苏大维格技术创新进入无人区 光场 D显示

引言——苏大维格技术创新进入“无人区”

中国科技创新一直以来都是“有人区”复制太多，成本竞争激烈，而“无人区”真正的开拓创新太少。苏大维格上市以来依托完全自主搭建的微纳制造平台，持续不断的通过技术创新进行“无人区”，光学防伪技术用于身份证，打破我国对国外技术依赖，在全球范围内率先实现Metalmesh导电膜量产，创造性的开发了纳米指向性背光膜。公司的微纳制造技术是指精度在微米（1um=10-3毫米）、纳米（1nm=10-3um）级的超细微加工极端制造技术。微纳制造是超材料研发生产的核心技术，超材料具备天然材料所不具备的特殊性质，而且这些性质主要来自人工设计的微纳结构。图：微纳结构应用领域

苏大维格的微纳制造创新平台，占据了全球下一代材料加工、制造创新的制高点，该技术应用范畴众多，平台将产生大量的创新应用、创新产品。公司构建的多元技术壁垒国内其他企业难以跨越，其核心设备自主研发，不受制于国外的装备及零部件，并且技术与国际先进企业处于同一水平。经过近几年的开拓创新，公司目已经在包装材料、公共防伪、导光膜、导电膜等四个领域形成了完整的产业化布局，并且在特种功能膜材料（热烫印膜）、LED纳米图形化衬底、OLED掩膜版、裸眼3D等领域拥储备了完善的技术。公司现凭借NanoCrystal200纳米光刻设备，已经开始布局“超材料”领域的研发，其中基于NanoCrystal200生产的“纳米指向性背光膜”将应用于全息裸眼3D领域，解决百年来3D显示未解的视觉疲劳课题。

图：公司技术应用领域

1.以超材料为基础的光场裸眼3D

1)裸眼3D显示发展现状

近年来VR/AR受到业界关注，Google、Facebook、微软等、阿里巴巴等巨头均重兵投入。如果未来有什么技术可以颠覆现有显示形态，改变现有互联网生态，那就是VR/AR技术。3D显示作为AR应用的关键技术，一直以来都受到业界高度关注，国际着名大学和企业不断加大了研发投入，在解决方案、关键材料、光学部件和视觉跟踪技术等方面，取得重要进步。但是裸眼3D显示原理上，100年来，基本没有形成新突破，普遍采用的视障法（parallexbarrier）与视觉跟踪技术、柱面透镜光栅(lenticulargrating)光场成像法，虽工艺改进显着，3D成像效果也非常逼真，但其始终无法解决观察者视觉疲劳的问题。

图:AR应用示前景

2016年2月2日，Magicleap官方宣布获得由阿里巴巴领投的7.94亿美元融资，加上上轮由谷歌领投的5.42亿美元，2014年年底以来累计获得13.4亿美元投资，总估值约45亿美元。Magicleap之所以受到众多互联网巨头青睐，在于它未来能够实现并普及光场显示技术，这将对裸眼3D景显示技术带来一场实实在在的革命，光场裸眼3D显示能够根本解决观察者视觉疲劳技术难题，因此其获得空前的投资自然是名至实归。

2)光场显示技术原理

在计算机图形学领域，3D渲染演示技术的演化进程可以大致划分成针孔相机、双目立体视觉、光场、数字全息四个阶段。简而言之，针孔相机演示技术的代表作是早期的动画电影《最终幻想》，双目立体视觉的代表作是3D版的《阿凡达》，光场

的代表作就是MagicLeap发布的视频，数字全息技术的代表作是《星球大战》中的场景。

图：最终幻想：光线跟踪法渲染，针孔相机显示技术

图：3D版的《阿凡达》，双目立体视觉

图：MagicLeap，增强现实，光场技术

图：星球大战，数字全息技术

1)针孔相机?

传统的光学相机，其理想模型就是针孔相机。在计算机图形学中，传统的渲染方法都是基于这种相机模型。如图7所示，从相机的光心出发，经过成像屏幕的每一个像素，发出一条射线。光学跟踪法（raytracing）用几何光学的物理法则计算这条射线的颜色，即为相应像素的颜色。在这里，我们需要一个概念上的转换，每个像素不是一个点，而是一条射线，这是理解光场的关键！换言之，一张相片就是通过光心的一簇射线。《最终幻想》就是用光学跟踪法来渲染制作的。

图：光线跟踪法中的针孔相机模型

2)双目立体视觉

人类具有两只眼睛，观看物体时两眼各自成像，大脑根据两眼成像的细微差别计算每一点的深度信息，从而得到立体感觉。模仿人眼，我们可以用双镜头相机得到双目立体相片。本质上而言，双目立体视觉相片就是从两个光心出发的两簇射线。

3D版《阿凡达》就是以此原理制作的。相对于单目相机，双目立体视觉时间复杂度和空间复杂度加倍。

3)光场3D原理

在光学领域中，光场是一个古老的概念。在1996年被微软和斯坦福学者引进到计算机图形学领域，发展到2016年的今天，已经整整二十年。虽然在学术界，人们不懈地研究深化，真正在工业界产生影响，还是近几年的事情。MagicLeap应该算是LightField理论在现实应用中的一个巅峰。

图：光场（LightField）的魔盒解释

我们假设用一个玻璃盒子罩住一只兔子，然后透过玻璃盒子来观察这只兔子。从盒子表面的任意一点，向三维空间的任意一个方向发出一条射线，这条射线的颜色由兔子和光照条件所决定。我们用来表示玻璃盒子，表示单位向量，一条射线表示为,所有射线的集合记为。每条射线对应着一个颜色，我们用三维空间中的一个点来表示。因此，光场就是从射线空间到颜色空间的映射。换言之，光场是定义在射线空间上的矢量值函数：

。

假设我们去掉了玻璃盒子中的兔子，但是这个玻璃盒子是一个魔盒，光场信息被完美保留。当我们观察这一魔盒的时候，所有经过一只眼睛的射线合成了视网膜上的一幅图像。我们可以自由地改变距离和视角，兔子在视网膜上的图像相应地自然变化，根本觉察不到兔子的消失。因此，有了魔盒，我们不再需要真正的兔子。这个魔盒就是兔子的光场。

光场渲染我们可以用兔子的光场来取代兔子，渲染生成各种角度的照片，这样我们无需为建立兔子的几何模型，纹理模型和光照模型。对于大场景，复杂光照条件，或者复杂几何模型（如长绒玩具）等等，光场比实物的数字模型更为简单，或者光场比光线跟踪得到的渲染结果更加逼真，或者更加高效，我们用光场来渲染。这是所谓的基于图像的渲染方法（ImageBasedRendering)。历史上，微软曾经出过一版基于光场的游戏，类似孤岛寻宝，所有场景都是从真实自然中采集，非常逼真，但是最后没有引起任何反响，无疾而终。

4)超材料镜片攻克光场采集难题

光场是定义在射线空间上的函数，射线空间是4维的，传统的针孔相机只能采集二维射线簇，因此光场采集具有本质的难度。早期光场采集的方法简单粗暴，就是用大规模相机阵列，这种光场相机笨重昂贵，无法普及。随数字相机技术的成熟，针孔相机愈来愈小，可以密集地集成在一起，从而缩小了光场相机的体积。但是镜头的尺寸无法缩减。

图：斯坦福制作的阵列相机