【導讀】本文中Eric Kuerzel分析了AR/VR技術(shù)的現狀以及眼動(dòng)追蹤技術(shù)的行業(yè)動(dòng)向，重點(diǎn)對眼動(dòng)追蹤技術(shù)的沉浸式功能應用做了深入解讀。Eric Kuerzel是歐司朗光電半導體北美公司紅外產(chǎn)品的產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理，于2006年加入歐司朗光電半導體，有著(zhù)豐富的行業(yè)經(jīng)驗。
增強現實(shí)與虛擬現實(shí)技術(shù)（AR/VR）是時(shí)下最熱門(mén)的技術(shù)之一，該行業(yè)從風(fēng)險投資家和科技巨頭如Google、Apple和Facebook吸引數十億美元啟動(dòng)資金。
根據Parks and Associates的數據，消費者正接受這項技術(shù)，全球有2400萬(wàn)家庭預計在今年年底前購買(mǎi)AR/VR頭盔。與此同時(shí)，據Greenlight Insights預計，全球虛擬現實(shí)收入到今年年底將達到71.7億美元，并在2021年達到750億美元。另外，國際數據公司（IDC）預計AR/VR頭盔市場(chǎng)在接下來(lái)五年內年復合增長(cháng)率將達到108.3％。
盡管如此，AR/VR硬件的發(fā)展不如預期。那么，什么阻礙了它的發(fā)展？多數界面由頭部移動(dòng)和其它手動(dòng)輸入所控制。 但是當畫(huà)面跟不上這些頭部移動(dòng)的速度時(shí)，用戶(hù)便會(huì )產(chǎn)生眩暈感。更重要的是，幀速率和分辨率偏低會(huì )使圖像失真或發(fā)生抖晃。
不過(guò)，人們找到了解決辦法。眼動(dòng)追蹤技術(shù)可實(shí)時(shí)監測眼球運動(dòng)，修正這些問(wèn)題，使AR/VR能夠完全達到預期效果。眼動(dòng)追蹤技術(shù)的工作原理是向角膜照射不可見(jiàn)紅外（IR）光。光線(xiàn)穿過(guò)未檢測瞳孔并經(jīng)虹膜反射出來(lái)，將瞳孔邊緣呈現給相機傳感器。眼球動(dòng)作是人體內最快的動(dòng)作之一。因此，AR/VR系統必須能夠跟上快速動(dòng)作。
最初，眼動(dòng)追蹤系統在科學(xué)和商業(yè)應用中扮演重要角色。歸根結底，眼睛是心靈的窗口，可以立即顯露出人們的真實(shí)想法，這使得眼動(dòng)追蹤技術(shù)在市場(chǎng)研究領(lǐng)域具有相當重要的作用。醫療設備也能依靠眼動(dòng)追蹤來(lái)辨別用戶(hù)關(guān)注的內容以及他們的反應。
在計算領(lǐng)域，眼動(dòng)追蹤允許控制中心無(wú)需手動(dòng)輸入（如使用鍵盤(pán)或鼠標）即可進(jìn)行交流，為下一代人機對話(huà)關(guān)系奠定了良好基礎。無(wú)人駕駛汽車(chē)和智能電器等物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的發(fā)展將依賴(lài)于這些設備的功能對眼球運動(dòng)和口頭命令做出反應。
隨著(zhù)體積極小但功能強大的元件（例如緊湊型紅外發(fā)光二極管（IRED））的出現，創(chuàng )新型公司正逐步將眼動(dòng)跟蹤傳感器集成到他們的產(chǎn)品中。這只是一個(gè)開(kāi)始。這些系統可以為虛擬顯示提供動(dòng)力，使其對用戶(hù)的自然和潛意識信號作出反應，從而開(kāi)啟身臨其境的虛擬體驗新時(shí)代。
關(guān)注行業(yè)動(dòng)向
今年對眼動(dòng)追蹤技術(shù)來(lái)說(shuō)是具有突破性的一年。今年1月，日本VR創(chuàng )業(yè)公司FOVE發(fā)布了業(yè)內首款眼動(dòng)追蹤VR頭盔。與此同時(shí)，一些AR/VR硬件公司也紛紛進(jìn)行仿效，將眼動(dòng)追蹤以某種形式加入到他們的現有耳機產(chǎn)品中。
同時(shí)，眼動(dòng)追蹤開(kāi)發(fā)商，如來(lái)自瑞典的Tobii，已經(jīng)開(kāi)始對消費類(lèi)AR/VR產(chǎn)品授權他們的技術(shù)。作為參考，在Tobii開(kāi)始投資VR技術(shù)之后不久，從2014年到2016年，該公司的銷(xiāo)售額幾乎翻了一番。Google和Facebook等技術(shù)行業(yè)領(lǐng)跑者目前正在收購一些較為優(yōu)秀的眼動(dòng)追蹤創(chuàng )業(yè)公司。
顯而易見(jiàn)的是，整個(gè)技術(shù)世界正在密切關(guān)注這一領(lǐng)域。全球研究公司MarketsandMarkets認為眼動(dòng)追蹤市值到2023年將達到14億美元，部分原因是其在A(yíng)R/VR產(chǎn)品中的突出作用。
沉浸式未來(lái)
AR/VR的最終目標是完全沉浸式體驗。用戶(hù)從真實(shí)世界轉換到虛擬世界，而感官上不會(huì )中斷，他們所有的感覺(jué)，如聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)、視覺(jué)和嗅覺(jué)等都持續活躍在虛擬世界中。這是現代計算史上最復雜的難題之一。但是，要解決該問(wèn)題絕非易事。第一步，在硬件上需要減少手動(dòng)輸入，并使用戶(hù)能夠與虛擬世界互動(dòng)，如同身處在真實(shí)世界。
眼動(dòng)追蹤可通過(guò)以下五種方法極大地推動(dòng)沉浸式功能的發(fā)展：
1.最佳的細節和深度。人們通常使用一副頭盔體驗AR/VR，這種頭盔必須與用戶(hù)的瞳孔對齊，以便向用戶(hù)完整地傳遞顯示屏上的三維空間。如果偏離中心位置，眼睛就會(huì )感覺(jué)疲勞，而且圖像會(huì )變得扁平且模糊。
找到正確的位置頗具挑戰性。成人瞳孔之間的長(cháng)度（即瞳距（IPD））介于5.1厘米至7.7厘米。這種差別在使用雙筒望遠鏡、顯微鏡和望遠鏡時(shí)尤其明顯，需要進(jìn)行調整以適應觀(guān)看者的IPD才能傳遞最佳細節和深度。
大多數AR/VR頭盔采用超寬眼鏡或手動(dòng)調節器，這會(huì )導致過(guò)度補償。由于眼動(dòng)追蹤系統可在設備內定位瞳孔，因此新一代產(chǎn)品能夠精確計算IPD。瞳距匹配使用戶(hù)的眼睛得到放松，并充分投入到體驗中，提高整體沉浸感。
2.自然的用戶(hù)界面。當顯示屏對眼球運動(dòng)（不只是頭部運動(dòng)）作出反應時(shí)，用戶(hù)將獲得更自然的視野。通過(guò)眼球追蹤，用戶(hù)只需簡(jiǎn)單地觀(guān)看內容即可參與其中，例如選擇武器或拿起球。這可避免屏幕上出現雜亂的圖標，減少導航消耗的能量。
3.人眼獲得舒適感。人類(lèi)通過(guò)中心凹（視網(wǎng)膜中視力最靈敏的小凹處）在視野中心感知視覺(jué)細節。中心凹區域外的外圍物體會(huì )顯得模糊不清。因此，如同大多數AR/VR系統，在每個(gè)幀中使用相同的分辨率最終會(huì )造成浪費。相比之下，注視點(diǎn)渲染（一種數字成像處理技術(shù)）用高分辨率顯示中心凹目標，同時(shí)降低周?chē)h(huán)境的分辨率，模仿人類(lèi)的視野。當眼睛在顯示屏上掃視時(shí)，眼動(dòng)追蹤對定位這個(gè)分辨率最高的點(diǎn)至關(guān)重要。
該技術(shù)不僅可使人眼感覺(jué)舒適，還能釋放硬件資源。因為它降低了整體像素，而不會(huì )降低圖像的完整性，所以注視點(diǎn)渲染可顯著(zhù)降低負載和功耗。這可將釋放的資源重新應用于其它操作，如提高幀速率。因此，在提高顯示質(zhì)量的同時(shí)，滯后時(shí)間也能大幅減少，用戶(hù)不易感到眩暈。
4.逼真的社交信號。人的眼睛會(huì )說(shuō)話(huà)，經(jīng)常會(huì )透露出內心想法。在我們牙牙學(xué)語(yǔ)之前，我們早已會(huì )通過(guò)微妙的面部表情表達情緒。眼動(dòng)追蹤技術(shù)賦予虛擬角色逼真地傳達社交信號的能力，使虛擬角色擁有生命力。它們可以傳遞逼真的眼球運動(dòng)，賦予視頻游戲和其它虛擬內容新的特征。
5.大開(kāi)眼界的安全性。每個(gè)人的虹膜和指紋都是獨一無(wú)二的。AR/VR頭盔采用眼動(dòng)追蹤進(jìn)行虹膜掃描，無(wú)需密碼，使系統使用更便捷，同時(shí)更具安全性。工作原理便是它用紅外照亮眼睛，用設備上的相機拍攝虹膜圖像進(jìn)行特征識別，而這些特征對每個(gè)人都是獨一無(wú)二的。然后，將得到的結果與用戶(hù)事先存儲的虹膜圖案進(jìn)行比較。虹膜掃描的錯誤率極低，不僅速度快，還是一種非常安全的識別方法。
眼見(jiàn)為實(shí)
尖端技術(shù)的發(fā)展在取得重大突破后往往會(huì )得到高速發(fā)展。鑒于FOVE發(fā)布的第一款眼動(dòng)追蹤VR頭盔，我們預期這些功能很快將成為各種產(chǎn)品的標配 - 從經(jīng)濟型智能手機的耳機到高端系統。眼動(dòng)追蹤技術(shù)為AR/VR開(kāi)發(fā)人員提供了絕好的機會(huì )：制造能夠與人類(lèi)思維互動(dòng)的機器。
推薦閱讀：
