26岁上海博士生登上《自然》,用AI调度光线实现完美裸眼3D

技术界的梦想终于接近现实,因为上海科研人员的创新突破,3D显示效果的完美实现似乎不再遥远。昨天凌晨,《Nature》国际顶尖学术期刊发表了一篇论文,论文由上海人工智能实验室和复旦大学等共同完成,介绍了一种全新裸眼3D显示系统,这种系统解决了业界几十年来的难题:大屏幕与宽视角之间的不可兼得矛盾。

有史以来第一次,科学界实现了在桌面级显示器尺寸上提供高质量裸眼3D视角,超过100度的视角无需佩戴任何设备。这不仅预示着数字世界将要迎来一场革命性的视觉升级,更是AI完全有能力在更多前沿科学领域“重写”物理边界的进一步证明。
直面困扰半世纪的难题:科学家们终于找到了一种可能解开的解决方案。
无需佩戴3D眼镜或头显设备,就可直接从屏幕里看到真实如窗外风景般的立体画面——这样的裸眼3D愿景,已经被技术界追求了半个世纪。然而,要真正实现兼具高质量、全天候、随观看者走动都不会失效的裸眼3D,一直以来都被一个物理瓶颈所束缚:显示器无法同时做到“尺寸够大”和“视角够宽”。
根本原因在于,要实现完美的裸眼3D效果,显示设备必须以类似广播的方式,向各个方向传输海量光线信息,以重构一个物体的完整光场。但是,这样的“完整光场”所包含的信息堪比天文数字,没有任何一台显示器可以做到。
于是,传统技术只能“拆东墙补西墙”:要么牺牲显示尺寸,比如数字全息技术,它能提供极佳的视角和画质,但只能容纳指甲盖般的大小;要么牺牲视角和清晰度,此时虽然屏幕可以做大,但由于传递的光学信息非常有限,导致观看“甜点位”非常狭窄,有时微微一侧身,3D画面马上就化为重影和错位。
传统技术范式下,这个问题几乎无解。但是,这次,上海科研团队独辟蹊径,提出了一个颠覆性的全新思路。

AI调度让光追着眼睛跑,充分展现了人类对技术的渴望和对自由的追求。
如果你在绵绵细雨中出门,为不被淋湿,是否会考虑给全世界装一个遮天蔽日的大顶棚?答案是否定的——我们需要的只是一把雨伞,在头顶撑起一片天空。同理,观看裸眼3D时,真正需要高质量光线信息的,其实只是你双眼周围很小的空间。既然如此,为什么还要顶着物理极限,尝试用显示屏向全世界投放海量光学信息,去构建一个天文量级的光场呢?
上海AI实验室和复旦大学团队最新发表的研究成果,即EyeReal(书生·瞳真)裸眼3D系统,实质是构建了一个“点对点的光线信息快递”:基于专门的AI深度学习算法,系统能够在0.02秒内计算观看者的双眼位置,并重建双眼所需的3D视觉光场分布。随后,根据计算结果,系统通过一个简单的三层液晶显示器堆叠架构,精准投送光学信息,达成裸眼3D视觉的实现。
根据上海AI实验室的介绍,这一EyeReal裸眼3D显示系统,以计算为中心,首次在桌面级显示尺寸上,实现了100度超宽视场角的显示,分辨率达到了1920×1080,刷新率超过每秒50帧,全部不需要借助任何眼镜、头盔或眼动设备。
在其支持的视场范围内,无论观众如何上下、左右、前后移动,都能够获得正确的运动视差体验,且支持人眼自然聚焦,从而在避免眩晕的情况下,提供足够清晰、自然的3D效果。
基于这些突破性进展,《自然》期刊在刊发该成果时,给出了“光学信息运用全新范式”的高度评价。同时,认为,该技术有望在教育工具、虚拟现实等领域开拓创新应用,而在上海AI实验室的看法中,这一成果甚至还能帮助AI大模型更精准地捕捉、理解和模拟现实世界中复杂的物理现象,从而推动AI for Science(科学智能)大模型向真实物理世界全面融合迈进。
“‘不跟风’成就大突破”
在给显示行业带来震撼的同时,这项技术的出现不仅仅是对技术的发展而外,还对背后的研究者和更广泛的科研工作产生了深远的启发意义,也值得我们关注和思考。
这篇论文的第一作者是26岁的二年级博士生马炜杰。从AI研究的角度来看,他实际上是“半路出家”,本科学的是通信工程,但后来因个人兴趣的介入,机器人赛事吸引着他,于是,在硕士阶段跨入计算机专业。毕业后,他加入了上海AI实验室、复旦大学和上海创智学院的博士联合培养专项。这个从小经历过不少波折的年轻人,将自己的科研之路比喻成“凡人修仙”——一路都是靠艰苦摸索、披荆斩棘,才走到今天。

当前,AI领域的许多团队更倾向于追随“短平快”的课题,以“跟上时代的节奏”。然而,EyeReal项目在起步时,却勇敢地踏入了一个全新的本质问题的探索领域,这其中的风险极高,结果未知。面对这一局面,在两位导师——上海AI实验室的领军科学家欧阳万里和研究员钟翰森的指导和鼓励下,马炜杰做出了一个非同寻常的决定,即挑战“AI+3D显示”这个几乎无人涉足过的领域。为此,他连续几个月完全“沉没”在实验室,期间几乎失踪于他人的视线中。
最终,当得知论文被接收,马炜杰一度在与家人通话时泣不成声。随后,他在社交账号上发文,以今年诺贝尔化学奖得主北川进的话自勉:“不是跟风做热门,而是像前辈一样去探索科学的源头。”在导师钟翰森看来,这种把全部精力都扑在真正重要的问题上的态度,是此次取得突破的关键原因。
此外,EyeReal的成功再次验证了AI对基础研究的赋能作用:当科研探索触及物理性能的天花板时,AI的潜力被激发,打开了新的出路,攻克传统意义上似乎无解的难题。这不仅仅是一种战术层面的成功,在战略层面,它为基础研究的普遍困境提供了一种可复用的新范式。正是基于这种信念,上海AI实验室选择与顶尖高校院所和企业一道,全力探索AI驱动的科学。