為什麼眼球追蹤被看作是VR遊戲的改變者？

任然、hi188｜ 撰文

在VR場景中，眼動追蹤技術可以快速精確的檢測用戶注視的方向，其常常與注視點渲染技術相關聯，用以降低VR對硬體性能的消耗。雖然這兩項技術相得益彰，但眼動追蹤還能在VR中發揮更多的應用。

多年來眼動追蹤技術，一直被認為是一項遙不可及的技術，但從目前整個行業發展進展來看，它在精度、延遲、健壯性和成本方面都取得了快速的發展，開發者正在得到越來越多的硬體支持。

目前，像Tobii這樣的眼球追蹤方案提供商已經推出多款眼球追蹤設備，高通的VRDK開發者頭顯也加入了Tobii的解決方案，七鑫易維已在出貨適用於Vive頭顯的aGlass眼動追蹤開發套件，Oculus近期則展示了一款眼動追蹤VR原型機，甚至連蘋果公司也參與其中，之前報道其已收購知名眼球追蹤領域公司SMI，並已經計劃實施該技術相關的專利。

憑藉這一勢頭，我們應該能在短短几年時間內看到眼動跟蹤成為消費級VR頭顯的標準組成部分。

注視點渲染（或稱中心凹形渲染）

注視點渲染技術的誕生旨在降低渲染VR場景所需的GPU計算能力。其英文名Foveated rendering源自『fovea』一詞，它是人類視網膜中心的一個小窩（視網膜中央窩），裡面密集的排布著光感細胞，為我們的視野中心提供高解析度的視覺。與此同時，我們的視野四周其實非常不善於捕捉細節和顏色，而是更適合觀測運動。

在人類視覺中高解析度的區域其實非常小，只有視野中心幾度的範圍。視網膜的中央窩和其他部分的分辨能力差異非常大，如果視網膜中央窩，你連書上的文字都看不清。人們一直以來都高估了自己視覺能力，其原因是大腦做了大量的無意識處理。

注視點渲染的目的便是利用我們視覺上的這一特性，將高解析度的虛擬場景呈現在視網膜中央窩所看到的區域中，而在周邊視野中則可以大大降低場景的細節。這樣能將大部分性能集中在最有用的細節上，同時節省了其他地方的資源消耗。

當然，這需要眼動追蹤的配合，我們需要快速準確的識別用戶的注視中心，才能以此為基礎運用注視點渲染技術。

自動用戶檢測和調節

除了檢測眼球運動之外，眼動追蹤還可以用作生物識別標識符。當不同的人戴上VR頭顯時，系統可以立即識別出不同的身份，並調用各自的自定義環境、內容庫、遊戲進度和設置。

眼動追蹤也可用於精確測量IPD，即瞳距。許多人都不知道瞳距是什麼，其實瞳距在VR中很重要，因為VR頭顯需要將透鏡和顯示屏移動到合適的位置，才能提供最佳的顯示效果。

利用眼動追蹤可以實時測量每個用戶的瞳距，然後通過頭顯的軟體系統自動調整透鏡位置，或是警告用戶他們的IPD超出了硬體支持的範圍。

變焦顯示

如今VR頭顯中所使用的光學系統實際上依然相當簡單，它們不支持人類視覺中的一項重要功能：動態聚焦。VR頭顯中的顯示屏始終與我們的眼睛距離相同，即使在立體視覺深度不同時也是如此，這導致了一個稱為聚散度調節衝突的問題。

針對這一問題，人們提出了一種可以動態改變焦距的變焦顯示技術。改變顯示焦距的方法有很多，其中最簡單是通過移動透鏡位置以改變焦點深度。

實現這種變焦顯示同樣需要眼動追蹤，通過追蹤用戶視線在虛擬場景中的路徑，系統可以計算出焦平面，然後將該信息發送到顯示器以相應地進行調整，設定焦距以匹配從用戶的眼睛到目標的虛擬距離。

有效應用的變焦顯示技術可以解決聚散度調節衝突，而在將變焦顯示應用到VR頭顯之前，眼動追蹤也可以用於模擬景深，使焦平面外的物體呈現為模糊的狀態。

中央凹形顯示

雖然注視點渲染技術可以為不同視覺區域分配渲染資源，但類似的效果也可以通過改變像素的物理排布來實現。與其只在顯示屏的某些部分改變渲染細節，不如只提高用戶視野中心區域的像素密度。

此前VR頭顯一直處於暴力提升解析度的過程中，這樣不僅代價高昂，而且會隨著屏幕像素數量接近視網膜解析度而遇到挑戰。而中央凹形顯示技術會根據眼動追蹤數據，將一塊小型的高解析度顯示屏移動到用戶正在注視的位置，可以在不暴力擴充全視野解析度的情況下，讓VR頭顯實現更高的顯示解析度，甚至可能創造比用單個顯示屏更大的視野。

Varjo是一家致力於開發中央凹形顯示系統的公司，他們在一塊大尺寸普通顯示屏前，放置了一塊小尺寸高解析度顯示屏，這意味著用戶既可以擁有廣闊的視野，又能在中央區域獲得高清晰的圖像。

Varjo目前的原型機尚不能移動中央的小尺寸顯示屏，但該公司表示已研究出一些其他方法，確保高解析度區域一直處於用戶的視線中心位置。

更真實的虛擬形象

目前在很多社交軟體中，虛擬形象的設定都是不夠形象的，雖然有些支持豐富的人物設定，以及個性化的自定義選項，但依然不夠理想。尤其是虛擬人物在頭部的靈活性，以及肢體動作方面。

頭像方面，雖然很多虛擬形象支持眨眼、注視和一擬人化的動作，但都是程序提前設定好的。正因為此，這種不夠真實的虛擬形象拉遠了人們在VR社交中的距離。

而在真實世界的人際交談對話中，注視對方被是為有禮貌且必要的行為，眼睛起到了至關重要的作用。在VR中也是一樣，把眼球追蹤技術應用到VR頭像中，就能夠在虛擬形象中，實時反映出你真實的狀態。

這樣一來，包括眨眼、翻白眼、眼球轉動等動作都能體現在VR中，甚至從眼睛中也能判斷出部分情緒，例如高興、驚喜、難過等，都會反映在虛擬化身的臉上。

深層次交互和意圖分析

實際上，眼球追蹤也可以通過收集玩家的注視點數據來分析玩家的意圖，甚至也能夠把互動融入進來。例如，在一款恐怖的遊戲中，當你注視前方那扇門的門把手時，門會自動打開或有產生其它交互動作，類似的例子還有很多。

我們知道，現階段的VR遊戲基本上都是通過手柄來交互，通常的情況是當走進下一個區域內（通常是門、過道、轉向等關卡）時，下一個交互場景就會生硬的出現，例如到了某個地方時殭屍自動跳出來等等。

而在遊戲或應用中加入眼球追蹤的交互，可以讓體驗更自然。甚至，在恐怖遊戲中，我們還可以只對注視方向進行高亮顯示，其它區域為暗色，以此來提升視覺沉浸感。

Tobii作為眼球追蹤硬體和軟體解決方案提供商，其也在致力於讓眼球追蹤幫助玩家在遊戲中更好的控制虛擬環境的物體。在一個VR遊戲案例中，通過傳統手柄去投擲物體可能會和你想像的在真實環境中不同，可能跌落的很快，或者可能拋出的很高，總之不是你想要拋出去的位置。

在上面的演示中，左側的灰白色球為未使用眼球追蹤拋出的軌跡，而右側的紅色的球是通過手柄配合眼球追蹤功能後拋出的軌跡，可以明顯看出後者能夠準確的拋向遊戲內製定的交互點。實際上，這是基於你拋球時注視的位置系統自動匹配落點，手柄拋出的動作無需瞄準（畢竟在VR中這種體驗也不友好），這樣就可以大幅提升VR中投擲類遊戲的體驗。

除此之外，眼球追蹤還能應用在分析層面。通過收集玩家們在遊戲中關注或注意最多的點，從而形成熱力圖，開發人員可以通過熱力圖中來更好的了解應用使用情況。

那麼，這些熱圖能幹些什麼呢？以遊戲為例，它可以很好的幫助開發者們了解玩家是否發現遊戲內的交互，注意力是否被其它非環境因素打擾，以及玩家們注意力都在哪，以此來幫助開發者改善遊戲的交互等等。

靈活的操控和輸入

眼球追蹤對於主動輸入也起到幫助，它能夠讓玩家們通過眼球注視點來快速完成操作。例如，在VR中有著較大的視野，但很多UI界面並不友好，往往還是按照傳統遊戲界面開發的。

例如圖標平鋪設計，從左上角到另一個方向需要大幅晃動手柄或手柄多次按鍵才行。而如果加入眼球追蹤，可以直接通過眼睛注視點快速移動預選框，然後按一次手柄即可完成，大大減少操作步驟，比VR手柄中的虛擬激光柱更為直接。

醫療保健以及醫療研究

沒想到的是，眼球追蹤在醫療保健和醫療研究領域也有所幫助。實際上，SyncThink等公司已經開始通過眼球追蹤功能的VR頭顯來檢測腦震蕩，以此來提高現場診斷的效率。

醫療研究領域的人員能夠通過眼球追蹤裝置來收集數據，比如了解眼神接觸對於自閉症的影響，用眼球追蹤的頭戴設備觀察鋼琴演奏家在彈鋼琴時注視的哪些區域等。

綜上所述，眼球追蹤是一項潛力巨大、且有望改變VR遊戲交互的重要技術。可以預見的是，今後將有越來越多的VR頭顯將支持眼球追蹤功能。最終，所有VR頭顯均有望將配備此功能。

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