裸眼3D新突破！钢铁侠同款技术让你徒手拿捏悬浮三维图像

【导语】你是否曾梦想像《钢铁侠》中的托尼·斯塔克那样，在空中自由操控三维设计图？这一科幻场景如今正逐步成为现实。西班牙纳瓦拉公立大学的计算机科学家团队在人机交互顶级会议CHI 2025上发布了一项名为“FlexiVol”的新型显示技术，让用户能够直接与悬浮空中的三维图像实时互动。这一突破不仅模糊了虚拟与现实的界限，更为教学、医学展示等领域带来了革命性的变化。未来，数字世界或将触手可及。

你是否(fǒu)曾(céng)幻(huàn)想(xiǎng)拥(yōng)有(yǒu)《钢(gāng)铁(tiě)侠(xiá)》电(diàn)影(yǐng)中(zhōng)托(tuō)尼(ní)·斯(sī)塔(tǎ)克(kè)的(de)实(shí)验(yàn)室(shì)？他(tā)只(zhǐ)需(xū)在(zài)空(kōng)中(zhōng)挥(huī)挥(huī)手(shǒu)，就(jiù)能(néng)将(jiāng)复(fù)杂(zá)的(de)三(sān)维(wéi)设(shè)计(jì)图(tú)拆(chāi)解、旋转、组合，看上去十分酷炫。

《钢铁侠》剧照

这些存在于科幻电影中的场景现在已触手可及。近日，由西班牙纳瓦拉公立大学（UPNA）的计算机科学家艾洛迪·布兹比布（Elodie Bouzbib）领导的团队，在人机交互领域的顶级会议CHI 2025上发表了一项突破性研究，向我们展示了一种名为“FlexiVol”的新型显示技术。该技术首次让用户实现了直接与悬浮在空中的三维图像进行实时互动的梦想。

01从全息投影到体积显示：两种技术的区别

当我们在电影里看到那些酷炫的悬浮在空中的三维图像时，脑海中浮现的第一个词往往是“三维全息投影”（Hologram）。然而，正如麻省理工学院（MIT）3D显示技术专家迈克尔·博夫（Michael Bove）指出，它更准确的叫法应该是“体积显示”（Volumetric Display）。

位于布里斯班的全息投影动物园（图源：Hologram Zoo）

这两者究竟有什么区别呢？

简单来说，全息投影，是用光来“重建”一个物体的立体图像。全息投影技术会把物体反射光的“路径和角度”都记录下来，然后通过光的衍射把这些信息重新“播”出来。但它不是裸眼可见的实体，我们的手可以(yǐ)毫(háo)无(wú)阻(zǔ)碍(ài)地穿过去，无法与三维图像“互动”。

全息投影原理演示（图源：Stanford Computational Imaging Lab）

相比较而言，体积显示是在一个真实的三维空间体内，用无数个快速移动或同时点亮的光点，“堆”出一个看得见、甚至摸得着的立体发光物体。它可不是虚无的光影，而是实实在在占据着物理空间的“光雕塑”。

体积显示器示例（图源：LED Pulse）

02FlexiVol：从刚性平面到柔性幕布

体积显示是如何工作的呢？大家肯定记得小时候玩过的翻页动画书。当我们快速翻动书页时，静止的画面就动了起来。体积显示也利用了类似的原理，即视觉暂留效应。

翻页动画书示例（图源：harun uğur）

体积显示技术通常依赖于一个高速振动的平面器件，被称为“扩散器”（Diffuser）。投影仪以极高的频率，将三维物体不同深度的一帧帧2D图像连续投射到扩散器上。由于我们的眼睛来不及分辨每一次的闪烁，大脑会自动将这些连续的2D图像“缝合”起来，形成一个稳定、立体的三维影像。

使用体积显示技术游玩《毁灭战士》（图源：Ancient|Youtube）

不过，传统的体积显示技术有一个瓶颈问题：那块扩散器通常是刚性的。它虽然在高速运动，但本质上仍是一面坚固的“墙”。我们无法将手伸进去与内部的图像互动，任何物理接触都可能损坏设备或伤到用户。

而FlexiVol的绝妙之处在于，研究人员把这面(miàn)“墙”改成了一块用很多柔软细条做成的“帘子”。当你的手伸过去时，这些柔软的细条会像门帘一样自然地从你手指两边分开。等你手拿开，它又会恢复原样。

FlexiVol示例（图源：Asier Marzo）

正是这个“弹性+条带化”的创新设计，彻底打破了传统技术物理交互的壁垒，让用户的手可以安全、自由地伸入三维图像所在的体积空间中。

不过，我们是真的“摸到”那些图像了吗？

从物理上来说，并非如此。

这是一种精妙的“交互幻觉”。FlexiVol系统集成了一套高速、高精度的成像设备，用来实时追踪用户手部的位置和动作。当你做出“抓取”“推拉”或“旋转”的动作时，系统会立刻捕捉到这些意图，并驱动计算机实时更新三维图形的状态，使其看起来就好像真的被你操纵了一样。

一个人“捏着”3D头骨，并以精确方式旋转它（图源：UPNA）

03不用眼镜也能看到“真三维”图像，还能多人同时围观

FlexiVol 的另一个优势在于，它实现了真正意义上的裸眼三维显示。

传统的3D观影、VR体验常常需要佩戴眼镜或(huò)头(tóu)显(xiǎn)设备，通过制造左右眼视差来“欺骗”人眼并制造深度感。

3D电影（图源：planetech）

FlexiVol 则不同，它利用双眼不同视角接收到的图像（双眼视差）和眼球自动调焦能力（焦点调节）这两种视觉线索，让人无需任何辅助设备，就能看到“漂浮在空中”的图像，并感受到其空间深度。

这意味着，多个观众可以同时从不同角度观看并交互，非常适合(hé)教(jiào)学(xué)、医(yī)学(xué)展(zhǎn)示(shì)或(huò)工(gōng)程(chéng)讨(tǎo)论(lùn)等(děng)需(xū)要(yào)集体(tǐ)参(cān)与(yǔ)的(de)场(chǎng)合(hé)。

两(liǎng)个(gè)人(rén)正(zhèng)在(zài)观(guān)察(chá)3D头(tóu)骨(gǔ)，其(qí)中(zhōng)一(yī)人(rén)正(zhèng)在(zài)“触(chù)摸(mō)”眼(yǎn)孔(kǒng)（图(tú)源(yuán)：Iñigo Ezcurdia）

当然，FlexiVol的故事才刚刚开始。研究团队已经在琢磨下一步了：他们计划引入触觉反馈系统，让用户在互动时能感受到物体的温度、压力或材质，营造更加逼真的体验。

毕竟，当我们看到悬浮在空中的物体时，第一反应往往就是想伸手去抓。而体积显示，可能(néng)正(zhèng)是(shì)让(ràng)那(nà)种(zhǒng)冲(chōng)动(dòng)不(bù)再(zài)落(luò)空(kōng)的(de)技(jì)术(shù)。未(wèi)来(lái)，数(shù)字(zì)世(shì)界(jiè)将(jiāng)不(bù)再(zài)是(shì)遥(yáo)不(bù)可(kě)及(jí)、冰(bīng)冷(lěng)抽(chōu)象(xiàng)的(de)存(cún)在(zài)，而是可以“触摸”的真实体验。

参考资料：

1.FlexiVol: a Volumetric Display with an Elastic Diffuser to Enable Reach-Through Interaction. CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI ’25), ACM SIGCHI, Apr 2025, Yokohama, Japan.

2.https://www.discovermagazine.com/technology/its-possible-to-manipulate-this-new-interactive-hologram-which-could-improve

3.https://doi.org/10.1145/3706598.3714315

4.https://scitechdaily.com/no-longer-science-fiction-scientists-develop-first-ever-touchable-3d-holograms/

作者：刘若冰

策划：刘颖 张超 李培元 杨柳

审核专家： 龚雷 中国科学技术大学物理学院 光学与光学工程系副教授