下一代AR和VR將由眼動(dòng)追蹤推動(dòng)？

隨著眼動(dòng)追蹤技術(shù)的進(jìn)步，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱AR/VR）正在實(shí)現(xiàn)更大的技術(shù)飛躍。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近些年來(lái)，隨著許多初創(chuàng)企業(yè)及來(lái)自如谷歌、蘋(píng)果、三星及臉書(shū)（Facebook）等科技巨頭的大量資金支持，AR/VR發(fā)展迅速。雖已積累大量經(jīng)驗(yàn)，但AR/VR的硬件還停留在相對(duì)“粗放”的階段。大多數(shù)界面均通過(guò)頭部動(dòng)作及手柄輸入來(lái)獲取信息。圖形/圖像并不真實(shí)，同時(shí)由于決策力降低及體能下降，對(duì)眼睛傷害也會(huì)增加。眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控眼部活動(dòng)，因此可能改變硬件落后的現(xiàn)狀。從傳統(tǒng)角度來(lái)看，此項(xiàng)技術(shù)已被用于科學(xué)及商業(yè)目的收集信息，來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的市場(chǎng)分析及醫(yī)學(xué)診斷。由于人類(lèi)主要使用視覺(jué)來(lái)感知周?chē)h(huán)境，因此眼睛可透露其思想動(dòng)態(tài)。眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)可以告知設(shè)備：用戶的優(yōu)勢(shì)項(xiàng)及應(yīng)對(duì)方式。在處理信息方面，眼動(dòng)追蹤可以讓一臺(tái)設(shè)備與另一臺(tái)設(shè)備在無(wú)手柄輸入、無(wú)對(duì)應(yīng)按鈕、無(wú)控制器及無(wú)鼠標(biāo)的情況下進(jìn)行“交流”，可為“人-機(jī)關(guān)系”的革命奠定基礎(chǔ)。例如智能手機(jī)或筆記本電腦進(jìn)行眼動(dòng)追蹤及口頭指令，相比只用鼠標(biāo)或鍵盤(pán)進(jìn)行交流的設(shè)備，均可利用人類(lèi)思維進(jìn)行許多其他活動(dòng)。網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題（物聯(lián)網(wǎng)IoT）與無(wú)人駕駛及智能家居共同發(fā)展，依賴于此類(lèi)人機(jī)關(guān)系的發(fā)展。憑借小而高效的器件，以及緊湊型紅外發(fā)光二極管（IRED），相關(guān)企業(yè)最終將產(chǎn)品的眼動(dòng)追蹤傳感器進(jìn)行集成。當(dāng)進(jìn)行有效的操作時(shí)，此類(lèi)系統(tǒng)可能會(huì)允許虛擬顯示來(lái)回應(yīng)自然的、甚至是無(wú)意識(shí)的用戶提示。這將會(huì)是一個(gè)真正身臨其境虛擬體驗(yàn)的開(kāi)始。行業(yè)正在轉(zhuǎn)變2017年1月，日本的VR初創(chuàng)企業(yè)FOVE，推出了初級(jí)眼動(dòng)追蹤VR頭戴設(shè)備。

與此同時(shí)，一些中高端AR/VR硬件公司一直在努力為現(xiàn)有的頭戴設(shè)備中加入眼動(dòng)追蹤功能，除了內(nèi)置選項(xiàng)以外這種頭戴設(shè)備遲早會(huì)出現(xiàn)。Tobii及不同的眼動(dòng)追蹤制造商也已開(kāi)始對(duì)其客戶的AR/VR設(shè)備授權(quán)專(zhuān)業(yè)技術(shù)，而像谷歌及臉書(shū)這樣的科技巨頭已收購(gòu)了部分此領(lǐng)域中最有前途的初創(chuàng)公司。隨著客戶的熱情不斷攀升，AR/VR產(chǎn)品已在市場(chǎng)中產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。根據(jù)Parks and Associates的數(shù)據(jù)，包括美國(guó)在內(nèi)有9%的互聯(lián)網(wǎng)家庭期待在隨后的一年內(nèi)購(gòu)買(mǎi)VR頭戴式設(shè)備，全球?qū)⒂?400萬(wàn)戶家庭在2017年前實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。UBI Analysis 認(rèn)為，到2021年，全球出貨量將超過(guò)6500萬(wàn)部；同時(shí)國(guó)際數(shù)據(jù)公司（IDC）預(yù)計(jì)，AR/VR頭戴設(shè)備未來(lái)五年的復(fù)合年增長(zhǎng)率將高達(dá)108.3%。據(jù)彭博（Bloomberg Expertise）數(shù)據(jù)顯示，未來(lái)四年內(nèi) VR/AR的銷(xiāo)售額僅在中國(guó)就會(huì)達(dá)到85億美元。與此同時(shí)Market Watch認(rèn)為，到2023年注意力監(jiān)測(cè)市場(chǎng)憑借其在VR/AR商品的作用，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到14億美元。眼動(dòng)追蹤如何支持人們沉浸式體驗(yàn)AR/VR的長(zhǎng)期目標(biāo)是完全沉浸—這是一種無(wú)中斷地將用戶從真實(shí)世界拉入虛擬世界的能力。這是現(xiàn)代信息技術(shù)歷史上至關(guān)重要的先進(jìn)事業(yè)之一。為了實(shí)現(xiàn)這一幻覺(jué)，硬件將會(huì)擺脫手柄輸入，并讓用戶像對(duì)待真實(shí)世界一樣在虛擬世界工作。達(dá)到此技術(shù)階段還需要時(shí)間。以下是眼球跟蹤促進(jìn)沉浸式選項(xiàng)的開(kāi)發(fā)方式：視覺(jué)渲染我們可通過(guò)視網(wǎng)膜中央窩（對(duì)可見(jiàn)光最敏感，位于視網(wǎng)膜的底部，即瞳孔的后面）了解我們視野中心物體的可見(jiàn)細(xì)節(jié)。而在中央凹外圍物體的改變，顯得比較模糊。這樣像大多數(shù)AR/VR系統(tǒng)一樣，利用相同的決策，最終會(huì)是一種浪費(fèi)。視覺(jué)渲染是一種數(shù)字化成像過(guò)程，它模擬了我們看東西時(shí)的狀態(tài)：通過(guò)降低了環(huán)境的影響，以高分辨率顯示視網(wǎng)膜中央凹的目標(biāo)。由于注意力在顯示屏上不斷變化，因此眼動(dòng)追蹤對(duì)于發(fā)現(xiàn)注意點(diǎn)很重要。這種技術(shù)對(duì)眼部及硬件均是相當(dāng)溫和的。由于可以減少對(duì)總像素的依賴，而不會(huì)改變圖片完整性，視覺(jué)渲染大大降低了負(fù)載及功率消耗。這樣就釋放了資源，可將這些資源重新用于提升自身價(jià)值的的其他操作。正因如此，用戶體驗(yàn)到的延遲及運(yùn)動(dòng)疾病要少得多，顯示器的穩(wěn)定性則得到了改善。The Eye Tribe的視頻演示記錄了對(duì)系統(tǒng)基準(zhǔn)的改善顯著，包括：圖形處理單元（GPU）的負(fù)載從80-90%降到40-30%；時(shí)鐘頻率從1200兆赫降到800兆赫；散熱設(shè)計(jì)功耗（TDP）從70%降到40%。精確的瞳孔間距（IPD）用戶通過(guò)一組名為“護(hù)目鏡”的鏡頭與AR/VR技術(shù)進(jìn)行互動(dòng)?！斑@些鏡頭應(yīng)與用戶的瞳孔保持一致，才能完整地顯示出三維空間?！比绻麤](méi)對(duì)準(zhǔn)，那么注意力受損，圖像就會(huì)變得扁平、模糊。

尋找適當(dāng)?shù)奈恢帽容^困難。瞳孔中心點(diǎn)距離的大小被稱為瞳孔間距（IPD），成人的IPD范圍在5.1 cm到7.7 cm之間。這一變化在使用雙筒望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡及望遠(yuǎn)鏡時(shí)是很明顯的，需要調(diào)整IPD以適合用戶，從而獲得最佳細(xì)節(jié)及深度。大多數(shù)AR/VR頭戴設(shè)備通過(guò)使用更大的護(hù)目鏡或手柄進(jìn)行補(bǔ)償。憑借眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)能在設(shè)備內(nèi)部找到瞳孔位置，新產(chǎn)品可以精確地計(jì)算出IPD。最佳匹配可使用戶眼睛放松，并實(shí)現(xiàn)體驗(yàn)中完全互動(dòng)，從而提高了整體真實(shí)的顯示效果。自然的用戶界面（UI）當(dāng)顯示器響應(yīng)眼部運(yùn)動(dòng)時(shí)，不僅僅是頭部定位，用戶獲得更自然的視野。眼動(dòng)追蹤可以讓用戶僅僅根據(jù)需要挑選出虛擬對(duì)象，例如運(yùn)動(dòng)中的球或武器，或是傳送到虛擬環(huán)境中的新位置。這可以避免顯示器上出現(xiàn)繁亂的圖標(biāo)，并減少導(dǎo)航占用的心理資源。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，直接凝視界面可能會(huì)讓用戶在實(shí)體零售商中無(wú)需工作人員的幫助就挑選出購(gòu)買(mǎi)對(duì)象。社會(huì)反應(yīng)眼睛是我們交流的第一工具。在我們開(kāi)口說(shuō)話前，我們就可通過(guò)微妙的面部表情感受情緒。通過(guò)追蹤眼部變化，沉浸式硬件可幫助軟件包以更高的靈敏度識(shí)別及響應(yīng)用戶。這些專(zhuān)業(yè)技術(shù)可通過(guò)賦予其洞察社會(huì)線索能力來(lái)幫助虛擬人物表現(xiàn)活力。新虛擬角色可傳遞人類(lèi)對(duì)手的眼動(dòng)，為視頻游戲和不同虛擬內(nèi)容材料帶來(lái)全新的維度。無(wú)縫識(shí)別人的虹膜與其拇指指紋一樣獨(dú)特。通過(guò)虹膜掃描進(jìn)行眼動(dòng)追蹤，AR/VR頭戴設(shè)備無(wú)需密碼，即可使訪問(wèn)系統(tǒng)更容易、更安全。

眼動(dòng)監(jiān)測(cè)和創(chuàng)新在重大突破之后，具有重大影響力的應(yīng)用科學(xué)發(fā)展往往會(huì)加速。如今，F(xiàn)OVE已發(fā)布了一款初級(jí)眼動(dòng)追蹤VR頭戴設(shè)備，我們預(yù)計(jì)這些功能將很快在一系列產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用——從廉價(jià)的智能手機(jī)的耳機(jī)到高端系統(tǒng)。Tobii業(yè)務(wù)部門(mén)總裁Oscar Werner向TechCrunch解釋?zhuān)骸把蹌?dòng)追蹤將成為二代頭戴設(shè)備的重要組成部分，這一觀點(diǎn)已得到大量VRHMD供應(yīng)商的支持。這將推動(dòng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新?！弊鳛閰⒖?，在Tobii開(kāi)始投資VR技術(shù)后不久，從2014年到2016年其總銷(xiāo)售額幾乎翻了一倍。

為了充分利用這個(gè)充滿變數(shù)的市場(chǎng)，硬件制造商可能希望將眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)與人眼保持一致。這種技術(shù)原理可將不可見(jiàn)的紅外線（IR）溫和地照射到角膜。光線不被察覺(jué)地透過(guò)瞳孔，呈現(xiàn)在虹膜上，將瞳孔的邊緣顯示在相機(jī)傳感器上。一種被稱為“掃視”的眼球抽搐，是人體速度最快的動(dòng)作之一——眼睛可以移動(dòng)0.9度/毫秒，并在200毫秒內(nèi)觸發(fā)運(yùn)動(dòng)。在AR/VR中使用注意力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)與此速度相匹配，尤其是在視覺(jué)渲染功能中，圖像的位置應(yīng)依據(jù)每次眼動(dòng)進(jìn)行修改。除了高效記憶卡及小型微調(diào)傳感器，眼動(dòng)追蹤還需一種環(huán)境友好型、輕便、溫和的紅外線光源?；诖斯δ埽瑲W司朗光電半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)了Firefly FH 4055，是一種用于近距離眼動(dòng)追蹤的IRED（注意力與傳感器之間的距離低于5cm）。Firefly FH 4055在側(cè)面安裝，以達(dá)到最大反射及最小功耗。

眼動(dòng)追蹤向AR/VR開(kāi)發(fā)者提供了與眾不同的機(jī)會(huì)：擁有可與人類(lèi)思想互動(dòng)機(jī)器的機(jī)會(huì)。憑借專(zhuān)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，超小型紅外發(fā)射器在硬件創(chuàng)新中起著重要的作用。延伸閱讀：《三星Galaxy S8虹膜識(shí)別系統(tǒng)》《紅外LED和激光器技術(shù)、應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)》《HTC Vive虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）頭戴式顯示器》《Oculus Rift虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）頭戴式顯示設(shè)備》