Nature独立一作！复旦大学博士生突破裸眼3D显示难题

发布时间：2026-06-02

发布时间：2025-11-27

北京时间11月27日凌晨，复旦大学计算与智能创新学院26岁的二年级博士研究生马炜杰以独立一作身份在Nature发表研究成果。该成果横跨三维计算机视觉、计算机图形学、显示光学三个领域，聚焦裸眼3D技术，首次实现桌面级显示尺寸下超宽范围的全视差裸眼3D显示，打破该领域几十年来大尺寸与宽视角“鱼与熊掌不可兼得”的局面。

从电子信息跨界人工智能马炜杰的成长经历有些不同寻常，在日复一日的持续投入中，他用行动证明专注于科学研究的本质，所有风雨都只是人生风景。

电子信息跨界人工智能，从“散修”开始的科研之路

作为一个“半路出家”的计算机专业博士生，马炜杰借《凡人修仙传》自喻自己的科研之路就像“修仙”，从“散修”开始，一路披荆斩棘，才走到如今能触摸到科研“宗门”边界的地步。

本科就读于郑州大学电子信息类中的通信工程专业，出于对计算机与人工智能的兴趣，大二时，马炜杰进入学校的服务机器人实验室参与项目研究。起初，要学习的新东西很多，他就“像一块海绵一样”疯狂吸收专业知识。在一次次实践中，他不断积累经验，和同伴组队参加机器人世界杯大赛并多次斩获冠军。这让他坚定了继续在人工智能领域深造的想法。

2019年，马炜杰参加机器人世界杯亚太邀请赛并获得冠军

本科毕业后，马炜杰赴香港中文大学（深圳）攻读计算机与信息工程专业研究型硕士，期间接触过许多项目实践，磨练了他面对压力的心态。一个偶然机会，他到浙江大学计算机辅助设计与图形系统全国重点实验室（原浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室）访问，走上了研究三维计算机视觉这条路。“我很感谢当时的老师陈昊，细心教授了我很多关于三维计算机视觉的基础知识，并且让我有了更多的兴趣从事科研工作。”

硕士学业结束后，马炜杰就加入到上海人工智能实验室、复旦大学和上海创智学院的联合培养专项学习，师从上海人工智能实验室领军科学家、复旦大学计算与智能创新学院校外合作导师、香港中文大学教授欧阳万里和上海人工智能实验室研究员钟翰森。

彼时，研究量子物理出身的钟翰森正在开展一项关于中性原子体系无缺陷原子阵列排布的研究。在使用人工智能算法控制高速空间光调制器进行动态刷新时，钟翰森萌生出将人工智能技术赋能到同样与光学有关的裸眼3D显示领域的想法。而马炜杰对三维计算机视觉有一定的研究基础与思考，同时对于三维化视觉呈现非常感兴趣，有志于探索该领域的挑战，两人一拍即合。

这是一项较为前沿的交叉课题。启动时，马炜杰坦言心里没底。“这个课题没什么相似的研究可以参考，能不能有好结果也不确定，机遇与风险并存。”在人工智能技术迭代日益加快的当下，研究的热点更替频繁。为了跟上时代节奏，领域内大多数团队更倾向于开展相对简单明确、周期较短的课题，而从头探索一个全新的本质问题难度更高，结果也更难预估。

好在两位导师给了他很大鼓励：“钟老师常耐心鼓励我说，就要做面向本质的事情，保持高的学术品味，相信自己；欧阳老师也多次开会给我们强调，功利地去刷论文不可取，要做出自己有影响力的代表作，为国家和社会做出贡献。”

进组后一年间，马炜杰几乎每日泡在实验室，可以说是“隐入尘烟”。“我觉得做高质量的科研，可能真的要跟外界浮躁的环境切割，内心才能平静，才能专注于问题本质而非其他。”“他连续好几个月都扑在这件事情上，是取得最终结果的一个关键因素。”钟翰森说。

打造智能“聚光灯”，为下一代3D超宽显示奠定基础

人类想要看到理想的画面，希望尺寸大、视角宽、最好视差也是全的。在这次发表的成果中，马炜杰提出了一种主动式的动态最优利用有限信息预算的解决方案，把有限的光学信息精准地投放到最为关键的双眼周围区域。他解释，传统的裸眼3D技术是对有限信息预算的被动折中，以至于难以看到兼具大尺寸和宽视角的3D图像。

“如果以建造泳池为例，三维显示的信息预算就相当于泳池的水量，想实现人在任何位置都能肆意游动，那么这个泳池要又长（尺寸大）又宽（视角广）。”但是，现有物理条件下可用的“水量”有限，因此，如何分配预算成为问题的关键。

当前的裸眼3D技术要么牺牲尺寸，将全部预算用于提供宽广连续的视角，但是显示屏会被极限压缩，不适合日常观看；要么牺牲视角，将预算分配到所有可能的观看方向，但只能保证一个固定、狭窄的观看区域有较好的效果，观看受限。

论文所提出的全新信息利用方案示意图，相比以前一众传统思路，能实现大尺寸下的无缝超宽范围视角支持

在这篇文章中，马炜杰提供了一个截然不同的思路，打破了“必须尽可能灌满整个泳池”的传统思维。“就像游泳者，需要的只是周身那一汪清水。”基于此，他提出了一种主动式的动态最优分配方案，其核心思想就像一个永远追随游泳者的“智能移动浪花”，实时将显示屏有限的信息资源精确地投射到双眼所在的微小区域。“眼睛到哪里，信息就跟到哪里。对观看者本人来说，他感受到的就是一片广阔、连续、完整的‘水域’，可以在其中自由移动。”

做到这一点，离不开物理精确的双目建模和人工智能的结合。通过精确建模双眼在真实世界中的视锥场，准确捕捉双眼在任意位置和角度上接收到的光强，同时辅以人工智能进行计算，即时优化最佳的光场输出，以确保双眼在移动时也能看到连续、自然的运动视差。

这种动态优化有限信息预算的利用思路，首次让大尺寸、宽视角、高分辨率和实时刷新率在现有的物理限制下达成了“和解”，为下一代裸眼3D显示器提供了一个实用且通用的科学范式。

论文中用到的物理验证原型示意图

当马炜杰第一次通过实验装置，看到那个虚拟挖掘机的阴影随着自己的头部移动而平滑变化，仿佛触手可及时，他知道，他们成功了。“那一刻，所有的疲惫和焦虑都烟消云散。”

对于项目未来，他希望能在实验室里把这项技术打磨得更成熟，让显示质量能够真正超越当下的硬件边界，从而以更完善的形态服务大众。他希望以裸眼3D技术的研究为起点，打造一个沉浸式、可交互兼具的3D内容输出窗口，应用于数字娱乐和智慧教育、医疗等领域。

研究科学的本质，做真正值得研究的“大问题”

“收到论文拟接收的邮件时，我给家人打电话哭了很久，”回忆起论文被接收的那天，马炜杰有些不好意思地说，“虽然他们完全听不懂，但知道我肯定做了不得了的事情。”

从小到大，马炜杰似乎一直不是被好运眷顾的那个孩子。自幼在并不典型的家庭环境中长大，他很早就学会独立，成长之路上遇到的曲折无数。正是这样的经历，使得马炜杰的身上具有一种不服输的韧性。“我在不完美中长大，所以我反而能更坦然面对失败。我不会轻易放弃，会好好珍惜每一个机会。”马炜杰说，只要自己认为值得做的事情，就会坚持到底。

谈及为何选择复旦，马炜杰坦言是受到复旦“自由而无用”、“卓越而有趣”的“民间校训”的吸引。在他看来，“卓越”代表着对学术的不懈追求，而“有趣”则意味着在探索真理的道路上不失好奇心与创造的活力。上海人工智能实验室和上海创智学院也是如此，鼓励师生做有影响力的事，不以发表文章为唯一指标。

“正因为学校对每个课题都有着充分的包容度，科研人员才能去做真正值得研究的‘大问题’。”马炜杰觉得，在这样的环境中，研究者才能真的做出高质量的成果，而不是追逐浮华的外在。

复旦大学计算机系建系50周年大会上，马炜杰和吴立德教授合影

文章被接收后，马炜杰在自己的社交账号上发了一条博文，小小的“火”了一下。那篇博文最后，马炜杰引用了今年诺贝尔化学奖得主北川进的话激励自己，也是这篇文章背后的真实写照：“不是跟风做热门，而是像前辈一样去探索科学的源头。”很多学生私信他如何能做出高质量的科研，他的回答都基本会指向这一点：思考问题的本质，带着纯粹的兴趣，而非在意研究是否一定要发出好刊。

喧嚣终将散去，实验室的灯光常明。正如他的社交账号主页签名写着：“Do the nature of something”（探究一些事情的本质）。

论文链接： https://www.nature.com/articles/s41586-025-09752-y