編譯｜Metaverse元宇宙 王秦州
眼球追蹤技術(shù)通過(guò)特制傳感器監(jiān)測(cè)我們視線的移動(dòng)，這一技術(shù)已在醫(yī)學(xué)研究、行為分析、工作場(chǎng)所安全、界面設(shè)計(jì)、汽車駕駛注意力監(jiān)測(cè)及計(jì)算機(jī)游戲等多個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用了幾十年。 2017年，HTC首次將眼動(dòng)追蹤技術(shù)融入其VR頭戴設(shè)備中；蘋果公司則計(jì)劃在2024年初推出的空間計(jì)算平臺(tái)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(kāi)始初步采用由眼動(dòng)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(shí)（VR）中的眼動(dòng)追蹤技術(shù)能帶來(lái)圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化、用戶體驗(yàn)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(shí)，它也引發(fā)了對(duì)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(dòng)追蹤是如何運(yùn)作的呢？人眼運(yùn)動(dòng)是人體最快且最微妙的動(dòng)作之一。盡管我們所見(jiàn)的世界相對(duì)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(dòng)的方式聚焦于物體細(xì)節(jié)上。通過(guò)監(jiān)控這些動(dòng)作的眼動(dòng)追蹤工具能夠識(shí)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(dòng)。
早在古希臘時(shí)期，柏拉圖在其著作《蒂邁歐篇》中就提出觀看是一個(gè)積極的過(guò)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(jiàn)之物、觀察機(jī)制及其對(duì)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(tīng)眼部肌肉放電的傳感器。而現(xiàn)代眼動(dòng)儀通常利用紅外光反射并通過(guò)視頻眼科描記法，借助多攝像頭來(lái)追蹤反射光。
眼動(dòng)追蹤器的性能以其赫茲（每秒幀數(shù)）衡量，保真度則通過(guò)分辨率和準(zhǔn)確度來(lái)評(píng)判。分辨率代表可檢測(cè)到的最小細(xì)節(jié)級(jí)別，而準(zhǔn)確度則反映其與實(shí)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(shí)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(duì)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(dòng)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(dòng)追蹤為VR帶來(lái)的創(chuàng)新體驗(yàn)
眼動(dòng)追蹤為VR帶來(lái)了動(dòng)態(tài)注視點(diǎn)渲染的創(chuàng)新，通過(guò)提升視網(wǎng)膜最敏感區(qū)域的圖像質(zhì)量，從而提高視覺(jué)體驗(yàn)。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(dòng)追蹤技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。
據(jù)SRI計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家朱志偉介紹，頻率超過(guò)200Hz、精度接近0.5度的眼動(dòng)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(yàn)。蘋果在其Vision Pro平臺(tái)上便運(yùn)用了此類技術(shù)，使用戶可以通過(guò)凝視虛擬物體并用手勢(shì)與其互動(dòng)。
HTC VIVE業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)和企業(yè)解決方案副總裁Thomas Dexmier表示，新的用戶體驗(yàn)取決于具體應(yīng)用場(chǎng)景。VIVE新型的眼睛和頭部追蹤器達(dá)到120 Hz的刷新率，這對(duì)于當(dāng)前和近期的應(yīng)用來(lái)說(shuō)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(gè)人在虛擬觀眾面前的行為表現(xiàn)。即使是對(duì)復(fù)雜的3D模型進(jìn)行審視，也大多在短距離內(nèi)完成。“這意味著無(wú)需具備在遠(yuǎn)距離下毫米級(jí)精度跟蹤的能力，”Dexmier解釋道。
他認(rèn)為，創(chuàng)造新體驗(yàn)的最大挑戰(zhàn)在于如何讓設(shè)計(jì)師和研究人員輕松獲取這項(xiàng)技術(shù)?！耙坏┧麄円?jiàn)識(shí)到眼動(dòng)追蹤的可能性，便會(huì)迅速采納。”而在技術(shù)層面，開(kāi)發(fā)者需要廣泛的SDK來(lái)構(gòu)建未來(lái)基于眼動(dòng)追蹤的應(yīng)用程序，同時(shí)簡(jiǎn)化3D內(nèi)容和眼動(dòng)追蹤數(shù)據(jù)格式，以便開(kāi)發(fā)者更容易創(chuàng)建新穎體驗(yàn)。
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(wú)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(dòng)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。“盡管這些進(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(dòng)追蹤技術(shù)普及的障礙
眼動(dòng)追蹤技術(shù)普及面臨的障礙包括開(kāi)發(fā)出能在不同光照條件和應(yīng)用場(chǎng)景下高效運(yùn)行的低延遲眼動(dòng)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(gè)體。在用戶界面設(shè)計(jì)上，關(guān)鍵是要?jiǎng)?chuàng)造出自然直觀的交互方式，利用眼球運(yùn)動(dòng)而不引發(fā)不適或疲勞，避免常見(jiàn)的暈動(dòng)癥或VR眩暈問(wèn)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(dòng)追蹤模型和應(yīng)用程序在各類眼動(dòng)追蹤設(shè)備間的互操作性仍有待提升?！爱?dāng)前，將眼動(dòng)追蹤模型和應(yīng)用轉(zhuǎn)移到任何新型或不同的眼動(dòng)追蹤設(shè)備上，都需要手動(dòng)驗(yàn)證和測(cè)試。”
他的兩家公司正在研發(fā)眼動(dòng)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(píng)估注意力、檢測(cè)腦震蕩影響、提升運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和制定訓(xùn)練計(jì)劃等目的。
保護(hù)隱私和道德規(guī)范對(duì)于眼動(dòng)追蹤技術(shù)的推廣至關(guān)重要。隨著消費(fèi)者對(duì)點(diǎn)擊和點(diǎn)贊數(shù)據(jù)使用的日益謹(jǐn)慎，他們可能會(huì)對(duì)追蹤其在真實(shí)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?lái)解決這些問(wèn)題。正如Timmins所說(shuō)：“如同對(duì)AI使用的顧慮一樣，強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)保護(hù)實(shí)踐和自上而下的管理政策將成為所有采用眼動(dòng)追蹤技術(shù)公司的必備盡職調(diào)查?！?nbsp;
VR眼動(dòng)追蹤技術(shù)的未來(lái)展望
眼動(dòng)追蹤技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）領(lǐng)域的潛力無(wú)限，它不僅可以優(yōu)化圖形渲染和交互體驗(yàn)，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(guò)精確的眼球運(yùn)動(dòng)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(jué)障礙，這對(duì)于診斷神經(jīng)退行性疾病或評(píng)估創(chuàng)傷后康復(fù)進(jìn)程至關(guān)重要。
對(duì)于游戲開(kāi)發(fā)者而言，眼動(dòng)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(guò)視線就能控制游戲內(nèi)角色或進(jìn)行互動(dòng)，大大提升了用戶體驗(yàn)。同時(shí)，眼動(dòng)數(shù)據(jù)可用于動(dòng)態(tài)調(diào)整場(chǎng)景光照、視角變化等參數(shù)，使游戲畫(huà)面更加逼真且適應(yīng)個(gè)人視覺(jué)習(xí)慣。
在教育領(lǐng)域，眼動(dòng)追蹤可為教師提供關(guān)于學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的注意力集中點(diǎn)和理解程度的實(shí)時(shí)反饋，有助于個(gè)性化教學(xué)策略并改進(jìn)課程內(nèi)容。此外，這項(xiàng)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(guò)跟蹤學(xué)員的眼球運(yùn)動(dòng)來(lái)評(píng)估其決策速度和準(zhǔn)確性。
然而，盡管眼動(dòng)追蹤技術(shù)帶來(lái)了諸多益處，但在廣泛應(yīng)用前仍需解決一些關(guān)鍵問(wèn)題。首先，需要確保眼動(dòng)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(duì)眼球運(yùn)動(dòng)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(dòng)追蹤硬件與軟件生態(tài)系統(tǒng)的互操作性，降低開(kāi)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(dòng)追蹤將在未來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)及更多領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，從提升娛樂(lè)體驗(yàn)到深化科學(xué)研究，再到推動(dòng)教育培訓(xùn)方式變革，都將展現(xiàn)其強(qiáng)大的潛力與價(jià)值。