編譯｜Metaverse元宇宙 王秦州
眼球追蹤技術(shù)通過特制傳感器監(jiān)測我們視線的移動，這一技術(shù)已在醫(yī)學(xué)研究、行為分析、工作場所安全、界面設(shè)計、汽車駕駛注意力監(jiān)測及計算機(jī)游戲等多個領(lǐng)域應(yīng)用了幾十年。 2017年，HTC首次將眼動追蹤技術(shù)融入其VR頭戴設(shè)備中；蘋果公司則計劃在2024年初推出的空間計算平臺Vision Pro中采用此技術(shù)。諸如索尼、惠普、Pico和Pimax等其他耳機(jī)制造商也已開始初步采用由眼動追蹤創(chuàng)新者Tobii研發(fā)的專用硬件與芯片，特別是在電腦游戲領(lǐng)域。
虛擬現(xiàn)實（VR）中的眼動追蹤技術(shù)能帶來圖像質(zhì)量優(yōu)化、用戶體驗革新、更精準(zhǔn)的研究手段以及適應(yīng)性更強(qiáng)的培訓(xùn)方案。同時，它也引發(fā)了對隱私的新關(guān)注，尤其是在精確追蹤注意力和收集深度醫(yī)療信息方面。
在VR中，眼動追蹤是如何運(yùn)作的呢？人眼運(yùn)動是人體最快且最微妙的動作之一。盡管我們所見的世界相對靜態(tài)，但眼睛卻以平滑追蹤、快速掃視以及每秒數(shù)百次微小顫動的方式聚焦于物體細(xì)節(jié)上。通過監(jiān)控這些動作的眼動追蹤工具能夠識別我們的視線焦點(diǎn)，并揭示思維及身體內(nèi)部發(fā)生的活動。
早在古希臘時期，柏拉圖在其著作《蒂邁歐篇》中就提出觀看是一個積極的過程，即用注意力捕捉世界上的物體。如今，研究人員更加關(guān)注我們所見之物、觀察機(jī)制及其對身心可能產(chǎn)生的意義。早期的眼球追蹤技術(shù)復(fù)雜且具有侵入性，依賴于佩戴不舒適的磁性隱形眼鏡或監(jiān)聽眼部肌肉放電的傳感器。而現(xiàn)代眼動儀通常利用紅外光反射并通過視頻眼科描記法，借助多攝像頭來追蹤反射光。
眼動追蹤器的性能以其赫茲（每秒幀數(shù)）衡量，保真度則通過分辨率和準(zhǔn)確度來評判。分辨率代表可檢測到的最小細(xì)節(jié)級別，而準(zhǔn)確度則反映其與實際觀察位置的一致程度。例如，高端設(shè)備如SR Research的EyeLink II可以實現(xiàn)500 Hz的采樣率、0.01度的分辨率以及0.5度的準(zhǔn)確度，但這相對昂貴且體積較大，不適合應(yīng)用于VR頭戴設(shè)備。
目前，除蘋果以外的大多數(shù)VR和AR產(chǎn)品都采用了Tobii的眼動追蹤芯片，雖然Tobii未公布其VR耳機(jī)芯片的具體規(guī)格，但參考其最新的科研用頭戴式眼鏡，能達(dá)到120 Hz的刷新率和約0.6度的精度。
眼動追蹤為VR帶來的創(chuàng)新體驗
眼動追蹤為VR帶來了動態(tài)注視點(diǎn)渲染的創(chuàng)新，通過提升視網(wǎng)膜最敏感區(qū)域的圖像質(zhì)量，從而提高視覺體驗。此外，如同鼠標(biāo)和觸摸屏一樣顛覆性的新用戶界面范例也可能因眼動追蹤技術(shù)得以實現(xiàn)。
據(jù)SRI計算機(jī)視覺技術(shù)實驗室首席科學(xué)家朱志偉介紹，頻率超過200Hz、精度接近0.5度的眼動追蹤系統(tǒng)足以支持視力正常的用戶在VR中享受全新的交互體驗。蘋果在其Vision Pro平臺上便運(yùn)用了此類技術(shù)，使用戶可以通過凝視虛擬物體并用手勢與其互動。
HTC VIVE業(yè)務(wù)開發(fā)和企業(yè)解決方案副總裁Thomas Dexmier表示，新的用戶體驗取決于具體應(yīng)用場景。VIVE新型的眼睛和頭部追蹤器達(dá)到120 Hz的刷新率，這對于當(dāng)前和近期的應(yīng)用來說是最優(yōu)選擇。比如，許多消費(fèi)者研究主要集中在近距離行為觀察，如貨架陳列、衣物擺放或個人在虛擬觀眾面前的行為表現(xiàn)。即使是對復(fù)雜的3D模型進(jìn)行審視，也大多在短距離內(nèi)完成?！斑@意味著無需具備在遠(yuǎn)距離下毫米級精度跟蹤的能力，”Dexmier解釋道。
他認(rèn)為，創(chuàng)造新體驗的最大挑戰(zhàn)在于如何讓設(shè)計師和研究人員輕松獲取這項技術(shù)。“一旦他們見識到眼動追蹤的可能性，便會迅速采納?！倍诩夹g(shù)層面，開發(fā)者需要廣泛的SDK來構(gòu)建未來基于眼動追蹤的應(yīng)用程序，同時簡化3D內(nèi)容和眼動追蹤數(shù)據(jù)格式，以便開發(fā)者更容易創(chuàng)建新穎體驗。
進(jìn)一步改進(jìn)后，人們甚至有望僅憑眼神就能剪切粘貼文本，無需使用鼠標(biāo)。然而，IT服務(wù)和咨詢公司Diversified負(fù)責(zé)媒體解決方案創(chuàng)新的副總裁Jared Timmins認(rèn)為，眼動追蹤技術(shù)要達(dá)到傳統(tǒng)鼠標(biāo)和觸摸交互的流暢性，可能還需要多次迭代?！氨M管這些進(jìn)步令人矚目，但在提高大范圍視野的準(zhǔn)確性和精度、降低成本以及提升用戶舒適度等方面取得更多進(jìn)展仍然至關(guān)重要?！?nbsp;
克服眼動追蹤技術(shù)普及的障礙
眼動追蹤技術(shù)普及面臨的障礙包括開發(fā)出能在不同光照條件和應(yīng)用場景下高效運(yùn)行的低延遲眼動追蹤系統(tǒng)，以及適應(yīng)戴眼鏡的用戶或具有不同眼部解剖結(jié)構(gòu)的個體。在用戶界面設(shè)計上，關(guān)鍵是要創(chuàng)造出自然直觀的交互方式，利用眼球運(yùn)動而不引發(fā)不適或疲勞，避免常見的暈動癥或VR眩暈問題。
HarmonEyes和RightEye的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Adam Gross指出，眼動追蹤模型和應(yīng)用程序在各類眼動追蹤設(shè)備間的互操作性仍有待提升。“當(dāng)前，將眼動追蹤模型和應(yīng)用轉(zhuǎn)移到任何新型或不同的眼動追蹤設(shè)備上，都需要手動驗證和測試?！?/p>
他的兩家公司正在研發(fā)眼動追蹤數(shù)據(jù)聚合與轉(zhuǎn)換工具，運(yùn)用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)關(guān)聯(lián)不同追蹤器的數(shù)據(jù)結(jié)果，用于評估注意力、檢測腦震蕩影響、提升運(yùn)動表現(xiàn)和制定訓(xùn)練計劃等目的。
保護(hù)隱私和道德規(guī)范對于眼動追蹤技術(shù)的推廣至關(guān)重要。隨著消費(fèi)者對點(diǎn)擊和點(diǎn)贊數(shù)據(jù)使用的日益謹(jǐn)慎，他們可能會對追蹤其在真實和虛擬世界中的視線內(nèi)容感到更為擔(dān)憂。因此，企業(yè)和客戶必須采取適當(dāng)?shù)陌踩胧┖驼邅斫鉀Q這些問題。正如Timmins所說：“如同對AI使用的顧慮一樣，強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)保護(hù)實踐和自上而下的管理政策將成為所有采用眼動追蹤技術(shù)公司的必備盡職調(diào)查?！?nbsp;
VR眼動追蹤技術(shù)的未來展望
眼動追蹤技術(shù)在虛擬現(xiàn)實（VR）領(lǐng)域的潛力無限，它不僅可以優(yōu)化圖形渲染和交互體驗，還可能催生全新的研究方法與培訓(xùn)方案。例如，在醫(yī)療領(lǐng)域，通過精確的眼球運(yùn)動數(shù)據(jù)可以分析病人的認(rèn)知狀態(tài)、注意力分布以及潛在的視覺障礙，這對于診斷神經(jīng)退行性疾病或評估創(chuàng)傷后康復(fù)進(jìn)程至關(guān)重要。
對于游戲開發(fā)者而言，眼動追蹤能夠?qū)崿F(xiàn)更深層次的游戲沉浸感，讓玩家只需通過視線就能控制游戲內(nèi)角色或進(jìn)行互動，大大提升了用戶體驗。同時，眼動數(shù)據(jù)可用于動態(tài)調(diào)整場景光照、視角變化等參數(shù)，使游戲畫面更加逼真且適應(yīng)個人視覺習(xí)慣。
在教育領(lǐng)域，眼動追蹤可為教師提供關(guān)于學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的注意力集中點(diǎn)和理解程度的實時反饋，有助于個性化教學(xué)策略并改進(jìn)課程內(nèi)容。此外，這項技術(shù)也能應(yīng)用于職業(yè)訓(xùn)練，如飛行員模擬訓(xùn)練、手術(shù)模擬等，通過跟蹤學(xué)員的眼球運(yùn)動來評估其決策速度和準(zhǔn)確性。
然而，盡管眼動追蹤技術(shù)帶來了諸多益處，但在廣泛應(yīng)用前仍需解決一些關(guān)鍵問題。首先，需要確保眼動追蹤設(shè)備能在不同環(huán)境條件下穩(wěn)定、準(zhǔn)確地工作，并能舒適地適應(yīng)各種人群，包括佩戴眼鏡的用戶和其他具有特殊眼部特征的人群。其次，隱私保護(hù)措施必須到位，以消除用戶對眼球運(yùn)動數(shù)據(jù)被濫用的擔(dān)憂。最后，要建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和接口，促進(jìn)眼動追蹤硬件與軟件生態(tài)系統(tǒng)的互操作性，降低開發(fā)成本并加快應(yīng)用創(chuàng)新的步伐。
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，眼動追蹤將在未來虛擬現(xiàn)實及更多領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，從提升娛樂體驗到深化科學(xué)研究，再到推動教育培訓(xùn)方式變革，都將展現(xiàn)其強(qiáng)大的潛力與價值。