【導讀】近年來巨頭們都在積極布局眼球追蹤技術，除了眼球追蹤在人機交互的巨大潛能以外，眼球追蹤技術還可能成為VR和AR的基礎性技術，為AR的VR的發(fā)展提供必要的支持。目前我們的人機交互還主要靠的是鍵盤、鼠標、觸摸，這些輸入并不直接也不高效。人機互動的發(fā)展方向應該是越來越人性化，要能“聽”、能“看”，能主動探索和回應需求。
眼球追蹤讓機器更懂你
眼球追蹤就是這樣一個讓機器人更懂人類的技術。
眼球追蹤主要是研究眼球運動信息的獲取、建模和模擬。一是根據眼球和眼球周邊的特征變化進行跟蹤，二是根據虹膜角度變化進行跟蹤，三是主動投射紅外線等光束到虹膜來提取特征。
早在2012年，眼控技術研究科技公司Tobii宣布研發(fā)出了適配Windows 8的眼控Gaze界面。這是一家做眼球追蹤技術較早的瑞典公司。2007年公司估值1400萬美元，2009年則達到了2680萬美元。2012年，英特爾注資2100萬美元進Tobii公司，也是出于對windows 8操作系統(tǒng)一次投資。2014年，Tobii 推出了第二代智能眼鏡 Glass 2，利用每個鏡片配備 2 個攝像頭以及相應的軟件技術，實現對眼球動作的精準捕捉。
Tobii 智能眼鏡
英特爾雖然很早就收購了眼球追蹤的公司，但是經過多年，眼球追蹤依然未成為筆記本電腦的核心交互方式。而VR的發(fā)展卻讓我們看到了眼球追蹤技術應用的更多的可能性。
眼球追蹤解決VR/AR三大問題
Oculus的創(chuàng)始人Palmer Luckey曾表示，眼部跟蹤技術會成為VR技術未來的一個“重要組成部分”。不僅能實現注視點渲染技術，它還能用來創(chuàng)造一種視覺深度，以創(chuàng)作出更好的用戶界面。
（1）減少眩暈
VR要帶給人沉浸感，就要做到能讓人在虛擬空間里自然運動，這需要通過運動追蹤來改變場景的呈現。目前的VR設備主要是利用空間定位技術來捕捉人的身體的位置運動，用慣性傳感器來捕捉人的頭部的運動，人在轉動頭部時，視角會發(fā)生相應的變化。
但是這只是比較初級的動作捕捉，人其實大多數時候都是通過轉動眼球而不是頭部來改變視覺。人們習慣用眼球轉動（而不是頭部轉動）去觀察。
目前的VR只追蹤頭部不追蹤眼球運動容易使人眩暈（Motion Sickness）。人類對于頭部轉動和相對應的視野的變化是極度敏感的。如果用戶的頭轉動了，而相對的，視野轉動有延遲，只要很微小的延遲就能感覺得到。有多微小呢？研究表明，頭動和視野的延遲不能超過20ms，不然就會非常明顯。而眼球追蹤技術運用在這里正好可以解決這一問題，以眼球的變化來控制場景的變化。
（2）注視點渲染
場景的變化很必要，但是要讓VR呈現出同自然世界一樣的場景和空間感所需的信息量和計算量是極大的。目前的VR大多數是將全部場景以同等的清晰度來呈現，用戶移動頭部和身體時虛擬物體也會相應地變換位置，視點拉近和退后都會影響景深，這些變化都需要大量的計算和不斷更新。
目前的VR能達到每秒36次的刷新，而要達到人眼場景轉換的速度則需要2000-3000次每秒，要實時渲染出這些場景，就連很高配的電腦都達不到。
而事實上，VR根本就不需要也不應該以全部的清晰度來呈現場景里的所有物體。在日常生活中，我們都明白“近大遠小”，并且當我們注視一個物體時，這個物體會變清晰而其他物體會變模糊，這樣我們看物體才有空間感和景深。如果當我們的視線轉移了，畫面中的物體還是全部清晰的，那么我們的眼睛就會感到“不適應”，并且會因為處理過多信息而疲勞。
注視點渲染的效果
注視點渲染可以解決VR里畫面呈現的問題，通過追蹤眼睛的注視點，計算機可以只清晰渲染出注視點的場景，而將周邊的場景模糊呈現。這樣我們眼睛在虛擬環(huán)境中看物體和在自然場景中看物體的體驗就會變得一致，這樣虛擬和現實的切換就不會有明顯的障礙，由視點和運動帶來的眩暈也會減輕。
Oculus首席科學家Michale Abrash在談及VR趨勢時說道，VR將在5年內解決聚焦的景深問題。而視點渲染技術和眼球追蹤技術是關鍵的解決辦法。前文已寫到，英偉達與七鑫易維展開合作將從底層技術實現GPU基于眼球追蹤的注視點優(yōu)化渲染技術。
（3）眼球觸發(fā)的交互界面
VR中的交互目前還是一個尚需探索的領域，用戶已經習慣了2D的平面界面信息呈現，在進入VR里時會出現信息迷失的狀態(tài)。在很多的試驗中發(fā)現，用戶不會通過轉動頭部來獲取整個環(huán)境信息，也很難自己找到隱藏的菜單和選項，通常需要工作人員的指引或者是游戲語音的引導。
眼控VR將會為VR帶來全新的玩法，在射擊類游戲中可以由眼睛控制光標鎖定，當用戶閉上一只眼時自動調出瞄準鏡等，還可以根據玩家在游戲場景中注視點不同觸發(fā)不同的劇情，當玩家注視路口時，會自動出現地圖導航，當注視NPC不同部位觸發(fā)不同的劇情等。除此之外眼控的交互方式還可以應用于游戲菜單，不需要使用的菜單會自動隱藏，使用時通過眼控觸發(fā)，使VR界面更加干凈。
當然，虛擬現實中的交互方式還有待探索，不管是Leap Motion主張的手勢交互，還是眼球控制的技術點交互，都必須符合人們的交互習慣。
眼球追蹤的下一步怎么走？
雖然各大巨頭都各自收購、投資了眼球追蹤技術公司，眼球追蹤技術在解決VR因為的眩暈癥、提升沉浸感、增強交互方面都有極大的作用，眼球追蹤技術已然成為AR/VR發(fā)展的關鍵性和基礎性技術。
但是目前有一些顯在的問題需要解決。
（1）眼球追蹤產品價格高昂
Tobii Glass 2 售價最低為 14900 美元，高級版 29900 美元，包括了眼鏡、輔助記錄器和分析軟件。七鑫易維的眼控模組aGlass的售價是單眼1500元，包括一個眼控追蹤配件和三個分別是200度、400度、600度的近視鏡片。The Eye Tribe的眼球追蹤開發(fā)者套件，售價99美元，面向消費者的眼球追蹤盒子，售價199美元。
黃通兵表示，將眼球追蹤模組化集成到頭顯內有望將成本降低到20-30美元，但是即使這樣，要HTC、Oculus這樣的頭盔廠商消化這部分的成本，需要擴展眼球追蹤技術的應用場景。目前眼球追蹤的最大價值在于在于與英偉達、AMD這樣的GPU廠商合作，利用注視點渲染技術降低VR頭顯對GPU的需求。
（2）設備可用性有待提升
眼球追蹤技術針對人眼，因此要對人眼的生物體征有很好的了解，眼球追蹤設備需要能夠識別出不同的健康程度、不同膚色、不同特征的人眼。目前僅是近視這個問題就會困擾很多做智能眼睛和VR頭盔的用戶，更不用說一些患有斜視的用戶。
另外，我們可以看到目前眼球追蹤的設備有各種不同的形態(tài)，包括Tobii的智能眼鏡、The Eye Tribe的眼球追蹤盒子、七鑫易維的VR眼控模組。眼球追蹤盒子的形態(tài)顯然更適用于電腦，智能眼鏡可以整合到AR眼鏡里。
（3）VR/AR應用差異較大
目前來看，眼球追蹤技術應用于VR是一個必然的趨勢，目前已有帶眼球追蹤的VR頭盔Fove，各大廠商也計劃推出有眼球追蹤功能的VR一體機。
英偉達主要是希望以眼球追蹤技術幫助VR做注視點渲染，降低GPU負載，專注移動VR的高通的移動處理器可能集成眼球追蹤算法，更好地支持移動VR體驗。
雖然在此文主要集中分析VR，但是眼球追蹤在AR的應用也是不可忽視的，AR在未來的應用場景會比VR更為廣闊。
在采訪國內另一家眼球追蹤技術公司“上海青研”時了解到，相比于VR，上海青研更為傾向于眼球追蹤在AR上的應用，青研結合眼控技術與AR技術，在可穿戴的AR眼鏡上添加眼控模組。
“AR眼控技術與VR眼控技術的應用場景不同：VR看的是虛擬世界，AR看的是真實世界；VR偏重娛樂更多一些，AR偏重實用更多一些；VR to C更多一些，AR to B更多一些。青研公司開發(fā)AR眼控技術是為了滿足B端客戶的需求。”青研CEO杜煜解釋到。AR和VR不僅在客戶群，應用場景上有不同，需要解決的問題也有很大不同。
杜煜認為：“AR眼控技術與VR眼控技術的主要不同在于：VR眼控需要把眼睛注視點坐標和VR屏幕對應，AR眼控需要把眼睛注視點坐標和真實世界的物體坐標對應，所以在VR眼控技術的基礎之上，AR還需要拍攝用戶前方的真實場景，并將眼睛注視點坐標與真實場景建立起三維的對應關系。
AR眼控的主要難點有：
- 通常VR屏幕是2D的，但AR前置場景是3D的。3D位置坐標與眼睛注視點的匹配比2D坐標與眼睛注視點的匹配更復雜。
- AR眼控比VR眼控要求體積更小，功耗更低，工業(yè)設計、結構設計、電路設計的要求更高。
- AR眼控很多場合是室外使用，VR一般是室內使用，AR眼控對室外陽光的抗干擾能力要求更高。“
（4）合作模式不明朗
2016年，風投機構Accel Partners的科比·富勒（Kobie Fuller）說：“眼球追蹤技術可能非常強大，但從投資角度看，還無法確定其具備的價值?，F在有價值數十億美元的眼球追蹤技術公司嗎？我還不知道。”
從目前各大巨頭對眼球追蹤技術公司收購的金額來看，價值數十億美元的眼球追蹤技術公司并不是不可能。7月16日，美國市場研究機構MarketsandMarkets發(fā)布了關于眼動追蹤市場的分析報告，其預計該市場在2023年將達到13.765億美元的市值，2017年-2023年的年均復合增長率為27.4%。眼球追蹤的軟件和硬件在這幾年都會呈明顯上升趨勢?；蛟S現在仍不明朗的是合作模式，眼球追蹤會成為獨立的產品還是作為內嵌技術？
目前我們看到，眼球追蹤公司也都在生產眼動儀，智能眼鏡等to C的產品，以及開些幫助企業(yè)開發(fā)的to B產品，同時也在與大廠合作，做VR/AR的外接或內嵌技術，商業(yè)模式相對靈活。但是卻始終沒有獲得一個明顯的發(fā)展。VR和AR的發(fā)展對眼球追蹤技術或許能帶來不一樣的活力。
小結
目前蘋果、谷歌、Facebook、英偉達、高通這些巨頭公司幾乎占領互聯(lián)網和移動互聯(lián)網的大半壁江山，也主導著人工智能、自動駕駛、AR/VR等前沿技術的發(fā)展。
資本+技術，巨頭們的任何一個舉動都可能有改變我們的生活的潛力，而通過長期的行業(yè)報道發(fā)現，近年來巨頭們都在積極布局眼球追蹤技術，除了眼球追蹤在人機交互的巨大潛能以外，眼球追蹤技術還可能成為VR和AR的基礎性技術，為AR的VR的發(fā)展提供必要的支持。雖然未來還有不少挑戰(zhàn)，但是我們很欣喜地看到在眼球追蹤技術上，中國公司的發(fā)展已經完全與國外接軌，站在同一競爭舞臺上。
（節(jié)選自雷鋒網）
推薦閱讀：
