【導讀】本文中Eric Kuerzel分析了AR/VR技術的現狀以及眼動追蹤技術的行業(yè)動向，重點對眼動追蹤技術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品的產品營銷經理，于2006年加入歐司朗光電半導體，有著豐富的行業(yè)經驗。
增強現實與虛擬現實技術（AR/VR）是時下最熱門的技術之一，該行業(yè)從風險投資家和科技巨頭如Google、Apple和Facebook吸引數十億美元啟動資金。
根據Parks and Associates的數據，消費者正接受這項技術，全球有2400萬家庭預計在今年年底前購買AR/VR頭盔。與此同時，據Greenlight Insights預計，全球虛擬現實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頭盔市場在接下來五年內年復合增長率將達到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和其它手動輸入所控制。 但是當畫面跟不上這些頭部移動的速度時，用戶便會產生眩暈感。更重要的是，幀速率和分辨率偏低會使圖像失真或發(fā)生抖晃。
不過，人們找到了解決辦法。眼動追蹤技術可實時監(jiān)測眼球運動，修正這些問題，使AR/VR能夠完全達到預期效果。眼動追蹤技術的工作原理是向角膜照射不可見紅外（IR）光。光線穿過未檢測瞳孔并經虹膜反射出來，將瞳孔邊緣呈現給相機傳感器。眼球動作是人體內最快的動作之一。因此，AR/VR系統(tǒng)必須能夠跟上快速動作。
最初，眼動追蹤系統(tǒng)在科學和商業(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想法，這使得眼動追蹤技術在市場研究領域具有相當重要的作用。醫(yī)療設備也能依靠眼動追蹤來辨別用戶關注的內容以及他們的反應。
在計算領域，眼動追蹤允許控制中心無需手動輸入（如使用鍵盤或鼠標）即可進行交流，為下一代人機對話關系奠定了良好基礎。無人駕駛汽車和智能電器等物聯(lián)網（IoT）的發(fā)展將依賴于這些設備的功能對眼球運動和口頭命令做出反應。
隨著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跟蹤傳感器集成到他們的產品中。這只是一個開始。這些系統(tǒng)可以為虛擬顯示提供動力，使其對用戶的自然和潛意識信號作出反應，從而開啟身臨其境的虛擬體驗新時代。
關注行業(yè)動向
今年對眼動追蹤技術來說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)內首款眼動追蹤VR頭盔。與此同時，一些AR/VR硬件公司也紛紛進行仿效，將眼動追蹤以某種形式加入到他們的現有耳機產品中。
同時，眼動追蹤開發(fā)商，如來自瑞典的Tobii，已經開始對消費類AR/VR產品授權他們的技術。作為參考，在Tobii開始投資VR技術之后不久，從2014年到2016年，該公司的銷售額幾乎翻了一番。Google和Facebook等技術行業(yè)領跑者目前正在收購一些較為優(yōu)秀的眼動追蹤創(chuàng)業(yè)公司。
顯而易見的是，整個技術世界正在密切關注這一領域。全球研究公司MarketsandMarkets認為眼動追蹤市值到2023年將達到14億美元，部分原因是其在AR/VR產品中的突出作用。
沉浸式未來
AR/VR的最終目標是完全沉浸式體驗。用戶從真實世界轉換到虛擬世界，而感官上不會中斷，他們所有的感覺，如聽覺、觸覺、味覺、視覺和嗅覺等都持續(xù)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，要解決該問題絕非易事。第一步，在硬件上需要減少手動輸入，并使用戶能夠與虛擬世界互動，如同身處在真實世界。
眼動追蹤可通過以下五種方法極大地推動沉浸式功能的發(fā)展：
1.最佳的細節(jié)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的瞳孔對齊，以便向用戶完整地傳遞顯示屏上的三維空間。如果偏離中心位置，眼睛就會感覺疲勞，而且圖像會變得扁平且模糊。
找到正確的位置頗具挑戰(zhàn)性。成人瞳孔之間的長度（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、顯微鏡和望遠鏡時尤其明顯，需要進行調整以適應觀看者的IPD才能傳遞最佳細節(jié)和深度。
大多數AR/VR頭盔采用超寬眼鏡或手動調節(jié)器，這會導致過度補償。由于眼動追蹤系統(tǒng)可在設備內定位瞳孔，因此新一代產品能夠精確計算IPD。瞳距匹配使用戶的眼睛得到放松，并充分投入到體驗中，提高整體沉浸感。
2.自然的用戶界面。當顯示屏對眼球運動（不只是頭部運動）作出反應時，用戶將獲得更自然的視野。通過眼球追蹤，用戶只需簡單地觀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。人類通過中心凹（視網膜中視力最靈敏的小凹處）在視野中心感知視覺細節(jié)。中心凹區(qū)域外的外圍物體會顯得模糊不清。因此，如同大多數AR/VR系統(tǒng)，在每個幀中使用相同的分辨率最終會造成浪費。相比之下，注視點渲染（一種數字成像處理技術）用高分辨率顯示中心凹目標，同時降低周圍環(huán)境的分辨率，模仿人類的視野。當眼睛在顯示屏上掃視時，眼動追蹤對定位這個分辨率最高的點至關重要。
該技術不僅可使人眼感覺舒適，還能釋放硬件資源。因為它降低了整體像素，而不會降低圖像的完整性，所以注視點渲染可顯著降低負載和功耗。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，在提高顯示質量的同時，滯后時間也能大幅減少，用戶不易感到眩暈。
4.逼真的社交信號。人的眼睛會說話，經常會透露出內心想法。在我們牙牙學語之前，我們早已會通過微妙的面部表情表達情緒。眼動追蹤技術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，賦予視頻游戲和其它虛擬內容新的特征。
5.大開眼界的安全性。每個人的虹膜和指紋都是獨一無二的。AR/VR頭盔采用眼動追蹤進行虹膜掃描，無需密碼，使系統(tǒng)使用更便捷，同時更具安全性。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行特征識別，而這些特征對每個人都是獨一無二的。然后，將得到的結果與用戶事先存儲的虹膜圖案進行比較。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。
眼見為實
尖端技術的發(fā)展在取得重大突破后往往會得到高速發(fā)展。鑒于FOVE發(fā)布的第一款眼動追蹤VR頭盔，我們預期這些功能很快將成為各種產品的標配 - 從經濟型智能手機的耳機到高端系統(tǒng)。眼動追蹤技術為AR/VR開發(fā)人員提供了絕好的機會：制造能夠與人類思維互動的機器。
推薦閱讀：
