眼動追蹤將如何推動下一代AR和VR？

隨著眼動追蹤技術的進步，增強現實和虛擬現實技術（以下簡稱AR/VR）正在實現更大的技術飛躍。

據麥姆斯諮詢報道，近些年來，隨著許多初創企業及來自如谷歌、蘋果、三星及臉書（Facebook）等科技巨頭的大量資金支持，AR/VR發展迅速。雖已積累大量經驗，但AR/VR的硬體還停留在相對「粗放」的階段。大多數界面均通過頭部動作及手柄輸入來獲取信息。圖形/圖像並不真實，同時由於決策力降低及體能下降，對眼睛傷害也會增加。

眼動追蹤系統可以實時監控眼部活動，因此可能改變硬體落後的現狀。

從傳統角度來看，此項技術已被用於科學及商業目的收集信息，來進行相應的市場分析及醫學診斷。由於人類主要使用視覺來感知周圍環境，因此眼睛可透露其思想動態。眼動追蹤系統可以告知設備：用戶的優勢項及應對方式。在處理信息方面，眼動追蹤可以讓一台設備與另一台設備在無手柄輸入、無對應按鈕、無控制器及無滑鼠的情況下進行「交流」，可為「人-機關係」的革命奠定基礎。例如智能手機或筆記本電腦進行眼動追蹤及口頭指令，相比只用滑鼠或鍵盤進行交流的設備，均可利用人類思維進行許多其他活動。網路問題（物聯網IoT）與無人駕駛及智能家居共同發展，依賴於此類人機關係的發展。

憑藉小而高效的器件，以及緊湊型紅外發光二極體（IRED），相關企業最終將產品的眼動追蹤感測器進行集成。當進行有效的操作時，此類系統可能會允許虛擬顯示來回應自然的、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。

行業正在轉變

2017年1月，日本的VR初創企業FOVE，推出了初級眼動追蹤VR頭戴設備。

與此同時，一些中高端AR/VR硬體公司一直在努力為現有的頭戴設備中加入眼動追蹤功能，除了內置選項以外這種頭戴設備遲早會出現。Tobii及不同的眼動追蹤製造商也已開始對其客戶的AR/VR設備授權專業技術，而像谷歌及臉書這樣的科技巨頭已收購了部分此領域中最有前途的初創公司。

隨著客戶的熱情不斷攀升，AR/VR產品已在市場中產生深遠的影響。根據Parks and Associates的數據，包括美國在內有9%的互聯網家庭期待在隨後的一年內購買VR頭戴式設備，全球將有2400萬戶家庭在2017年前實現這一目標。UBI Analysis 認為，到2021年，全球出貨量將超過6500萬部；同時國際數據公司（IDC）預計，AR/VR頭戴設備未來五年的複合年增長率將高達108.3%。

據彭博（Bloomberg Expertise）數據顯示，未來四年內 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年注意力監測市場憑藉其在VR/AR商品的作用，市場規模將達到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。這是現代信息技術歷史上至關重要的先進事業之一。為了實現這一幻覺，硬體將會擺脫手柄輸入，並讓用戶像對待真實世界一樣在虛擬世界工作。

達到此技術階段還需要時間。以下是眼球跟蹤促進沉浸式選項的開發方式：

視覺渲染

我們可通過視網膜中央窩（對可見光最敏感，位於視網膜的底部，即瞳孔的後面）了解我們視野中心物體的可見細節。而在中央凹外圍物體的改變，顯得比較模糊。這樣像大多數AR/VR系統一樣，利用相同的決策，最終會是一種浪費。視覺渲染是一種數字化成像過程，它模擬了我們看東西時的狀態：通過降低了環境的影響，以高解析度顯示視網膜中央凹的目標。由於注意力在顯示屏上不斷變化，因此眼動追蹤對於發現注意點很重要。

這種技術對眼部及硬體均是相當溫和的。由於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於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，顯示器的穩定性則得到了改善。The Eye Tribe的視頻演示記錄了對系統基準的改善顯著，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技術進行互動。「這些鏡頭應與用戶的瞳孔保持一致，才能完整地顯示出三維空間。」如果沒對準，那麼注意力受損，圖像就會變得扁平、模糊。

尋找適當的位置比較困難。瞳孔中心點距離的大小被稱為瞳孔間距（IPD），成人的IPD範圍在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，需要調整IPD以適合用戶，從而獲得最佳細節及深度。

大多數AR/VR頭戴設備通過使用更大的護目鏡或手柄進行補償。憑藉眼動追蹤系統能在設備內部找到瞳孔位置，新產品可以精確地計算出IPD。最佳匹配可使用戶眼睛放鬆，並實現體驗中完全互動，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，或是傳送到虛擬環境中的新位置。

這可以避免顯示器上出現繁亂的圖標，並減少導航佔用的心理資源。在增強現實技術中，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

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，沉浸式硬體可幫助軟體包以更高的靈敏度識別及響應用戶。這些專業技術可通過賦予其洞察社會線索能力來幫助虛擬人物表現活力。新虛擬角色可傳遞人類對手的眼動，為視頻遊戲和不同虛擬內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頭戴設備無需密碼，即可使訪問系統更容易、更安全。

眼動監測和創新

在重大突破之後，具有重大影響力的應用科學發展往往會加速。如今，FOVE已發布了一款初級眼動追蹤VR頭戴設備，我們預計這些功能將很快在一系列產品中廣泛應用——從廉價的智能手機的耳機到高端系統。

Tobii業務部門總裁Oscar Werner向TechCrunch解釋：「眼動追蹤將成為二代頭戴設備的重要組成部分，這一觀點已得到大量VRHMD供應商的支持。這將推動專業技術的發展和創新。」

作為參考，在Tobii開始投資VR技術後不久，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的市場，硬體製造商可能希望將眼動追蹤系統與人眼保持一致。這種技術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，呈現在虹膜上，將瞳孔的邊緣顯示在相機感測器上。

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，並在200毫秒內觸發運動。在AR/VR中使用注意力監測系統應與此速度相匹配，尤其是在視覺渲染功能中，圖像的位置應依據每次眼動進行修改。除了高效記憶卡及小型微調感測器，眼動追蹤還需一種環境友好型、輕便、溫和的紅外線光源。基於此功能，歐司朗光電半導體開發了Firefly FH 4055，是一種用於近距離眼動追蹤的IRED（注意力與感測器之間的距離低於5cm）。Firefly FH 4055在側面安裝，以達到最大反射及最小功耗。

眼動追蹤向AR/VR開發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。憑藉專業技術的進步，超小型紅外發射器在硬體創新中起著重要的作用。

延伸閱讀：

《三星Galaxy S8虹膜識別系統》

《紅外LED和激光器技術、應用和產業趨勢》

《HTC Vive虛擬現實（VR）頭戴式顯示器》

《Oculus Rift虛擬現實（VR）頭戴式顯示設備》

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