【導(dǎo)讀】本文中Eric Kuerzel分析了AR/VR技術(shù)的現(xiàn)狀以及眼動(dòng)追蹤技術(shù)的行業(yè)動(dòng)向，重點(diǎn)對(duì)眼動(dòng)追蹤技術(shù)的沉浸式功能應(yīng)用做了深入解讀。Eric Kuerzel是歐司朗光電半導(dǎo)體北美公司紅外產(chǎn)品的產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理，于2006年加入歐司朗光電半導(dǎo)體，有著豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（AR/VR）是時(shí)下最熱門的技術(shù)之一，該行業(yè)從風(fēng)險(xiǎn)投資家和科技巨頭如Google、Apple和Facebook吸引數(shù)十億美元啟動(dòng)資金。
根據(jù)Parks and Associates的數(shù)據(jù)，消費(fèi)者正接受這項(xiàng)技術(shù)，全球有2400萬(wàn)家庭預(yù)計(jì)在今年年底前購(gòu)買AR/VR頭盔。與此同時(shí)，據(jù)Greenlight Insights預(yù)計(jì)，全球虛擬現(xiàn)實(shí)收入到今年年底將達(dá)到71.7億美元，并在2021年達(dá)到750億美元。另外，國(guó)際數(shù)據(jù)公司（IDC）預(yù)計(jì)AR/VR頭盔市場(chǎng)在接下來五年內(nèi)年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到108.3％。
盡管如此，AR/VR硬件的發(fā)展不如預(yù)期。那么，什么阻礙了它的發(fā)展？多數(shù)界面由頭部移動(dòng)和其它手動(dòng)輸入所控制。 但是當(dāng)畫面跟不上這些頭部移動(dòng)的速度時(shí)，用戶便會(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，人們找到了解決辦法。眼動(dòng)追蹤技術(shù)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)眼球運(yùn)動(dòng)，修正這些問題，使AR/VR能夠完全達(dá)到預(yù)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紅外（IR）光。光線穿過未檢測(cè)瞳孔并經(jīng)虹膜反射出來，將瞳孔邊緣呈現(xiàn)給相機(jī)傳感器。眼球動(dòng)作是人體內(nèi)最快的動(dòng)作之一。因此，AR/VR系統(tǒng)必須能夠跟上快速動(dòng)作。
最初，眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)在科學(xué)和商業(yè)應(yīng)用中扮演重要角色。歸根結(jié)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(dāng)重要的作用。醫(yī)療設(shè)備也能依靠眼動(dòng)追蹤來辨別用戶關(guān)注的內(nèi)容以及他們的反應(yīng)。
在計(jì)算領(lǐng)域，眼動(dòng)追蹤允許控制中心無(wú)需手動(dòng)輸入（如使用鍵盤或鼠標(biāo)）即可進(jìn)行交流，為下一代人機(jī)對(duì)話關(guān)系奠定了良好基礎(chǔ)。無(wú)人駕駛汽車和智能電器等物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的發(fā)展將依賴于這些設(shè)備的功能對(duì)眼球運(yùn)動(dòng)和口頭命令做出反應(yīng)。
隨著體積極小但功能強(qiáng)大的元件（例如緊湊型紅外發(fā)光二極管（IRED））的出現(xiàn)，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)開始。這些系統(tǒng)可以為虛擬顯示提供動(dòng)力，使其對(duì)用戶的自然和潛意識(shí)信號(hào)作出反應(yīng)，從而開啟身臨其境的虛擬體驗(yàn)新時(shí)代。
關(guān)注行業(yè)動(dòng)向
今年對(duì)眼動(dòng)追蹤技術(shù)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(nèi)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(xiàn)有耳機(jī)產(chǎn)品中。
同時(shí)，眼動(dòng)追蹤開發(fā)商，如來自瑞典的Tobii，已經(jīng)開始對(duì)消費(fèi)類AR/VR產(chǎn)品授權(quán)他們的技術(shù)。作為參考，在Tobii開始投資VR技術(shù)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(shù)行業(yè)領(lǐng)跑者目前正在收購(gòu)一些較為優(yōu)秀的眼動(dòng)追蹤創(chuàng)業(yè)公司。
顯而易見的是，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(rèn)為眼動(dòng)追蹤市值到2023年將達(dá)到14億美元，部分原因是其在AR/VR產(chǎn)品中的突出作用。
沉浸式未來
AR/VR的最終目標(biāo)是完全沉浸式體驗(yàn)。用戶從真實(shí)世界轉(zhuǎn)換到虛擬世界，而感官上不會(huì)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(xiàn)代計(jì)算史上最復(fù)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(dòng)輸入，并使用戶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(xì)節(jié)和深度。人們通常使用一副頭盔體驗(yàn)AR/VR，這種頭盔必須與用戶的瞳孔對(duì)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(huì)感覺疲勞，而且圖像會(huì)變得扁平且模糊。
找到正確的位置頗具挑戰(zhàn)性。成人瞳孔之間的長(zhǎng)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(yuǎn)鏡、顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡時(shí)尤其明顯，需要進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)觀看者的IPD才能傳遞最佳細(xì)節(jié)和深度。
大多數(shù)AR/VR頭盔采用超寬眼鏡或手動(dòng)調(diào)節(jié)器，這會(huì)導(dǎo)致過度補(bǔ)償。由于眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)可在設(shè)備內(nèi)定位瞳孔，因此新一代產(chǎn)品能夠精確計(jì)算IPD。瞳距匹配使用戶的眼睛得到放松，并充分投入到體驗(yàn)中，提高整體沉浸感。
2.自然的用戶界面。當(dāng)顯示屏對(duì)眼球運(yùn)動(dòng)（不只是頭部運(yùn)動(dòng)）作出反應(yīng)時(shí)，用戶將獲得更自然的視野。通過眼球追蹤，用戶只需簡(jiǎn)單地觀看內(nèi)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(xiàn)雜亂的圖標(biāo)，減少導(dǎo)航消耗的能量。
3.人眼獲得舒適感。人類通過中心凹（視網(wǎng)膜中視力最靈敏的小凹處）在視野中心感知視覺細(xì)節(jié)。中心凹區(qū)域外的外圍物體會(huì)顯得模糊不清。因此，如同大多數(shù)AR/VR系統(tǒng)，在每個(gè)幀中使用相同的分辨率最終會(huì)造成浪費(fèi)。相比之下，注視點(diǎn)渲染（一種數(shù)字成像處理技術(shù)）用高分辨率顯示中心凹目標(biāo)，同時(shí)降低周圍環(huán)境的分辨率，模仿人類的視野。當(dāng)眼睛在顯示屏上掃視時(shí)，眼動(dòng)追蹤對(duì)定位這個(gè)分辨率最高的點(diǎn)至關(guān)重要。
該技術(shù)不僅可使人眼感覺舒適，還能釋放硬件資源。因?yàn)樗档土苏w像素，而不會(huì)降低圖像的完整性，所以注視點(diǎn)渲染可顯著降低負(fù)載和功耗。這可將釋放的資源重新應(yīng)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，用戶不易感到眩暈。
4.逼真的社交信號(hào)。人的眼睛會(huì)說話，經(jīng)常會(huì)透露出內(nèi)心想法。在我們牙牙學(xué)語(yǔ)之前，我們?cè)缫褧?huì)通過微妙的面部表情表達(dá)情緒。眼動(dòng)追蹤技術(shù)賦予虛擬角色逼真地傳達(dá)社交信號(hào)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(yùn)動(dòng)，賦予視頻游戲和其它虛擬內(nèi)容新的特征。
5.大開眼界的安全性。每個(gè)人的虹膜和指紋都是獨(dú)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(tǒng)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(shè)備上的相機(jī)拍攝虹膜圖像進(jìn)行特征識(shí)別，而這些特征對(duì)每個(gè)人都是獨(dú)一無(wú)二的。然后，將得到的結(jié)果與用戶事先存儲(chǔ)的虹膜圖案進(jìn)行比較。虹膜掃描的錯(cuò)誤率極低，不僅速度快，還是一種非常安全的識(shí)別方法。
眼見為實(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(yù)期這些功能很快將成為各種產(chǎn)品的標(biāo)配 - 從經(jīng)濟(jì)型智能手機(jī)的耳機(jī)到高端系統(tǒng)。眼動(dòng)追蹤技術(shù)為AR/VR開發(fā)人員提供了絕好的機(jī)會(huì)：制造能夠與人類思維互動(dòng)的機(jī)器。
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