三星联合高校在《自然》发论文 手机屏幕秒切裸眼3D 视角竟有100度

麻薯滑芝士

我的天，今天刷到个科技新闻，直接给我看精神了！就咱们天天捧手里玩的手机、平板，那块屏幕，可能很快就要迎来一次“魔法变身”了！三星电子，就那个造手机、造电视的巨头，跟韩国一个顶厉害的理工大学叫POSTECH的，最近在全世界最顶级的学术期刊《自然》（Nature）上，发了篇论文。论文标题长得要命，我给你们念念啊，叫“通过超表面透镜阵列实现可切换的2D-3D显示”。说人话就是，他们搞出来一项黑科技，能让一块普通的屏幕，在你想要的时候，瞬间从2D平面画面，变成不用戴任何眼镜的、有立体感的裸眼3D！而且效果可能比咱们以前见过的任何裸眼3D都好得多！​ 这消息是Techpowerup网站挖出来的，我仔细瞅了瞅论文摘要和外媒报道，感觉这事儿要是成了，咱们以后看电影、打游戏甚至看图纸的方式，都得被它颠覆了。

我猜你肯定要说了：切，裸眼3D？老黄历了！任天堂3DS游戏机十几年前不就玩过了吗，后来不也没火起来？你说的太对了！以前的裸眼3D，问题多得能装一箩筐：首先，你得像个木头人一样，端坐在屏幕正前方，脑袋稍微一歪，得，重影了，画面糊了，体验稀碎。其次，为了实现那个立体效果，屏幕的实际分辨率会被“砍”掉不少，看起来颗粒感贼重，一点也不高清。最要命的是，实现这套效果的光学系统，又厚又笨，根本塞不进现在这些追求“薄如蝉翼”的手机和平板里。所以这技术当年热闹了一阵，也就凉凉了。

那三星和POSTECH这次，到底施了什么“魔法”，敢说解决了这些问题呢？秘密全藏在一个叫 “超表面透镜”​ 的玩意儿里。这名儿听着挺唬人，你甭管它，你就把它想象成一片超级薄、薄得像一层膜，但上面用纳米技术刻满了无数个肉眼根本看不见的微型结构的“魔法透镜”。这些纳米结构小到离谱，但它们的排列方式经过精心设计，可以像指挥交通一样，精确地控制穿过它们的光线朝哪儿走。跟传统那些需要一堆玻璃镜片摞起来才能实现复杂功能的光学系统比，这种超表面透镜又薄又轻，却能干更精细、更复杂的活儿，是下一代显示和摄像头的关键。

他们这项研究最最牛的一点，是全世界头一回，在一个设备里，只靠调节电压，就实现了2D模式和3D模式的实时、动态切换。这对咱们普通用户来说，意味着什么？意味着将来你的手机或平板，可能自带一个开关：平时你刷微博、看文档、处理工作的时候，就切成极致清晰的2D模式，享受最好的分辨率和色彩；等你想放松了，看个3D大片，或者玩个沉浸感爆棚的3D游戏，甚至是用AR应用看看家具摆在家里的效果，手指一点，“啪”一下就切换到裸眼3D模式。一块屏幕，两种体验，这次可能真的能“我全都要”了。

那这个神奇的切换，到底是怎么发生的呢？论文里讲了个大概原理。他们在屏幕前面，放了一个叫做“偏振控制器”的小部件。这“偏振”是个光学概念，你简单理解成“控制光线振动方向”的开关就行。

当你需要2D模式时：这个控制器是“打开”状态。它一工作，就让后面那片超表面透镜进入一种“凹透镜”的模式。这个模式的作用，是去抵消掉屏幕本身自带的一些透镜效果。结果就是，光线能几乎笔直地穿过整个系统，就像透过一块完全平整的玻璃一样，于是你看到的就是最清晰、没有任何扭曲的2D画面。

当你想看3D内容时：把控制器“关闭”。这时候，超表面透镜立刻变身，成了“凸透镜”模式。它和屏幕原有的透镜搭档干活，把屏幕上每一个像素点发出的光线，精准地导向不同的角度。这样，你的左眼和右眼接收到的图像就会有细微的差别，你的大脑一合成，“立体感”和“深度”就出来了！这就是他们用的“光场显示”技术，模仿真实世界里光线从不同方向来的感觉。

除了“能切换”这个魔法，这项研究另外两个突破可能更“有用”，直接打中了以前技术的死穴：薄得离谱，还有视角宽得吓人！

传统光学有个铁律：想要效果好、视角大，你的透镜组就必须做得又大又厚。但三星和POSTECH用的这个超表面透镜阵列，有个参数叫“数值孔径”特别高，这让他们的原型器件，整体厚度做到了只有1.2毫米！同时，它实现了最高100度的超宽广视角。100度是啥概念？以前很多裸眼3D的有效视角大概就15度左右，你稍微侧一下身就没了。现在100度，意味着好几个人围着一个平板电脑，从左边、右边、中间看过去，大家都能看到不错的3D效果，实用性简直是指数级提升，终于能多人一起分享了！

当然，咱们也得清醒，这还只是发表在学术期刊上的研究论文，是实验室里的“样品”。但是，三星和POSTECH这次明显不只是“画了个饼”，他们朝着现实世界迈了扎扎实实的一大步。他们成功制造出了一片面积有50毫米 x 50毫米（也就是25平方厘米）的超表面透镜，而且把它和现在手机、平板上最常用的OLED面板结合起来，做了成功的验证实验。这说明他们已经在认真思考，怎么把这套“魔法透镜”塞进咱们真正能买到的消费电子设备里了。

这项研究是三星研究院的视觉技术团队和POSTECH的纳米光子学与集成制造实验室联手搞的，是正经的“产学研”结合产物。虽然谁也不知道它具体哪年哪月才能量产，装进你的下一台三星Galaxy手机或者Tab平板里，但能被《自然》这种级别的杂志接收并发表，本身就是一个极强的信号：三星在下一代显示技术，特别是“超光学”这个前沿领域，不仅下了重注，而且已经拿到了实实在在的、有分量的阶段性成果。

所以，所有没事就爱看手机发布会、琢磨下一代屏幕还能怎么惊艳我们的科技爱好者们，还有那些用AR/VR搞设计、做医疗的行业用户，这项技术值得你们在心里埋个种子。未来的手机屏幕，或许真的能成为一扇“任意门”，在“清晰纯粹的平面世界”和“触手可及的立体空间”之间，随心所欲地切换。到那时候，我们消费娱乐的方式，乃至很多专业领域的工作流程，可能都会被重新书写。这条路无疑还很长，量产的成本、良率、功耗等等，都是需要翻越的大山。但至少，在通往那个未来的道路上，有一盏非常非常亮的探照灯，已经被三星和它的伙伴们，给点亮了。

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