オリンピックの生中継から劇場での大ヒット映画まで、裸眼3Dは将来、視覚的インタラクションの主流になることができるでしょうか?

視覚は人間が情報を得る主な手段の一つであり、人間の感覚によって得られる情報全体の約80%を占めています。ディスプレイ技術は、端末がユーザーに視覚体験を提供するための重要な技術です。これは通信伝送コンテンツを提示する重要な方法であり、ネットワークの収容能力とビジネス特性に大きな影響を与えます。裸眼 3D テクノロジーは、補助装置の助けを借りずにユーザーに 3 次元の視覚体験を提供するディスプレイ テクノロジーです。端末を2次元から3次元へ進化させるための重要な技術ルートです。裸眼3D携帯電話やパッドが数多く生産され、市場に投入されています。従来の 2D ディスプレイと比較して、裸眼 3D ディスプレイは、ユーザーの没入感と衝撃感を高めるだけでなく、ヘッドマウント デバイスの重量が重く、バッテリー寿命が限られているという問題も解消します。ユーザーは裸眼での3次元視覚体験を簡単に得ることができます。さらに、裸眼 3D 技術は、豊富な奥行き情報と強力な没入感を備えているため、他の技術と組み合わせて、3D 視聴、ライブ放送、通話、会議などのさまざまなシナリオやアプリケーションを開発できます。

1. 裸眼3D技術とは何ですか?

現在、業界にはメガネ不要の 3D に関する統一された標準定義はありません。一般的に言えば、裸眼3Dの広義の定義は、外部ツールの助けを借りずに3次元の視覚効果を実現するすべての技術をカバーします。たとえば、成都春熙路の裸眼3Dスクリーンは、コンテンツの特殊効果を備えた折り畳みスクリーンを使用して3D体験を生み出し、2013年にジェイ・チョウがテレサ・テンを歌う3D画像は、半透明で半反射のフィルム投影とステージデザインを組み合わせて形成されました。裸眼 3D の狭義の定義は、ZTE の Nubia シリーズ パッドや携帯電話など、両眼視差の原理に基づいて両目に異なる画像を投影することで裸眼の 3D 効果を実現する技術を指します。この記事では、技術の発展と業界のコンセンサスに基づいて、裸眼 3D という狭義の概念を定義として採用しています。この定義における両眼視差の原理は、対応する視差画像を左目と右目に入力すると人間の脳が 3 次元体験を合成するメカニズムを利用して 3 次元効果を実現します。いわゆる視差画像とは、人間の両目（成人の両目の平均瞳孔間距離は65mm）で同じ対象物を異なる方向から観察したときに得られる、対象物の左右にわずかに差のある2つの2次元画像と理解できます。

コンテンツとディスプレイのソフトウェアおよびハードウェア技術の連携により、裸眼 3D 技術は、強力な 3 次元感覚と豊富な空間情報という特徴を備えた、インパクトのある没入型の視覚効果を実現できます。裸眼3D技術とインテリジェントメディアネットワーク、デジタルヒューマン、人工知能生成コンテンツ（AIGC）などの技術を統合することで、没入型の仮想現実体験を実現し、画面の内外の次元の壁を打ち破り、教育、ゲーム、エンターテイメント、通話などの一連のシナリオを実現し、未来志向の没入型ビジネスシステムを形成して、業界の3D時代への進化を促進します。例えば、医療分野では、遠隔手術のトレーニングが可能になり、医師は没入型環境で専門家と交流して医療専門スキルを向上させることができます。教育分野では、学生は裸眼3Dを通じて歴史的な出来事を十分体験することができ、学習がより鮮明で興味深いものになります。さらに、裸眼3Dはエンターテインメント業界のイノベーションも促進します。裸眼で見る 3D ゲームやスポーツ イベントはより魅力的になり、視聴者がコンテンツにさらに深く参加し、より没入感のあるエンターテイメント体験を生み出すようになります。この技術が広く使用されるようになると、人々はソーシャル ネットワーク上でより密接につながり、どこにいてもより豊かで興味深い体験を共有できるようになります。

裸眼 3D テクノロジーは、2 次元を超えた臨場感あふれる立体視覚体験をもたらすだけでなく、その特殊な技術原理とデータ形式により、さまざまなシナリオに応用できる可能性を秘めています。ユーザーに新たな体験をもたらし、ビジネスの2次元から3次元へのアップグレードを促進することが期待されます。裸眼3Dテクノロジーには次の特徴があります。

① 優れた立体体験：裸眼3Dは対象ユーザーの左目と右目に異なる画像を投影し、人間の視覚をシミュレートして立体画像を生成します。単一の画像の 2D 投影と比較して、よりインパクトのある没入感をもたらすことができます。さらに、豊富な空間情報により、3 次元モデルなどの仮想コンテンツへのアクセスと表示が自然に便利になります。

② 使用コストが低い：低コストには、装着時の負担が少なく、ハードウェア実装コストが低いことが含まれます。まず、裸眼3Dユーザーは他の補助装置を装着する必要がなく、バッテリーやディスプレイコンピューティングデバイスの重さによるVRなどのヘッドマウントデバイスを装着する際の不快感を経験しません。また、ヘッドマウント型のデバイスに比べ、画面が眼球から遠いため、視覚の輻輳調整による乗り物酔いが起きにくいという特徴もあります。第二に、現在の 2D ディスプレイと比較して、裸眼 3D ディスプレイのハードウェア分光法は、格子フィルムの層を追加することで光の投影をサポートできます。フィルムのコストは制御可能であり、限界効果は明ら​​かです。また、携帯電話のフィルムに似た外付けの円筒レンズフィルムアップグレード方式も徐々に成熟し、設備を交換することなく既存の2D端末の裸眼3Dアップグレードをサポートできるようになりました。 3 つ目は、裸眼 3D は 2D ディスプレイとの互換性をサポートすることです。コンテンツとエンコード方式を調整することで、2D/3D表示のホットスイッチングを実現できます。

③ ソフトウェアとハ​​ードウェアのシステム連携：裸眼3Dの実現には、ハードウェア分光測定、ソフトウェアエンコードレンダリング、3Dコンテンツのシステム連携が必要です。業界で一般的に使用されている 3D コンテンツ形式である SBS (Side-By-Side) 形式は、左右の視点の画像を水平に接合して SBS 形式の画像にするなど、左右の視点のデータを単一チャネル伝送に統合する特徴があります。 3D コンテンツは、まずソフトウェアによってエンコードおよびレンダリングされてラスター データが形成され、次にターゲットが分割されてディスプレイ ハードウェアを通じて投影され、3D 視覚効果が生成されます。

④ 高いトラフィック帯域幅：裸眼3D効果を実現するには、3Dコンテンツの連携が必要です。このタイプのコンテンツには左目と右目の両方のビューが含まれているため、必要な解像度は同じレベルの 2D 効果よりも高くなります。したがって、同じ素材の場合、裸眼 3D コンテンツの伝送帯域幅とトラフィック要件は 2D コンテンツの約 1.5 ～ 3 倍となり、事業者の事業収益に明らかな推進力をもたらします。

⑤ 内生的AI：裸眼3Dに必要な3Dコンテンツには、左目と右目の両方の視点からの画像情報が含まれています。直接取得にはデュアル チャネル機器の動作が必要であり、機器の間隔には特定の要件があるため、既存の高度に統合され小型化された機器ではこれを実現するのは困難です。そのため、収集したシングルビューの2D情報をAI技術を用いてデュアルビューの3D情報に変換する必要があります。さらに、仮想 3D コンテンツに対する需要は非常に大きいです。手作業による設計とモデリングで制作するとコストが非常に高くなり、ビジネス展開のニーズを満たすことが難しくなります。大量かつ高品質な3Dコンテンツを迅速に生成するには、AIによる自動インテリジェント生成技術を導入する必要があります。

2. 裸眼3D技術の原理

裸眼 3D テクノロジーは、SBS (Side-by-Side) コンテンツをレンダリングし、対象ユーザーの左目と右目に異なるビューを投影して 3D 効果を生み出します。裸眼 3D 技術の中核は、3D エンコーディング アルゴリズムとグレーティング ハードウェアであり、それぞれ SBS コンテンツのラスター エンコーディングとそれに続くスペクトル投影を担当します。この 2 つが連携して 3 次元効果を生み出します。全体的なプロセスは次のとおりです。裸眼 3D システムが SBS コンテンツを取得した後、3D エンコード アルゴリズムは、まず認識および位置決めアルゴリズムを通じて対象ユーザーの両眼の位置を取得し、次に位置情報、格子ハードウェア パラメータなどに基づいて SBS コンテンツをラスタライズされたデータにエンコードします。次に、格子ハードウェアはエンコードされたデータの分布に応じて光を分割し、異なる位置に投影されるように光を制御します。これにより、対応する画像が対象ユーザーの左目と右目に入り、3D 視覚体験が形成されます (図 1)。

図1 裸眼3D技術の原理の概略図

さまざまな格子ハードウェア実装方法に応じて、現在、裸眼 3D 業界では、光バリア、円筒レンズ、指向性光源という 3 つの特定の技術実装ルートがあります。

①光バリア技術：光を遮断することで、異なる視点からの情報をそれぞれ左目と右目の位置に投影する原理です（図2）。その利点は、シンプルさ、実装の容易さ、低コストですが、欠点は、格子が不透明で光を遮断し、全体的な明るさが大幅に低下することです。現在、業界で使用されている技術では、一般的に液晶電子格子が使用されており、液晶を制御して光を通過/遮断することで、2Dと3D間のロスレス切り替えを実現できます。明るさが低いため、現在業界ではほとんど使用されていません。

図2 光バリア技術の原理の模式図

②円筒レンズ技術：その原理は、マイクロナノ円筒レンズ構造を使用して光を屈折させ、左右の目に分割効果を実現することです（図3）。利点は輝度損失が少なく、コストが低いこと（物理的な柱状結晶格子）であり、欠点は 2D ディスプレイで一定の鋸歯状効果が発生することです（物理的な柱状結晶格子）。現在、業界では円筒レンズを実現する方法として、物理的な円筒結晶格子と液晶レンズの 2 つがあります。液晶レンズは液晶を使用して曲率を調整できる円筒レンズを形成します。これにより、円筒形結晶格子の利点が保持されるだけでなく、2D/3D 効果をロスレスに切り替えることもできます。ただし、コストが比較的高いという欠点があります。一般的に、円筒レンズは現在業界で最も広く使用されている方法です。

図3 円筒レンズ技術の原理の概略図

③ポインティング光源技術：原理は、指向性バックライトの層を追加し、高速応答LCDパネルと駆動方法を組み合わせ、3Dコンテンツが視聴者の左目と右目に順番に入り、画像を交換して視差を生み出すことです（図4）。その利点は、高輝度と 2D/3D 効果間のロスレス切り替えです。欠点は、バックライトの追加層によりデバイスが厚くなり、コストが高くなることです。現在の業界では、指向性バックライト技術を使用して裸眼 3D デバイスを設計および製造している企業もあります。

図4 指向性光源技術の原理の模式図

3. 裸眼3D技術の応用シナリオ

① 肉眼3Dライブ放送：2Dから3Dへのプラットフォームのリアルタイムトランスコーディング機能に基づいて、通常の単眼カメラを通じて2D画像を収集、エンコードして送信します。プラットフォームによるトランスコード後、SBS形式の3Dコンテンツが形成され、裸眼3D表示機能を備えた端末に送信され、位置決め、エンコード、スペクトル投影が完了し、ユーザーに3D効果を提示します。裸眼 3D ライブ放送は、取得機器をアップグレードすることなく、ユーザーにリアルタイムで臨場感あふれる裸眼 3D ライブ放送体験を提供できます。 Migu社は2024年6月の欧州選手権の生中継で初めて裸眼3D生中継を採用し、7月のパリオリンピックの生中継ではさらに最適化・アップグレードしました。

図5 裸眼3Dオリンピック中継

② 肉眼3D鑑賞：制作または変換されたSBS動画はクラウドまたは端末に保存されます。ユーザーがビデオオンデマンドコマンドを発行すると、コマンドは送信され、デコードされ、レンダリングされて端末に表示され、ユーザーに 3D 体験が提供されます。裸眼 3D 視聴は、ユーザーに新しいビデオ視聴体験を提供します。没入感とインパクトが強いため、ドキュメンタリー、アクション、SFなど、さまざまなタイプのビデオと高い互換性があります。 Migu Video iWatch バージョンでは、裸眼 3D ビデオ ゾーンが開始され、ユーザーは専用の裸眼 3D 機器を使用して、事前に作成された 3D ビデオ ソースを視聴できます。

図6 裸眼3Dビデオ

③ 裸眼3Dコミュニケーション：裸眼3Dコミュニケーションには、呼び出し音や画面照明などのビデオ再生サービスや、リアルタイム3D通話サービスが含まれます。 3D ビデオのリングバック トーンとライトアップ スクリーンは、視覚的なインパクトのあるビジネス体験をもたらし、広告やパーソナライズされたディスプレイでリングバック トーンとライトアップ スクリーンの製品機能を効果的に実証します。裸眼3D通話はVoLTE/VoNRビデオ通話をベースとし、高性能の2Dから3Dへの変換技術を統合して、ユーザーに新しい没入型の3次元通話体験をもたらし、通話サービスの新しいシナリオを拡張する余地を提供します。

図7 裸眼3Dリングバックトーンと通話

4. 結論

Naked-eye 3D は、ソフトウェア、ハードウェア、コンテンツを体系的に調整することで、左目と右目の画像の正確な配信と応答制御を実現し、両眼視差を利用して 3 次元視覚を形成します。裸眼3D技術に基づいて、ユーザーは追加の機器を装着することなく3D効果を得ることができ、斬新なインパクトと没入感をもたらします。現在一般的に使用されている格子ハードウェアは、特定の角度範囲内で光を同時に分割し、左目と右目の一対の画像を投影することしかできず、精度が不十分であるため、裸眼3Dは依然として、1人の使用のみのサポート、視野角の制限、ゴーストなどの問題に直面しています。しかし、裸眼3D関連技術の継続的な発展により、これらの問題は徐々に解決され、最適化されるでしょう。裸眼3Dは、ライブ放送、映画鑑賞、通話、ゲーム、会議など、多くのシナリオで徐々に推進され、適用されることが予測されます。裸眼3Dの大規模な応用により、その高帯域幅トラフィック、内因性AIなどの特性は、ネットワークトラフィックとコンピューティングリソースの需要の増加を大幅に促進し、ネットワークの進化と発展の新たな原動力になります。

著者：イン・シンホア、ヤン・ベンジー、リュウ・クン、ジ・ホンフェイ

所属部署：中国移動研究所