这篇文章的想法起源于最近的一些观察和思考，想必很多人都注意到过，在一些商场或者其他有的地方房间比较小，但是他们墙壁上却铺满了镜子。这样子的话镜子就会把相应的其他地方的场景反射过来，很多人乍一进去如果不仔细看的话，还以为他们内部的空间很宽敞，也就是说，镜子的完美反射甚至能欺骗人的眼睛。如果不是边缘的接缝或上面的斑点瑕疵让人识别出那是镜子，在其他任何维度上，它都足以逼真到骗过肉眼，也就是说它反射的光线跟我们看到了真实的世界是没有任何区别的。

我们可以将这个问题与日常使用的显示器做一个对比，同样是二维平面，为什么镜子能够呈现完全等同于真实三维世界的信息，而显示器却只能呈现一张二维平面的画面呢？即便我们把场景渲染成3D效果，也很容易分辨出二维显示器上的画面，这与镜子反射的景象有着根本性的不同。

我们可以更深入地观察一下显示器的底层结构。如果用放大镜细看，屏幕其实是由一个个小光点组成的，就像商场的大屏幕，本质上就是一个个发光的小灯泡排成了巨大阵列。对于每一个发光的像素点而言，它就像一个小灯泡，向四面八方发出完全相同的光。无论你从哪个角度观察，看到的都是同一个发光点，或者说灯泡发出的均匀光线。

但是镜子反射的光线则完全不同。如果把镜面也拆解为无数个微小区域，站在不同角度观察同一个点，看到的光线是完全不同的。因为它反射的是真实世界的信息，当你从角度一个角度观察这个点，看到的可能是远处某个物体发射的红光，而当你转到角度 B 去观察同一个点时，看到的则是可能是远处另一个物体上的另外一个点发射的光，它的颜色和强弱可能是另外一个值。

这就是三维世界与二维平面发光点的底层机制差异，二维显示器的像素是向全方位均匀发光的，眼睛能轻易追溯到这个发光平面。而镜面上的每一个点，对不同角度反射的光线完全不同。如果眼睛去追溯光线来源，看到的其实是顺着反射定律一直延伸到远处物体上的那个点。

人眼在进化中形成了一种感知深度和远近的机制，这是因为左右眼的观察角度不同。当我们对着镜子看时，左眼和右眼接收到的画面是有微小差异的，正是这种差异帮大脑定位了景深。甚至对单只眼睛而言，视网膜上不同位置接收到的光线视角也有微妙差别，这也是眼睛的对焦机制，在潜意识中，眼睛利用这种角度差产生的景深信息完成了自动调焦。

而现有的显示器就像刚才说的那样，只是二维平面上向四周均匀发光的点，无论从哪个角度看都是同一个光点，因此很难欺骗眼睛，这也是我们能精确识别出它是平面的原因。

既然大脑和眼睛对景深的判断来自于双眼观察角度的差异，那能否通过欺骗眼睛来实现简单的3D显示呢？

答案是完全可行的，而且我们已经在这么做了。比如看3D电影需要佩戴3D眼镜，通过眼镜让左右眼看到不同的画面，经过大脑叠加合成后，就能产生带有景深感的3D场景。

如果不戴眼镜看3D影院的屏幕，会发现画面是模糊重影的，这其实是投影在屏幕上的两幅不同图像叠在一起的效果。而专属的3D眼镜利用了光的偏振原理，将两幅画面分别过滤并投射到对应的左右眼中。

光是一种电磁波，其电场方向在空间中不断波动。我们可以把光波想象成一条振动的绳子，绳子可以上下振动、左右振动，或者倾斜任意角度振动，振动沿着绳子向前传播。对于人眼而言，光波电场的方向，也就是偏振方向，可以在垂直于传播方向的平面内任意旋转，甚至在前进过程中发生旋转，但肉眼是无法直接分辨这种偏振方向差异的。

3D眼镜正是利用特殊材质制成的镜片来过滤不同偏振方向的光。比如左眼镜片只允许垂直方向的偏振光通过，右眼镜片只允许水平方向的偏振光通过。只要影院屏幕以这两种不同的偏振角度分别投影左右眼画面，再戴上3D眼镜，就能让左右眼各自接收到对应的图像，从而实现3D效果。

当然，这种“欺骗”眼睛产生的3D画面存在不少缺陷。人们戴上3D眼镜时，往往会觉得画面有些发虚发假，这是因为还有很多关键问题没有解决。除了分辨率和精度外，最重要的原因是，即使是单只眼睛，也能细微地感知到不同角度的深度差异。而在看3D眼镜画面时，单只眼睛接收到的依然是同一个平面上的内容，眼睛会自动把焦距对准这个物理平面，而非真实3D场景的深度。当两只眼睛看到的画面在大脑中强行合成三维景深时，便与单眼感受到的平面焦距产生了冲突。这就是为什么人会产生不真实感，甚至感到眩晕，因为它无法解决单眼局部对焦的微妙景深差。

而镜子反射的画面则完美解决了这个问题。对于单只眼睛来说，视网膜上不同位置的感光细胞接收到的光线是存在微小角度差的，这种微妙的景深信息被镜子完美地还原了，因此每只眼睛都可以精确地对焦到画面真实的焦点上。

那么，既然镜子上的每个像素点都能向不同角度反射独立的光线，我们能否在显示器上实现类似的机制？

答案在于，我们不再将显示器上的像素点做成均匀发光的小灯泡，而是做成类似于刺猬的结构，上面的每一根刺都像是一个微型手电筒，能向特定角度发射出独立的光线，且光线的强弱和颜色都可以单独控制。也就是说，把一个小灯泡换成无数个朝不同角度可以控制发不同颜色亮度的手电筒。

制作这样的显示屏在理论上完全没有问题，实际上行业内已经在探索了。

例如市面上的裸眼3D显示器，虽然还没有做到像刺猬那样向四面八方全方位发光，但它在像素点上叠加了微型棱镜，并结合了人眼追踪系统。系统通过实时追踪人的双眼位置，精确控制光的折射方向，让左眼和右眼分别看到不同的画面。简单来说，这就相当于一个只有两根刺的刺猬，无论人的头部如何移动，这两根刺也就是手电筒都能精准地将不同的光线射入左右眼。

不过这种做法本质上依然类似于3D眼镜，只是摆脱了佩戴3d眼镜设备的束缚，对于单眼视角的深度信息依然无法还原，只是一种更高级的欺骗机制罢了。

如果我们把微型透镜做得足够复杂，或者在一个半球形像素点上密集布满朝向各个角度发射光线的“手电筒”，理论上完全可以做到完美还原，只是成本很高而已。

要实现这一点，我们需要把普通显示器上均匀发光的像素点，替换为这种复杂的定向发光结构。人眼的分辨率极限大约在 0.1 毫米左右，在这个尺度内，我们完全有空间去构建复杂的微观结构。

我们可以在光源上叠加复杂的微透镜/棱镜阵列进行折射，也可以直接构造能产生定向光的硬件结构，例如利用成熟的硅波导技术，在像素点上制造出类似于微型光纤的结构，像刺猬的刺一样向不同角度发光，每根光纤下方对应一个可控的发光单元。前期技术未成熟时，可以少做一些角度，随着技术成熟，光束密度也可以不断增加，分辨率可以做的越来越高。

人眼的分辨率极限约为 0.1 毫米，而现代光刻技术已经能达到纳米级别。如果采用芯片制造的方式来生产这种3D显示器，空间是绰绰有余的。无论是“固定光源+硅波导光束”，还是“底层光源+微棱镜折射”，在物理原理上都完全可行。虽然用光刻工艺制造大面积显示器的成本极高，但至少证明了其可行性，接下来只需要探索大批量低成本制造的技术路线。

甚至现在比如说像TI德州仪器已经有了成熟的 DMD数字微镜芯片了，就是在一个芯片表面做成了数百万个几微米大小的金属微镜，每个微镜都能以极高的速度翻转折射光线，很多高端投影仪都都已经使用了这种芯片。这种可以向不同角度折射光线的能力同样具备实现此类3D显示效果的潜力。

也就是说，我们在理论和实践层面已经没有本质障碍，剩下的都是工程落地细节和生产成本控制问题。

那如果我们假设这种显示屏已经实现了量产，从应用角度来看，它能达到什么样的效果呢？

首先，电脑的整个操作界面可以变成三维UI，体验会非常有趣。更重要的是，当你坐在显示器面前时，它就像一面通往背后广阔世界的窗户或镜子，视野大幅拓宽。我们就能用相对较小的屏幕显示极为海量的信息。

其次是对视力的保护。看普通平面屏幕时，眼睛需要长时间聚焦在近距离的物理平面上，容易导致睫状肌疲劳和近视。而当显示屏具备三维景深时，我们可以将字体和画面投射到“无限远”的位置，眼睛的焦距就像看远处风光一样放松，极大缓解视疲劳。

此外，我们完全可以打造出类似于《星际迷航》中的“全息模拟舱（Holodeck）”。比如制造一个圆柱形或球形的空间，周边的墙壁全部铺满这种3D显示屏。当你踏入其中，前后左右上下全都是逼真的三维景象，比如海洋、暴风雪或者说森林草地，如果分辨率足够高，肉眼将完全分不清真假。

在此基础上，电影、游戏将带来真正身临其境的体验。在虚拟世界里拿枪射击、拿刀挥砍，视觉反馈与真实世界毫无二致。

在比如我们的旅游，如果把那些景点都做成这种3d显示的方式，足不出户就可以体验任何的旅游场景，跟身临其境没有任何差别，甚至还有空中飞行的这种上帝视角。

它不仅能用于娱乐，还能用于各种高风险或高成本的真实场景模拟训练，如飞机驾驶、汽车驾驶，可以让新手在这种环境里先进行大量的训练，从而大幅减少实际上路中的事故。

在空间狭小的场所（如空间站、潜艇），安装这种3D显示屏后，原本令人窒息的压抑感将被巨大的虚拟户外自然场景所取代，使人心灵得到极大的放松。

甚至社交软件也可以升级为三维形态，每个人在虚拟空间中还原真实形象，无论是线上开会还是群体活动，体验都与线下真实聚会无异。甚至办公室也可以虚拟出来，那样的话我们就不用跑过去上班了，坐在家里的全息舱室里就能跟所有人面对面的交流，跟真实工作场景无二。甚至可以随时在空中显示出来需要讨论的内容，改变交流沟通的周边环境。

除了基本的显示功能之外，他还有一个非常有趣，而且很多人没有意识到的功能，那就是隐身和变形。

它是如何实现隐身效果的呢？假设路面上有一辆汽车，表面贴满了这种3D显示屏。我们不需要把汽车物理变透明，只需要通过传感器实时扫描汽车底部的路面纹理，并利用表面显示屏将路面画面以精准的角度还原出来。当一个人从旁边看过去的时候，他看到的就是一条普通的公路，只有自己触摸上去的时候才可能意识到那里有个东西挡住他。

这种隐身的关键在于实时扫描与精准的光线还原，尤其是处理好路面的接缝边缘。如果接缝处理完美，显示屏甚至不需要显示路面，而是伪装成一个垃圾桶、一盏路灯或一堵墙。

也就是说，它不止能够隐身，还能实现任意的变形。比如把你的汽车变成另外一个品牌甚至某些电影游戏里的样子，可以实现任意的更换皮肤的效果。

就像很多小说中的那种隐身衣，我们如果可以使用柔性显示面料制成衣服，实时扫描背后的环境并在正面精准还原，完全可以实现这些所谓的隐身斗篷的效果。而且既然它可以显示成任意东西了，那么完全有可能显示成为另外一个人的形状，或者说直接变成一个动物或者雕塑。这种能力远比简单的隐身衣要强大的多。

这种技术可以应用在任何物体上，比如空中的飞行器，如果它表面是这种显示屏，可以直接显示成背后的蓝天或者云层，实现肉眼与摄像头的双重隐身，或者说可以显示成为一只飞鸟和风筝之类的达到变形的效果。

更神奇的是，如果平面上的每个点都能向180度空间发射独立光线，它不仅能呈现屏幕深处的景象，甚至能在屏幕前方，例如一米范围内的空中，悬浮显示物体。

它的原理类似于凸透镜成像，通过精准控制不同角度发射的光线，让光线在屏幕前方特定距离汇聚成真正的实像。甚至当显示屏中间有一个小洞时，只要洞不太大，周边光线可以通过计算进行补偿，在洞的前方依然能呈现完整的物体，从而在视觉上把洞掩盖住。

这种将画面出屏投射的能力，可以让游戏中的道具比如如枪支刀剑，直接呈现在玩家的手臂位置，再结合动作捕捉传感器，就能实现极其逼真的交互体验。

可能你会觉得这样技术离我们还有一定的距离看起来偏科幻，事实上并非如此，这是正在发生当中的技术，并且已有原型得到验证。

这种通过控制不同角度发光来还原光线景象的技术，在学术和工业界被统称为光场显示（Light Field Display）。目前已有公司做出了可运行的原型系统，例如 Light Field Lab 推出的 SolidLight 系统，有兴趣可以搜索一下。接下来的工作只是不断优化成本、提高分辨率、增大显示面积并简化结构。

最后我们再讨论一些其他的东西。除了这种光场显示技术以外，其实还有一种3D显示的技术，值得我们讨论一下。那就是类似于《星球大战》电影当中的那那样的显示技术，在空气中直接发光扫描出来三维投影。

首先我们的灯泡为什么会发光呢？主要原因就是热。就像我们把一块铁烧红它会发光一样，灯泡也是如此，它使用一个非常细的灯丝，通过很大的电流，使这个灯丝产生非常大的热量，热到一定程度就会发光。当年爱迪生不停地尝试大量的可能材料，就是为了找出一种在非常高的温度下不容易熔断的灯丝，也就是我们现在用的钨丝。

那为什么热到一定程度会发光呢？底层的物理原理是那些构成物质的原子因为加热温度上升而获取能量，是的核外电子从低能级轨道吸收能量迁移到高能级轨道，当它们从这个高能级轨道跌落回低能级轨道的时候就会发射出光。当然你不需要理解这些背后的复杂的物理知识，只需要知道任何物体热到一定程度都会发光就行了。

也就是说，对于空气来说，只要在某个点，我们把它加热到一定程度，它就会发光。

那我们如何把空气中任意的一点加热到非常高的温度呢？我们可以通过非常强的光源，然后通过一个凸透镜或者类似于手电筒里面那样的一个反射曲面把这些光聚焦到空气中的某个点上，使这个点吸收到巨大的能量，热到发出光亮。

也就是说，我们可以使用，比如说现在的激光光源，然后把它们通过某种方式聚焦到空气中的某一个点，产生极大能量，然后在空气中打出一个发光点，同时控制这些光以非常高的频率不停地扫描空气中的每一个点，这个频率甚至高到能够超过我们人眼的反应速度的话，就可以造成一种在空中显示出来三维形状的假象，也就是类似于星球大战中的那种效果。

受限于功率强度以及我们现在的技术能力，这种方式只能在空气中显示很小，比如像萤火虫大小的一个图像，但是理论上这些都是可行的，而且我们现在都已经做出来了能跑起来的效果，随着不停地优化和技术进步，完全可以期待实现类似于星球大战电影中的那样子，直接扫描出来跟人身相等比例大小的图像。

甚至我们还可以扫描出来非常巨大的图像，就像比如说在城市上空显示出出来巨大的三维的画面，应该比现在无人机在空中飞的效果要壮观多了

当然，这种扫描出来的效果跟我们说刚才的那种光场显示比起来还是有差距的，他只是能够实现一些简单的显示，而且很难控制每个点的颜色，就像早期的黑白电视机一样，勾勒出来轮廓结构的虚像，而且每一个点都是一个小灯泡，只是把我们之前的2d显示器做成三维的了而已，无法做成我们之前描述光场显示技术可以实现的那种以假乱真的效果，更不要说用来实现隐身了

不过这都是可以期待的技术，未来哪一个更先突破获得应用都不好说，但如果我们从技术进化的角度来看，光场显示毫无疑问才是真正的更实用，有更大潜力和应用场景的一个。