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眼球追蹤技術原理與應用丨VR將是眼球追蹤技術的下一個突破口

VR虛擬現實模擬真實的場景,我們有機會沉浸於虛擬場景中,在虛擬環境中得到滿足。而隨著技術的發展,人們對VR的期望要求越來越高,只靠陀螺儀,靠頭部轉動來實現視角變換的交互方式已經不能為人們帶來滿意且驚艷的產品體驗。

眼球追蹤作為提升VR產品體驗的一項重要環節,可以解決清晰度、沉浸感、自然交互等諸多問題。

那麼,什麼是眼球追蹤?

當人的眼睛看向不同方向時,眼部會有細微的變化,通過分析這些變化可以預測用戶的狀態和需求。

眼球追蹤主要是獲取眼球這些細微運動信息,來指導設備進行一系列的操作。其跟蹤方式一是根據眼球和眼球周邊的特徵變化進行跟蹤,二是根據虹膜角度變化,三是主動投射紅外線等光束到虹膜來提取特徵。

可以解決虛擬現實的哪些問題?

清晰度

目前VR硬體廠商所共同面對的問題是用戶的計算機硬體滿足不了顯示設備高清渲染的需求,在如今顯示器清晰度還達不到VR標準的情況下,購置一台支持VR設備的機器就要近萬元,計算機硬體不達標可謂VR普及的一大瓶頸。

為了解決這一問題,目前最被認可的方式便是結合眼球追蹤的局部渲染技術。

人眼成像的過程中,中央凹視野成像清晰,只覆蓋視野1°~2°,視覺敏銳度高;周邊視野成像是模糊的。因此在畫面渲染過程中只需要渲染中央凹視野很小的範圍,對周邊視野區域進行模糊渲染即可。眼球轉動,高清渲染區域隨著注視點的變化而變化,這樣既保證了成像質量還降低了CPU負荷。

沉浸感

目前VR的視角變換主要靠頭部轉動來完成,但是研究發現人們習慣通過眼球轉動觀察水平±30°,垂直±12°角度範圍內的畫面,而不是轉頭。當場景與現實中的習慣相違背時,不僅沉浸感會大大折扣,還會產生眩暈。

眼球追蹤技術恰好可以解決這一問題:眼球追蹤與頭部轉動相互協作,共同控制視角變化,模擬現實中的視覺效果。通過眼部控制,來完成一些菜單操作,減少頭部轉動頻率,讓人擺脫不自然的頭部操作和晃動的畫面。

成像質量

光線在穿透透鏡過程中會產生折射,所以目前的VR顯示設備視角邊緣會產生畸變和色差。

目前有部分產品採用了以鏡片中心為準的矯正方案,雖然理想狀態下可以起到很好的反畸變效果,但是當人眼位置與鏡片位置發生偏移時,反畸變的效果就會隨之減弱。若利用眼球追蹤技術,將矯正方案調整為以人眼注視中心為準而不是鏡片中心為準,矯正效果也會大幅提升。

VR將是眼球追蹤技術的下一個突破口

近日據國外媒體報道,VR眼球追蹤技術公司Visuak Camp在MWC上海站的三星展台展示了一款獨立的VR頭盔原型Exynos VR 3,支持眼球與手部動作追蹤。

眼球追蹤能夠幫助體驗者在VR中建立一種身臨其境的體驗,你只需動動眼睛,就可以做出對應的操作。那麼今日盜夢醬與你聊聊這項能讓你與設備「眉來眼去」的技術。

這款代號為Exynos VR III的VR頭顯產品,內置了一顆定製的Exynos六核心CPU,同時採用了Mail G71顯卡驅動。

該技術最大的特點就是VR設備能夠追蹤用戶眼球位置,有選擇性的對視線聚焦部分提升解析度,而其他區域則會降低解析度,從而形成視網 膜的觀看效果。這種效果說的簡單點就是像我們直接用眼睛看一樣舒服,可有效的降低和解決VR設備使用過程中的不適感。

Born2Global Centre 首席執行官 Kim Jong-kap 表示:「蘋果、谷歌和 Facebook 最近對眼球追蹤技術公司的收購表明這項技術在VR行業受到了極大的關注。因此我們對 Visual Camp 的未來寄予厚望,Visual Camp 已經展示了其前景廣闊的VR相關技術。」

什麼是眼球追蹤技術?

眼球追蹤是一項科學應用技術,用戶無需觸摸屏幕即可翻動頁面、實現操作。當人的眼睛看向不同方向時,眼部會有細微的變化,這些變化會產生可以提取的特徵,計算機可以通過圖像捕捉或掃描提取這些特徵,從而實時追蹤眼睛的變化,預測用戶的狀態和需求,並進行響應,達到用眼睛控制設備的目的。

眼球追蹤技術能帶來什麼?

眼球追蹤技術能解決暈眩感?至少目前的VR從業者大多這樣認為。人看到的東西的成像會根據眼睛距離事物的距離來進行自動適應調整,而我們帶上VR眼鏡后,眼睛和屏幕的距離是固定的,因此會對眼睛造成一定程度的欺騙,而若屏幕中播放的遠距離的場景和近距離場景的切換,眼睛會無法識別,從而導致暈眩。眼球追蹤技術可以獲知人眼的真實注視點,從而得到虛擬物體上視點位置的景深。所以,眼球追蹤技術或將成為解決虛擬現實頭盔眩暈病問題的一個重要技術突破。

先進的眼球追蹤技術還能使VR頭顯呈現出的圖像更自然,延遲更小,這都能增加可玩性,但前提是必須解決一系列技術難題。

眼球追蹤術在VR中如何應用?

除了畫面渲染方面,眼球追蹤技術還可以大幅度提升VR設備的交互體驗。用戶通過眼球轉動與VR用戶界面的交互可以直接用眼控控制菜單,觸發操作,讓人擺脫不自然的頭部操作。

眼球追蹤技術在VR領域的重要性已經顯而易見, Oculus的創始人Palmer Luckey也曾表示,眼部跟蹤技術會成為VR技術未來的一個「重要組成部分」。不僅能實現注視點渲染技術,它還能用來創造一種深度感測,以創作出更好的用戶界面。

眼球追蹤技術對於VR來說就像滑鼠於windows系統一樣,它會讓體驗更完善,使用更方便,更容易被用戶接受,雖然在VR設備上成功搭載眼球追蹤技術的案例並不多,但是參照目前VR顯示方案的快速迭代,可知眼球追蹤技術將會成為VR設備最不可或缺的技術模塊。

隨著人們對VR體驗訴求的提升,這種感官體驗會越來越接近現實的感受,在此過程中眼球追蹤技術將成為必不可少的應用模塊。目前已有三星這類先驅者開始嘗試通過眼球追蹤技術解決VR領域目前所面臨清晰度,沉浸感,自然交互等問題。

盜夢醬相信,在不遠的未來,眼球追蹤技術將會成為VR設備最不可或缺的技術模塊。

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