裸眼 3D，一種不用戴設備就能看到立體圖像的技術。
回想一下你記憶中的裸眼 3D：
80 後可能想到了《星球大戰》裡萊婭公主在一道藍光裡發出了 3D 版的求救信號。
90 後可能想到了斯塔克用全息投影和觸控技術做出了鋼鐵俠的盔甲。
00 後可能想到《蜘蛛俠》裡神秘客用全息幻境迷惑了所有人的眼睛。
雖然電影就像一場夢，但這個夢現在離我們更近了一步。
薩塞克斯大學的學者們開發出了一種全息圖顯示器，可以讓你直接用肉眼在同一時間看到、聽到、感覺到 3D 圖像，它可能最貼近我們想像中的「裸眼 3D」。
在實驗展示的畫面裡，一隻立體的彩色蝴蝶，正完全懸浮在空中，微微抖動翅膀。
▲研究中顯示的抽象蝴蝶。圖片來自：薩塞克斯大學
雖然現在還只能展示一些簡單的畫面，但項目負責人 Sri Subramanian 表示：
它將能置於任何顯示方法之上，讓我們比以往更接近「終極顯示」。
能看，能聽，還能摸
什麼技術能共同激發起視覺、聽覺、觸覺？—— 聲懸浮。
聲懸浮，即利用聲波振動來懸空操控微小的物體。1940 年以來，科學家們開始研究聲懸浮的概念。
▲ 第一個可以對粒子施加力以使其懸浮和操縱的聲全息圖。圖片來自：Asier Marzo，Bruce Drinkwater 和 Sriram Subramanian2015
過去 10 年間，這項技術得到了很大提升，聲學系統現在已經能像聲波牽引光束一樣推拉小顆粒，那麼這些小顆粒，就能在我們的視線裡進行「3D 列印」，形成我們想看的物體，還能 360 度顯示。
這和以往的全息技術完全不同。
這項新技術不僅完全拋棄了屏幕，也無需眼鏡或其它儀器來輔助，而是直接在你的眼皮底下呈現。它還不再限於特定觀看者，大家都能一起融入這個虛擬世界。
▲ 圖片來自：Holovect
研究人員把這次的全息設備稱為 「多模態聲阱顯示器」（Multimodal acoustic trap display，後續簡稱 MATD）。
實驗其實很簡單。
他們製作了一個 10cm 長的盒子，頂部和底部有 512 個微型揚聲器陣列，當這些揚聲器發出超聲波，就能通過空氣中的震動，用編程操控著比芝麻還小的塑料顆粒。
然後他們使用紅、綠、藍三色的光照射這些懸浮著的顆粒，就可以控制光的顏色。
這項技術並不是初來乍到，這次的突破就在於它「更快更持久」。
快的地方在於，它能讓其中的粒子以每秒近 9 米的速度垂直滑動、每秒 3.75 米的速度水平滑動，這種粒子處理能力優於迄今為止展示出來的其它光學或聲學方法。去年類似蘇塞克斯大學研究的新系統中，粒子每秒移動才不到一米。所以 MATD 的顯示效果也會優化很多。
持久的地方在於，因其極快的速度，它能讓人完全忽視裡面運動的顆粒，而是只感知到其中連續的、不斷演變的圖像，從而帶來視覺的持久性。
除了被看見，它還能被聽見。
通過控制多個揚聲器陣列，該系統可以產生能被人耳聽見的「噪音」，然後就可以生成一些有趣的音效。
MATD 的共同創始人 Diego Martinez Plasencia 博士說：
即使我們聽不到超聲波，但它仍然是一種機械波，能通過空氣傳遞能量。當我們聚焦這種能量時，就可以產生音頻刺激你的耳朵。
超聲波也是它能讓人有真實觸感的原因。
當揚聲器把振動集中在一個點上，你的手輕觸上去，就能擁有「反彈」的感覺，譬如摸到那隻展示中的蝴蝶，手指就會感到顫抖。未來這也能為人們與 3D 圖像的互動帶來更多的觸覺反饋。
研究人員多次演示了這個「神奇」的過程：
他們讓一個笑臉隨著《We Will Rock You》漸漸變亮；他們通過幾個運行程序，來操作空氣中的懸浮顆粒；他們創建了一個視聽倒數計時器，用戶可以直接點擊全息顯示器來啟動和停止 —— 聽覺、觸覺，都隨著視覺顯示開始層層疊疊一起出現。
當我們「裸視」後，我們可以幹什麼
當 3D 圖像不再只是可以觀賞的內容，當這些內容與真實物體越來越相似，當觀看者能一起參與其中並與之互動，這種「全感知」，就是 MATD 比起其它全息技術最獨特的優勢。
你可能很容易想到《黑鏡》裡的場景 —— 某天醒來後，你想要 3D 投影出來的人會 360 度立體呈現，笑著跟你說早安。你們或許能擁抱一下，或許還不能，但當你走出家門，他（她）至少能轉身和你告別。
▲ 圖片來自：《黑鏡》，僅為示意圖
只是「全感知」暫時還無法實現，目前這種對 3D 運動的呈現、帶來觸感的交互技術，其實更適合作為可視化工具來使用。
研究團隊表示，它對從事生物醫學，設計或建築工作的專業人員來說會有很大的幫助。譬如外科醫生用它來實習訓練，操作把導管穿過心臟血管等。
楊百翰大學電氣與計算機工程副教授 Daniel Smalley 說道：
如果有一百萬個可移動的粒子，甚至可以創造出一個脫離實體的臉，進行遠程的面對面交互。
▲ Daniel Smalley
項目負責人 Sri Subramanian 指出，它不需要接觸物體就能操控物體的功能，還能在實驗室中混合化學物質而不汙染化學物質，進行精準的藥物或晶片等實驗。
放大來看，可視化空中數據，也會是我們可以期待的一環。Daniel Smalley 認為通過 3D 視圖來呈現出太空垃圾如何分布，能夠指導太空人更直觀地避免宇宙中的碰撞。
畢竟現在有兩萬個以上大於 10cm 的碎片，正以每小時約 36000 公裡的平均速度在地球上空飛行。這些碎片對新衛星的發送和太空人的太空任務會造成越來越大的威脅。
▲地球周圍的太空垃圾。圖片來自：NASA
雖然這其中需要用到多種技術，但「聲懸浮」的商業化也沒我們想的那麼困難和科幻。
研究人員表示 MATD 是通過低成本和可商購的硬體組建的，所以價格不是很高，任何人都有機會在未來創建一個。
當然了，專用的硬體肯定還是會帶來更好的性能，就像蜘蛛俠穿上鋼鐵俠給他的戰衣就變成了「戰鬥機」一樣。
新的裸眼 3D 離我們還有多遠？
儘管市面上已經湧現很多產生 3D 圖像的設備，但各方面還不太令人滿意。
電視和電影屏幕可以通過 3D 眼鏡看 3D 圖像，但不能進行交互；舞臺上的全息圖只能從特定角度觀看；虛擬實境和立體透鏡都要戴設備，但這些設備要不就是太重，要不就是不好用，相對來說輕和好的，價格又不親民。
▲圖片來自：Unsplash
少數無需設備而實現「裸眼 3D」的技術，比如雷射、電場、霧投影等，要不是硬體複雜，或者展示圖像解析度不夠，要不就是缺乏標準化的用戶交互模式。
儘管前年出現過一個可以讓我們直接手動交互的 3D 顯示器 Holoplayer One，但還只限於讓開發人員去探索如何有效使用 3D 界面。
所以我們經常上一秒被科幻片驚豔，下一秒就被現實打回原形。
▲圖片來自：Unsplash
不過因為 MATD 的出現，虛擬實境似乎又呈現出了它激進而可信的一面。
只是，在這個新技術進入我們的家門之前，還有很多工作要做。
MATD 當前還只在實驗室完成了驗證，只能顯示簡單的圖形，如笑臉、蝴蝶環形節、小型金字塔，相對複雜的就是可以旋轉的地球儀。
如果要呈現真實地球周圍的衛星以及更詳細的圖像，則還需要讓粒子以難以想像的高速來運動，因為「粒子的速度決定了可以顯示的圖形的大小和複雜程度」。
當你和 MATD 進行交互時，可能也很難確保 MATD 能進行準確的觸覺反饋。當前觸覺反饋和圖像還不能完全重合，兩者會形成互相干擾的場。
觸覺和聲音的同步也遇到了這個難題。隨著越來越多超聲發生器被用於產生聲音或反饋，研究人員還發現顆粒響應會變慢，速度降低了近一半。
另外，對於是否考慮讓這項「裸眼 3D」技術真正商業化，研究員 Asier Marzo 說道：
我們還需要進行更多的分析、更多的模擬，查看它在人們在家中可以創造什麼，以及顯示擬真圖像到底具有什麼實用價值。
▲ 圖片來自：Interestingengineering
所以總的來說，「裸眼 3D」目前仍處於一個初級的、不成熟的階段，還有很多改進和可供發揮的空間。
北京航空航天大學儀器科學與光電工程學院教授王瓊華，研究的主要方向就是裸眼 3D 顯示技術，他表示：
薩塞克斯大學的技術比以前類似的方法能創造出更大的圖像，並結合了聲音，這使得人們離重現（全息圖像）更近了。但這些圖像的尺寸仍然很小，也遠非真實。
他認為要創造出《星球大戰》裡的那種 3D 圖像，或許還需要 10 年甚至更長的時間。
薩塞克斯團隊目前還在通過使用更多粒子、更先進的控制技術、功能更強大的超聲波揚聲器，來實現更響亮的音頻，以及更複雜、更真實的觸覺反饋。
即使一切還剛開端，但這也意味著我們正可見地接近這個未來。
誰知道今天這隻蝴蝶明天會不會扇出一片風暴？