(VRPinea1月6日讯)现如今,各家VR厂商都在积极探索精确、轻型、紧凑和高成本效益的眼动追踪系统。对于VR头显来说眼动追踪可以支持一系列的应用,特别是结合眼动追踪的VR可以用于市场研究、科学研究和人员培训等。本篇将主要介绍眼动追踪技术的基本原理,包括眼动追踪的作用以及七大应用方向。
眼动追踪的基本概念
所有的眼动追踪技术都是根据眼球的生理结构实现的,不同的眼动追踪技术会用到不同的眼球生理特征,因此在了解眼动追踪技术之前有必要先了解一下眼球的生理结构。人类眼睛能够感知周围环境光线的明暗,主要包括眼球及人眼附属器官。眼球所接收的外界光线通过视神经传送给大脑,大脑对接收信号进行分析,支配人眼附属器官完成眼球的转动,使视线聚焦在目标区域。
眼动追踪的基本原理即指当人的眼睛看向不同方向时,眼部会有细微的变化,这些变化会产生可以提取的特征,计算机可以通过图像捕捉或扫描提取这些特征,从而实时追踪眼睛的变化,预测用户的状态和需求,并进行响应,达到用眼睛控制设备的目的。
简单来说眼动追踪是测量眼睛运行的过程,目前实现准确眼动追踪的技术方案有瞳孔角膜反射法、视网膜影像定位、结构光追踪、角膜反射光强度、视网膜反射光强度、光波导眼动追踪等方案。
而目前相对成熟的商用级方案,多为采用瞳孔角膜反射法,即通过角膜中心和瞳孔中心的连线进行眼动追踪。眼球的成像原理是外界光线通过角膜上的光线感知神经末梢,经过瞳孔的小孔成像原理,再次经过晶状体的折射汇聚到视网膜之上,视网膜将汇聚的光信号转化为电信号转递给大脑。当人们把视网膜中心凹和瞳孔朝向连成一条线段。这也就能够确定眼球注视点的位置。既可以通过计算角膜中心和瞳孔中心的连线,也可以直接通过视网膜反射来实现眼动追踪。从实际生产的设备而言,目前主流的眼动追踪设备,采用的是由一圈红外灯+1~2枚红外相机组成的红外相机阵列用于计算眼动。
随着VR设备硬件成本的不断下降,眼动追踪组件将逐步成为VR设备的标配,那眼动追踪在未来又会有哪些应用方向?
眼动追踪技术的七大应用方向
1、注视点渲染
这是未来VR能够突破现有显示技术瓶颈的一项核心应用。首先衡量VR头显是否清晰的指标是PPD,人类视网膜中央的PPD是60,而人类的核心视场角是水平°、垂直°。通过计算,画面需要达到1亿万像素,转化为屏幕分辨率就是24K。虽然目前的科技水平暂时还无法达到,但如果加上了注视点渲染,能够实现注视点20°范围内的图像分辨率大幅度提升。那24K的分辨率在未来将有机会得以实现。
2、瞳距调节和结合变焦技术解决辐辏调节冲突
众所周知人们的瞳距是不同的,而基于眼动追踪的瞳距测量无疑是最为准确的。这一项技术目前也已经应用于MetaQuestPro之上了。
辐辏调节冲突则是很多使用VR的用户都会遇到的障碍。简单来说,VR能够呈现立体效果,本质上是利用了双目视差,但单个眼球到画面的距离是固定的,这就导致了很多人使用VR会出现视觉疲劳,甚至头晕眼花。基于眼动追踪就能够在单眼到图像距离和双目视差这两者冲突之中,更好的选择平衡点。
3、实现交互
通过眼球注视点停留时间的长短和眼球移动实现交互。比如失去行动能力的渐冻症患者通过眼动装置实现打字,向家人或者医护人员传递信息;在VR头显中可以直接通过眼神来实现《打地鼠》、《水果忍者》这样的游戏交互逻辑。
4、生物识别
虹膜特征具有唯一性,身份认证和虹膜支付。在未来无论是VR还是AR,如何实现快速账号登陆和支付,眼动追踪设备同样能够实现基于虹膜的身份认证和生物支付。
5、眼动分析
通过对用户注视点/注视轨迹等眼动数据的分析,得到用户