【導讀】近年來巨頭們都在積極布局眼球追蹤技術，除了眼球追蹤在人機交互的巨大潛能以外，眼球追蹤技術還可能成為VR和AR的基礎性技術，為AR的VR的發(fā)展提供必要的支持。目前我們的人機交互還主要靠的是鍵盤、鼠標、觸摸，這些輸入并不直接也不高效。人機互動的發(fā)展方向應該是越來越人性化，要能“聽”、能“看”，能主動探索和回應需求。
眼球追蹤讓機器更懂你
眼球追蹤就是這樣一個讓機器人更懂人類的技術。
眼球追蹤主要是研究眼球運動信息的獲取、建模和模擬。一是根據眼球和眼球周邊的特征變化進行跟蹤，二是根據虹膜角度變化進行跟蹤，三是主動投射紅外線等光束到虹膜來提取特征。
早在2012年，眼控技術研究科技公司Tobii宣布研發(fā)出了適配Windows 8的眼控Gaze界面。這是一家做眼球追蹤技術較早的瑞典公司。2007年公司估值1400萬美元，2009年則達到了2680萬美元。2012年，英特爾注資2100萬美元進Tobii公司，也是出于對windows 8操作系統(tǒng)一次投資。2014年，Tobii 推出了第二代智能眼鏡 Glass 2，利用每個鏡片配備 2 個攝像頭以及相應的軟件技術，實現(xiàn)對眼球動作的精準捕捉。
Tobii 智能眼鏡
英特爾雖然很早就收購了眼球追蹤的公司，但是經過多年，眼球追蹤依然未成為筆記本電腦的核心交互方式。而VR的發(fā)展卻讓我們看到了眼球追蹤技術應用的更多的可能性。
眼球追蹤解決VR/AR三大問題
Oculus的創(chuàng)始人Palmer Luckey曾表示，眼部跟蹤技術會成為VR技術未來的一個“重要組成部分”。不僅能實現(xiàn)注視點渲染技術，它還能用來創(chuàng)造一種視覺深度，以創(chuàng)作出更好的用戶界面。
（1）減少眩暈
VR要帶給人沉浸感，就要做到能讓人在虛擬空間里自然運動，這需要通過運動追蹤來改變場景的呈現(xiàn)。目前的VR設備主要是利用空間定位技術來捕捉人的身體的位置運動，用慣性傳感器來捕捉人的頭部的運動，人在轉動頭部時，視角會發(fā)生相應的變化。
但是這只是比較初級的動作捕捉，人其實大多數(shù)時候都是通過轉動眼球而不是頭部來改變視覺。人們習慣用眼球轉動（而不是頭部轉動）去觀察。
目前的VR只追蹤頭部不追蹤眼球運動容易使人眩暈（Motion Sickness）。人類對于頭部轉動和相對應的視野的變化是極度敏感的。如果用戶的頭轉動了，而相對的，視野轉動有延遲，只要很微小的延遲就能感覺得到。有多微小呢？研究表明，頭動和視野的延遲不能超過20ms，不然就會非常明顯。而眼球追蹤技術運用在這里正好可以解決這一問題，以眼球的變化來控制場景的變化。
（2）注視點渲染
場景的變化很必要，但是要讓VR呈現(xiàn)出同自然世界一樣的場景和空間感所需的信息量和計算量是極大的。目前的VR大多數(shù)是將全部場景以同等的清晰度來呈現(xiàn)，用戶移動頭部和身體時虛擬物體也會相應地變換位置，視點拉近和退后都會影響景深，這些變化都需要大量的計算和不斷更新。
目前的VR能達到每秒36次的刷新，而要達到人眼場景轉換的速度則需要2000-3000次每秒，要實時渲染出這些場景，就連很高配的電腦都達不到。
而事實上，VR根本就不需要也不應該以全部的清晰度來呈現(xiàn)場景里的所有物體。在日常生活中，我們都明白“近大遠小”，并且當我們注視一個物體時，這個物體會變清晰而其他物體會變模糊，這樣我們看物體才有空間感和景深。如果當我們的視線轉移了，畫面中的物體還是全部清晰的，那么我們的眼睛就會感到“不適應”，并且會因為處理過多信息而疲勞。
注視點渲染的效果
注視點渲染可以解決VR里畫面呈現(xiàn)的問題，通過追蹤眼睛的注視點，計算機可以只清晰渲染出注視點的場景，而將周邊的場景模糊呈現(xiàn)。這樣我們眼睛在虛擬環(huán)境中看物體和在自然場景中看物體的體驗就會變得一致，這樣虛擬和現(xiàn)實的切換就不會有明顯的障礙，由視點和運動帶來的眩暈也會減輕。
Oculus首席科學家Michale Abrash在談及VR趨勢時說道，VR將在5年內解決聚焦的景深問題。而視點渲染技術和眼球追蹤技術是關鍵的解決辦法。前文已寫到，英偉達與七鑫易維展開合作將從底層技術實現(xiàn)GPU基于眼球追蹤的注視點優(yōu)化渲染技術。
（3）眼球觸發(fā)的交互界面
VR中的交互目前還是一個尚需探索的領域，用戶已經習慣了2D的平面界面信息呈現(xiàn)，在進入VR里時會出現(xiàn)信息迷失的狀態(tài)。在很多的試驗中發(fā)現(xiàn)，用戶不會通過轉動頭部來獲取整個環(huán)境信息，也很難自己找到隱藏的菜單和選項，通常需要工作人員的指引或者是游戲語音的引導。
眼控VR將會為VR帶來全新的玩法，在射擊類游戲中可以由眼睛控制光標鎖定，當用戶閉上一只眼時自動調出瞄準鏡等，還可以根據玩家在游戲場景中注視點不同觸發(fā)不同的劇情，當玩家注視路口時，會自動出現(xiàn)地圖導航，當注視NPC不同部位觸發(fā)不同的劇情等。除此之外眼控的交互方式還可以應用于游戲菜單，不需要使用的菜單會自動隱藏，使用時通過眼控觸發(fā)，使VR界面更加干凈。
當然，虛擬現(xiàn)實中的交互方式還有待探索，不管是Leap Motion主張的手勢交互，還是眼球控制的技術點交互，都必須符合人們的交互習慣。
眼球追蹤的下一步怎么走？
雖然各大巨頭都各自收購、投資了眼球追蹤技術公司，眼球追蹤技術在解決VR因為的眩暈癥、提升沉浸感、增強交互方面都有極大的作用，眼球追蹤技術已然成為AR/VR發(fā)展的關鍵性和基礎性技術。
但是目前有一些顯在的問題需要解決。
（1）眼球追蹤產品價格高昂
Tobii Glass 2 售價最低為 14900 美元，高級版 29900 美元，包括了眼鏡、輔助記錄器和分析軟件。七鑫易維的眼控模組aGlass的售價是單眼1500元，包括一個眼控追蹤配件和三個分別是200度、400度、600度的近視鏡片。The Eye Tribe的眼球追蹤開發(fā)者套件，售價99美元，面向消費者的眼球追蹤盒子，售價199美元。
黃通兵表示，將眼球追蹤模組化集成到頭顯內有望將成本降低到20-30美元，但是即使這樣，要HTC、Oculus這樣的頭盔廠商消化這部分的成本，需要擴展眼球追蹤技術的應用場景。目前眼球追蹤的最大價值在于在于與英偉達、AMD這樣的GPU廠商合作，利用注視點渲染技術降低VR頭顯對GPU的需求。
（2）設備可用性有待提升
眼球追蹤技術針對人眼，因此要對人眼的生物體征有很好的了解，眼球追蹤設備需要能夠識別出不同的健康程度、不同膚色、不同特征的人眼。目前僅是近視這個問題就會困擾很多做智能眼睛和VR頭盔的用戶，更不用說一些患有斜視的用戶。
另外，我們可以看到目前眼球追蹤的設備有各種不同的形態(tài)，包括Tobii的智能眼鏡、The Eye Tribe的眼球追蹤盒子、七鑫易維的VR眼控模組。眼球追蹤盒子的形態(tài)顯然更適用于電腦，智能眼鏡可以整合到AR眼鏡里。
（3）VR/AR應用差異較大
目前來看，眼球追蹤技術應用于VR是一個必然的趨勢，目前已有帶眼球追蹤的VR頭盔Fove，各大廠商也計劃推出有眼球追蹤功能的VR一體機。
英偉達主要是希望以眼球追蹤技術幫助VR做注視點渲染，降低GPU負載，專注移動VR的高通的移動處理器可能集成眼球追蹤算法，更好地支持移動VR體驗。
雖然在此文主要集中分析VR，但是眼球追蹤在AR的應用也是不可忽視的，AR在未來的應用場景會比VR更為廣闊。
在采訪國內另一家眼球追蹤技術公司“上海青研”時了解到，相比于VR，上海青研更為傾向于眼球追蹤在AR上的應用，青研結合眼控技術與AR技術，在可穿戴的AR眼鏡上添加眼控模組。
“AR眼控技術與VR眼控技術的應用場景不同：VR看的是虛擬世界，AR看的是真實世界；VR偏重娛樂更多一些，AR偏重實用更多一些；VR to C更多一些，AR to B更多一些。青研公司開發(fā)AR眼控技術是為了滿足B端客戶的需求。”青研CEO杜煜解釋到。AR和VR不僅在客戶群，應用場景上有不同，需要解決的問題也有很大不同。
杜煜認為：“AR眼控技術與VR眼控技術的主要不同在于：VR眼控需要把眼睛注視點坐標和VR屏幕對應，AR眼控需要把眼睛注視點坐標和真實世界的物體坐標對應，所以在VR眼控技術的基礎之上，AR還需要拍攝用戶前方的真實場景，并將眼睛注視點坐標與真實場景建立起三維的對應關系。
AR眼控的主要難點有：
- 通常VR屏幕是2D的，但AR前置場景是3D的。3D位置坐標與眼睛注視點的匹配比2D坐標與眼睛注視點的匹配更復雜。
- AR眼控比VR眼控要求體積更小，功耗更低，工業(yè)設計、結構設計、電路設計的要求更高。
- AR眼控很多場合是室外使用，VR一般是室內使用，AR眼控對室外陽光的抗干擾能力要求更高。“
（4）合作模式不明朗
2016年，風投機構Accel Partners的科比·富勒（Kobie Fuller）說：“眼球追蹤技術可能非常強大，但從投資角度看，還無法確定其具備的價值?，F(xiàn)在有價值數(shù)十億美元的眼球追蹤技術公司嗎？我還不知道。”
從目前各大巨頭對眼球追蹤技術公司收購的金額來看，價值數(shù)十億美元的眼球追蹤技術公司并不是不可能。7月16日，美國市場研究機構MarketsandMarkets發(fā)布了關于眼動追蹤市場的分析報告，其預計該市場在2023年將達到13.765億美元的市值，2017年-2023年的年均復合增長率為27.4%。眼球追蹤的軟件和硬件在這幾年都會呈明顯上升趨勢?；蛟S現(xiàn)在仍不明朗的是合作模式，眼球追蹤會成為獨立的產品還是作為內嵌技術？
目前我們看到，眼球追蹤公司也都在生產眼動儀，智能眼鏡等to C的產品，以及開些幫助企業(yè)開發(fā)的to B產品，同時也在與大廠合作，做VR/AR的外接或內嵌技術，商業(yè)模式相對靈活。但是卻始終沒有獲得一個明顯的發(fā)展。VR和AR的發(fā)展對眼球追蹤技術或許能帶來不一樣的活力。
小結
目前蘋果、谷歌、Facebook、英偉達、高通這些巨頭公司幾乎占領互聯(lián)網和移動互聯(lián)網的大半壁江山，也主導著人工智能、自動駕駛、AR/VR等前沿技術的發(fā)展。
資本+技術，巨頭們的任何一個舉動都可能有改變我們的生活的潛力，而通過長期的行業(yè)報道發(fā)現(xiàn)，近年來巨頭們都在積極布局眼球追蹤技術，除了眼球追蹤在人機交互的巨大潛能以外，眼球追蹤技術還可能成為VR和AR的基礎性技術，為AR的VR的發(fā)展提供必要的支持。雖然未來還有不少挑戰(zhàn)，但是我們很欣喜地看到在眼球追蹤技術上，中國公司的發(fā)展已經完全與國外接軌，站在同一競爭舞臺上。
（節(jié)選自雷鋒網）
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