下一代AR和VR將由眼動追蹤推動？

隨著眼動追蹤技術(shù)的進步，增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實技術(shù)（以下簡稱AR/VR）正在實現(xiàn)更大的技術(shù)飛躍。據(jù)麥姆斯咨詢報道，近些年來，隨著許多初創(chuàng)企業(yè)及來自如谷歌、蘋果、三星及臉書（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，但AR/VR的硬件還停留在相對“粗放”的階段。大多數(shù)界面均通過頭部動作及手柄輸入來獲取信息。圖形/圖像并不真實，同時由于決策力降低及體能下降，對眼睛傷害也會增加。眼動追蹤系統(tǒng)可以實時監(jiān)控眼部活動，因此可能改變硬件落后的現(xiàn)狀。從傳統(tǒng)角度來看，此項技術(shù)已被用于科學(xué)及商業(yè)目的收集信息，來進行相應(yīng)的市場分析及醫(yī)學(xué)診斷。由于人類主要使用視覺來感知周圍環(huán)境，因此眼睛可透露其思想動態(tài)。眼動追蹤系統(tǒng)可以告知設(shè)備：用戶的優(yōu)勢項及應(yīng)對方式。在處理信息方面，眼動追蹤可以讓一臺設(shè)備與另一臺設(shè)備在無手柄輸入、無對應(yīng)按鈕、無控制器及無鼠標的情況下進行“交流”，可為“人-機關(guān)系”的革命奠定基礎(chǔ)。例如智能手機或筆記本電腦進行眼動追蹤及口頭指令，相比只用鼠標或鍵盤進行交流的設(shè)備，均可利用人類思維進行許多其他活動。網(wǎng)絡(luò)問題（物聯(lián)網(wǎng)IoT）與無人駕駛及智能家居共同發(fā)展，依賴于此類人機關(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)品的眼動追蹤傳感器進行集成。當進行有效的操作時，此類系統(tǒng)可能會允許虛擬顯示來回應(yīng)自然的、甚至是無意識的用戶提示。這將會是一個真正身臨其境虛擬體驗的開始。行業(yè)正在轉(zhuǎn)變2017年1月，日本的VR初創(chuàng)企業(yè)FOVE，推出了初級眼動追蹤VR頭戴設(shè)備。

與此同時，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)備中加入眼動追蹤功能，除了內(nèi)置選項以外這種頭戴設(shè)備遲早會出現(xiàn)。Tobii及不同的眼動追蹤制造商也已開始對其客戶的AR/VR設(shè)備授權(quán)專業(yè)技術(shù)，而像谷歌及臉書這樣的科技巨頭已收購了部分此領(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)品已在市場中產(chǎn)生深遠的影響。根據(jù)Parks and Associates的數(shù)據(jù)，包括美國在內(nèi)有9%的互聯(lián)網(wǎng)家庭期待在隨后的一年內(nèi)購買VR頭戴式設(shè)備，全球?qū)⒂?400萬戶家庭在2017年前實現(xiàn)這一目標。UBI Analysis 認為，到2021年，全球出貨量將超過6500萬部；同時國際數(shù)據(jù)公司（IDC）預(yù)計，AR/VR頭戴設(shè)備未來五年的復(fù)合年增長率將高達108.3%。據(jù)彭博（Bloomberg Expertise）數(shù)據(jù)顯示，未來四年內(nèi) VR/AR的銷售額僅在中國就會達到85億美元。與此同時Market Watch認為，到2023年注意力監(jiān)測市場憑借其在VR/AR商品的作用，市場規(guī)模將達到14億美元。眼動追蹤如何支持人們沉浸式體驗AR/VR的長期目標是完全沉浸—這是一種無中斷地將用戶從真實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)重要的先進事業(yè)之一。為了實現(xiàn)這一幻覺，硬件將會擺脫手柄輸入，并讓用戶像對待真實世界一樣在虛擬世界工作。達到此技術(shù)階段還需要時間。以下是眼球跟蹤促進沉浸式選項的開發(fā)方式：視覺渲染我們可通過視網(wǎng)膜中央窩（對可見光最敏感，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細節(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，最終會是一種浪費。視覺渲染是一種數(shù)字化成像過程，它模擬了我們看東西時的狀態(tài)：通過降低了環(huán)境的影響，以高分辨率顯示視網(wǎng)膜中央凹的目標。由于注意力在顯示屏上不斷變化，因此眼動追蹤對于發(fā)現(xiàn)注意點很重要。這種技術(shù)對眼部及硬件均是相當溫和的。由于可以減少對總像素的依賴，而不會改變圖片完整性，視覺渲染大大降低了負載及功率消耗。這樣就釋放了資源，可將這些資源重新用于提升自身價值的的其他操作。正因如此，用戶體驗到的延遲及運動疾病要少得多，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系統(tǒng)基準的改善顯著，包括：圖形處理單元（GPU）的負載從80-90%降到40-30%；時鐘頻率從1200兆赫降到800兆赫；散熱設(shè)計功耗（TDP）從70%降到40%。精確的瞳孔間距（IPD）用戶通過一組名為“護目鏡”的鏡頭與AR/VR技術(shù)進行互動?！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]對準，那么注意力受損，圖像就會變得扁平、模糊。

尋找適當?shù)奈恢帽容^困難。瞳孔中心點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鏡、顯微鏡及望遠鏡時是很明顯的，需要調(diào)整IPD以適合用戶，從而獲得最佳細節(jié)及深度。大多數(shù)AR/VR頭戴設(shè)備通過使用更大的護目鏡或手柄進行補償。憑借眼動追蹤系統(tǒng)能在設(shè)備內(nèi)部找到瞳孔位置，新產(chǎn)品可以精確地計算出IPD。最佳匹配可使用戶眼睛放松，并實現(xiàn)體驗中完全互動，從而提高了整體真實的顯示效果。自然的用戶界面（UI）當顯示器響應(yīng)眼部運動時，不僅僅是頭部定位，用戶獲得更自然的視野。眼動追蹤可以讓用戶僅僅根據(jù)需要挑選出虛擬對象，例如運動中的球或武器，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，并減少導(dǎo)航占用的心理資源。在增強現(xiàn)實技術(shù)中，直接凝視界面可能會讓用戶在實體零售商中無需工作人員的幫助就挑選出購買對象。社會反應(yīng)眼睛是我們交流的第一工具。在我們開口說話前，我們就可通過微妙的面部表情感受情緒。通過追蹤眼部變化，沉浸式硬件可幫助軟件包以更高的靈敏度識別及響應(yīng)用戶。這些專業(yè)技術(shù)可通過賦予其洞察社會線索能力來幫助虛擬人物表現(xiàn)活力。新虛擬角色可傳遞人類對手的眼動，為視頻游戲和不同虛擬內(nèi)容材料帶來全新的維度。無縫識別人的虹膜與其拇指指紋一樣獨特。通過虹膜掃描進行眼動追蹤，AR/VR頭戴設(shè)備無需密碼，即可使訪問系統(tǒng)更容易、更安全。

眼動監(jiān)測和創(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)展往往會加速。如今，F(xiàn)OVE已發(fā)布了一款初級眼動追蹤VR頭戴設(shè)備，我們預(yù)計這些功能將很快在一系列產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用——從廉價的智能手機的耳機到高端系統(tǒng)。Tobii業(yè)務(wù)部門總裁Oscar Werner向TechCrunch解釋：“眼動追蹤將成為二代頭戴設(shè)備的重要組成部分，這一觀點已得到大量VRHMD供應(yīng)商的支持。這將推動專業(yè)技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新。”作為參考，在Tobii開始投資VR技術(shù)后不久，從2014年到2016年其總銷售額幾乎翻了一倍。

為了充分利用這個充滿變數(shù)的市場，硬件制造商可能希望將眼動追蹤系統(tǒng)與人眼保持一致。這種技術(shù)原理可將不可見的紅外線（IR）溫和地照射到角膜。光線不被察覺地透過瞳孔，呈現(xiàn)在虹膜上，將瞳孔的邊緣顯示在相機傳感器上。一種被稱為“掃視”的眼球抽搐，是人體速度最快的動作之一——眼睛可以移動0.9度/毫秒，并在200毫秒內(nèi)觸發(fā)運動。在AR/VR中使用注意力監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)與此速度相匹配，尤其是在視覺渲染功能中，圖像的位置應(yīng)依據(jù)每次眼動進行修改。除了高效記憶卡及小型微調(diào)傳感器，眼動追蹤還需一種環(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)體開發(fā)了Firefly FH 4055，是一種用于近距離眼動追蹤的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，以達到最大反射及最小功耗。

眼動追蹤向AR/VR開發(fā)者提供了與眾不同的機會：擁有可與人類思想互動機器的機會。憑借專業(yè)技術(shù)的進步，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虹膜識別系統(tǒng)》《紅外LED和激光器技術(shù)、應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)趨勢》《HTC Vive虛擬現(xiàn)實（VR）頭戴式顯示器》《Oculus Rift虛擬現(xiàn)實（VR）頭戴式顯示設(shè)備》