på att efter att ögonen mottagit information från två olika bilder, bearbetar hjärnan automatiskt denna information, vilket gör att vi slutligen kan uppfatta en tredimensionell bild.
3D-teknik som visas med blotta ögat simulerar denna naturliga process: genom speciell skärmteknik och bildbehandlingsmetoder projicerar den bilder från olika betraktningsvinklar på skärmen samtidigt, vilket gör att våra vänstra och högra ögon kan ta emot olika bilder.
På så sätt, när hjärnan bearbetar dessa bilder, luras den att syntetisera dem till en tredimensionell bild, som om den verkliga världen utspelar sig mitt framför våra ögon.
För skärmen är den största utmaningen med 3D-teknik som används med blotta ögat att säkerställa att vänster och höger öga ser olika bilder. För närvarande finns det tre vanliga tekniska metoder:
Principen bakom denna teknik kan förstås som att man installerar ett lager av persienner (dvs. slitsgaller) framför skärmen, vilket delar upp den visade bilden i extremt tunna vertikala ränder. Närvaron av detta galler blockerar en del av ljuset.
När bilden som är avsedd för vänster öga visas på skärmen blockerar ränderna höger öga; omvänt, för höger öga blockerar de gitterliknande ränderna bilden som är avsedd för vänster öga. Genom att separera de synliga bilderna för de två ögonen uppfattar tittaren en 3D-effekt.
(Obs: 3D-glasögon använder också principen om ljusbarriärer.)
Den tekniska principen för linsformade linser innebär att man lägger till ett lager av linsformade linser framför skärmen. Genom att ändra ljusvägen kan linserna bryta varje pixel i olika riktningar.
Genom algoritmer sammanfogas bilderna för vänster och höger öga exakt på skärmen. Linslagret styr sedan dessa två uppsättningar bilder till betraktarens vänstra respektive högra öga. Efter att hjärnan mottagit dessa två parallaxbilder sammanfogar den dem till en tredimensionell syn.
Till skillnad från passiv ljusbrytning genom linser styr den här tekniken aktivt ljusets utsträckningsriktning från varje pixel och projicerar bilder för vänster och höger öga direkt in i motsvarande ögon, vilket gör att det mänskliga ögat kan uppfatta en 3D-effekt.
Vanliga skärmar avger ljus i alla riktningar – oavsett var du står framför skärmen ser du exakt samma tvådimensionella bild.
Kärnan i 3D-tekniken med blotta ögat ligger i att separera betraktningsvinklarna och ge två parallaxbilder för vänster och höger öga för att få hjärnan att utföra tredimensionell syntes, vilket är nyckeln till att uppnå den tredimensionella effekten.
Tekniker som parallaxbarriärer och linsformade linser lägger hårdvarugrunden för 3D-skärmar som kan ses med blotta ögat, men innehåll är också avgörande för att presentera en tredimensionell visuell upplevelse.
Vid rendering av skärminnehåll förinställs en optimal betraktningsvinkel och tredimensionella bilder konstrueras med hjälp av perspektivprinciper.
I offline-scenarier kommer du att upptäcka att nästan alla stora 3D-skärmar som kan ses med blotta ögat är installerade i 90°-hörn på byggnader – och detta är ingen slump.
Våra ögon och hjärnor bedömer avståndet och formen på objekt genom perspektiv och skuggor, och en platt skärm kan knappast ge starka djupsignaler.
Att presentera två intilliggande sidor av ett objekt på två vertikala plan överensstämmer helt med perspektivlagen för att observera en verklig kub placerad i ett hörn i verkligheten. Hjärnan kommer automatiskt att para ihop bilderna på dessa två ytor och mentalt konstruera ett komplett tredimensionellt objekt.
När en virtuell kub ska bryta ut ur skärmen följer den renderade bilden strikt perspektivlagen för "nära-stor och långt-liten": den del som är närmare dig ritas mycket stor, medan den del som är längre bort ritas liten.
Denna perspektivprincip inser känslan av avstånd mellan det virtuella objektet och skärmen genom visuell skalning, vilket gör att objektet ser ut som om det sticker ut från skärmen.
Vid utformningen av skärminnehåll skapas vanligtvis en fiktiv svart skärmram, eller så används kanten av byggnadens hörn direkt som en ockluderare, vilket gör att objektet som avser att bryta sig ut ur ramen kan korsa denna gräns.
Ta 3D-skärmen som kan ses med blotta ögat på Chengdu Taikoo Li som ett exempel. När man visar en bild av ett rymdskepp, trots att skärmens faktiska gräns är långt bortom den synliga ramen, skapas illusionen av att man bryter ut ur skärmen genom att exakt kontrollera bildens ljusstyrka och gränser.
(Obs: Fönstren i den intilliggande byggnaden är återgivna i bilden för att ytterligare förstärka bildens realism.)
Visning av 3D-skärmar med blotta ögat bryter begränsningarna hos traditionella tvådimensionella plan genom att simulera perspektivförhållandet mellan verkliga objekt och kombinera det med parallaxen för vänster och höger öga, och därmed simulera den tredimensionella uppfattningen av den verkliga världen.
Det är som ett sensoriskt trick – det skapar inte sann tredimensionalitet, utan stimulerar de sensoriska signaler som behövs för att hjärnan ska uppfatta tredimensionalitet.
I en tid av knapp uppmärksamhet erbjuder denna teknik en aldrig tidigare skådad visuell upplevelse och nya möjligheter för kommersiella tillämpningar. Oavsett om det gäller varumärkeskommunikation, urbana landskap eller interaktiv marknadsföring har den öppnat upp en helt ny värld av fantasi.
