文｜奇偶派
你是否暢想過，用眼睛就能控制萬物，讓物體按照自己的意愿來自由移動？
遺憾的是，這個酷炫，如同科幻片的場景，在以前只能出現(xiàn)在小說和電影中，如同“特異功能”或者“魔法”。在現(xiàn)實中，這種場景似乎是無法存在的。
2016年前后，初代AR/VR眼鏡和頭顯的出現(xiàn)，曾讓人們短暫地看到這一場景的曙光，這些設(shè)備可以讓人體驗沉浸感十足的3D的效果?？稍诔醮a(chǎn)品中，人們?nèi)灾荒芡ㄟ^雙手和頭部的動作來操作。且由于當(dāng)時的技術(shù)限制，人們在使用時極易產(chǎn)生眩暈感，沉浸感也稍顯不足。
但隨著眼動追蹤技術(shù)的出現(xiàn)，這樣的想法，終于有可能成為現(xiàn)實了。人們只需眼睛，就可以操控萬物。眼睛注視的位置不同，VR/AR等設(shè)備都能檢測出來。這不僅規(guī)避了此前人們在虛擬現(xiàn)實世界中的眩暈感，更將帶來十足的沉浸感。
這一技術(shù)正得到科技巨頭們的青睞，索尼的PSVR 2，Meta的Cambriat都已確定將采用這一技術(shù)，多方消息顯示，蘋果最新的MR頭顯產(chǎn)品，眼動追蹤功能也將大概率會被采用。這也預(yù)示著眼動追蹤技術(shù)，將成為MR產(chǎn)品未來發(fā)展的方向標(biāo)。
而在市場上備受追捧的元宇宙世界中，MR產(chǎn)品被作為是市場廣泛認同的元宇宙的入口，作為MR產(chǎn)品的方向標(biāo)，眼動追蹤技術(shù)對元宇宙世界的重要性更是不言而喻。
從上述信息可以看到，科技巨頭們對眼動追蹤技術(shù)都十分青睞，并陸續(xù)采納應(yīng)用該技術(shù)。眼動追蹤技術(shù)儼然已成為MR產(chǎn)品未來發(fā)展的方向標(biāo)。
那么，成為科技巨頭MR產(chǎn)品新核心的眼動追蹤技術(shù)，能在元宇宙的未來中開辟一片新藍海嗎?
帶著問題，本文將通過以下三個方面，來探討眼動追蹤技術(shù)：
1.眼動追蹤技術(shù)是什么，經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展過程？
2.發(fā)展至今的眼動追蹤，目前在各行業(yè)體現(xiàn)了哪些價值？
3.未來，眼動追蹤技術(shù)將擁有怎樣的市場規(guī)模和前景？
眼動追蹤，新時代的讀心術(shù)
眾所周知，大腦是身體的“司令部”，人的記憶、睡眠、運動和語言等都離不開我們大腦的支配。當(dāng)然，也包括對視覺感官的控制。所以，可以通過監(jiān)測眼睛的運動情況，來推斷出大腦中正在發(fā)生的事情。
眼動追蹤技術(shù)正是基于此理論發(fā)展起來。顧名思義，眼動追蹤就是監(jiān)測眼睛運行的過程。眼動追蹤最核心的研究：是確定人類或者動物注視的地方，比如實時更新瞳孔和眼球的變化。
試想，如果MR設(shè)備可以監(jiān)測眼睛的實時動態(tài)，經(jīng)過系統(tǒng)算法分析，那么就可以反推人的大腦此刻想做什么，也可以以此來為人類提供更多、更快捷的“理想化服務(wù)”。
眼動追蹤技術(shù)，就能通過儀器設(shè)備進行數(shù)字圖像處理，瞳孔定位，獲取瞳孔三維坐標(biāo)，并通過人工智能算法，計算眼睛的注視點，讓智能設(shè)備知道你正在看什么。
而眼動追蹤技術(shù)的發(fā)展歷史可以分為四個階段：觀察法；機械記錄法；光學(xué)記錄法；現(xiàn)代眼動追蹤記錄法。其中前三種方法都出現(xiàn)在比較早的20世紀(jì)，現(xiàn)因各種新技術(shù)的發(fā)明和運用，這三種都已被市場淘汰。
新世紀(jì)，更多精確，更穩(wěn)定，非侵入式眼動追蹤技術(shù)被開發(fā)出來。目前的眼動追蹤方法，主要有角膜反射法、鞏膜-虹膜邊緣法和瞳孔-角膜反射向量法。
角膜反射法主要被用于眼動力學(xué)和注視點標(biāo)定等方面，但頭部誤差較大的缺陷使其很難應(yīng)用到要求高精度的MR產(chǎn)品中。
鞏膜-虹膜邊緣法也是應(yīng)用于眼動力學(xué)和注視點標(biāo)定方面，這一方法的優(yōu)勢是水平精度較高，但缺點是垂直精度較低、干擾大、頭部誤差大。
目前整體上最具優(yōu)勢的則是瞳孔-角膜反射向量法，也被稱為普金野圖像跟蹤法。這種技術(shù)有精度高、非接觸、干擾小、無創(chuàng)等優(yōu)點，這一方法的核心原理是：視線方向由瞳孔中心相對于角膜反射的位置確定。
上/圖1 下/圖2
如圖1和圖2中所示，眼睛通過角膜反射形成特定亮斑，可以由光源和實驗者頭部的相對位置來確定其位置。如果被試保持頭部保持不動，當(dāng)眼球轉(zhuǎn)動時，角膜反射不會移動，只有瞳孔會移動。圖中可以很清晰地看出瞳孔中心與角膜反射變化之間的方位關(guān)系。
憑借這一方法帶來的高精度和關(guān)鍵數(shù)據(jù)，目前瞳孔-角膜反射向量法也被廣泛用于現(xiàn)代的眼動追蹤設(shè)備中。
而AR/VR等元宇宙的入口產(chǎn)品，可以通過以上述方法為代表的眼動追蹤技術(shù)，采集高精度的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如時間戳信息、視線落點、眼球位置和瞳孔直徑等等。
隨后，再通過對上述關(guān)鍵數(shù)據(jù)的檢測及系統(tǒng)分析，產(chǎn)品就可以知道眼睛在看什么，進而解析人的大腦想干什么。
不過，盡管這一技術(shù)有發(fā)展成為新時代“讀心術(shù)”的前置，但即便是目前的發(fā)展水平，企業(yè)想真正掌握它也非易事。企業(yè)不僅需要精通圖像視覺，還需要對人體視覺神經(jīng)和大腦控制等原理有深入研究，這樣才能進一步挖掘這一技術(shù)的價值，推動實際應(yīng)用。
眼動追蹤用在哪兒？
正如前文所說，眼動追蹤技術(shù)通過對眼睛的狀態(tài)的實時監(jiān)測，可以獲取眼睛的注視位點，進而推測出大腦的意圖。
目前，人們在日常活動中，離不開用嘴去交流，用手去操作?？梢灶A(yù)見，當(dāng)在眼動追蹤技術(shù)的推動下，眼睛可以替代嘴巴和雙手的功能時，許多相關(guān)聯(lián)的行業(yè)勢必將迎來一場變革。
實際上，近幾年眼動追蹤技術(shù)在各行各業(yè)已取得不少突破性進展。無論在混合現(xiàn)實（MR），還是在醫(yī)療、汽車、零售、無障礙輔助等領(lǐng)域都有了實際應(yīng)用的案例。
在MR領(lǐng)域，眼動追蹤技術(shù)正在解決MR頭顯產(chǎn)品被詬病多年的眩暈問題。
此前，多家大廠的多代MR頭顯產(chǎn)品，在用戶戴上后，往往會產(chǎn)生一定的眩暈感，這是由于眼睛看到的視頻畫面，跟身體的感覺不匹配，大腦感到困惑。而大腦的困惑進一步傳達到整個身體，讓使用MR頭顯產(chǎn)品的用戶產(chǎn)生眩暈效果。
眩暈感嚴重降低了設(shè)備的體驗感，讓許多本打算購買MR產(chǎn)品的消費者心存疑慮，更在過去數(shù)年里妨礙了MR行業(yè)的進一步發(fā)展。
而眼動追蹤技術(shù)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，與人眼日常工作的原理相似。
眼睛注視圖（左）和全景圖（右）對比
因此，眼動追蹤技術(shù)加持的AR/VR產(chǎn)品，相比此前頭顯，出現(xiàn)眩暈和低沉浸感的問題概率將大幅減小。今年3月，就有業(yè)內(nèi)人士提前試玩了搭載眼動追蹤技術(shù)的索尼PSVR 2，并表示相比前代在眩暈和畫面流暢方面有極大改進，甚至“玩完后世界都不同了”。
帶給人們不同于現(xiàn)實世界的沉浸感和體驗，正是元宇宙所描繪的美妙未來的源頭，在眼動追蹤技術(shù)的推動下，MR產(chǎn)品也在為向往元宇宙的人們提供一個更優(yōu)秀的入口。
但在MR產(chǎn)品上的應(yīng)用，還不只是眼動追蹤技術(shù)的全部價值全部所在。
在營銷領(lǐng)域，通過眼動追蹤測量視覺注意力的功能，營銷主體可以更精確地對用戶行為進行解讀。因為眼動追蹤技術(shù)可以客觀監(jiān)測人們的視覺注意力重點。這對于包裝設(shè)計，產(chǎn)品布局和商品展示的優(yōu)化都至關(guān)重要。
Pop Tarts Bites的包裝設(shè)計正是采用視覺營銷的技術(shù)，讓該品牌的總銷售額較之前增長了18％。
在教育培訓(xùn)領(lǐng)域，眼動追蹤技術(shù)為疫情催生的線上教學(xué)模式提供了效果更佳的新思路。
由于疫情被迫采用的線上教學(xué)模式，美國醫(yī)學(xué)委員道格拉斯博士以一套Miya模型，將眼動追蹤技術(shù)與實際教學(xué)方法相結(jié)合，從而在模擬環(huán)境中而非在患者身上進行手術(shù)教學(xué)，并用眼動儀來評估學(xué)生的技能水平。
而在汽車領(lǐng)域，眼動追蹤技術(shù)也在識別疲勞駕駛，駕駛注意力不集中等問題上發(fā)揮著重要作用。眼動追蹤技術(shù)可以及時跟蹤判斷駕駛員的注意力集中情況，連續(xù)提醒駕駛員預(yù)防疲勞駕駛。
一家名為Seeing Machines的公司，也在過去幾年里開發(fā)了通過眼動追蹤技術(shù)，人工智能分析頭部、臉部和眼睛了解駕駛員實時情況的功能，以此辨別他們在途中的困倦與分心情況。明顯降低道路交通事故率?，F(xiàn)已為全球上百家車企提供該技術(shù)服務(wù)。
除了應(yīng)用于科研和商業(yè)領(lǐng)域之外，通過眼動追蹤技術(shù)的輔助，殘障人士也可以用眼睛來操控計算機，以此作為信息輸入方式與外界進行溝通。Tobii公司的眼動追蹤設(shè)備TD Pilot，就可以幫助殘障人士通過眼球來操作iPad上的應(yīng)用軟件，選中目標(biāo)，甚至通過眼球移動來進行打字和游戲。
由此可見，眼動追蹤技術(shù)已經(jīng)在多個行業(yè)得到實際應(yīng)用。這一技術(shù)的行業(yè)價值正在進一步得到凸顯。未來，隨著“可用眼代替手”的場景需求日益增多，眼動追蹤技術(shù)還有更多可以“大顯身手”的地方。
元宇宙未來，眼動追蹤的藍海
隨著元宇宙概念的發(fā)展，現(xiàn)實世界存在的事物將逐步數(shù)字化、虛擬化，并將其映射到虛擬世界中。這個“虛擬”市場在逐步壯大。而AR/VR頭顯等MR設(shè)備作為虛擬世界的入口，在其中的作用也將舉足輕重。
根據(jù)中國信通院統(tǒng)計，2020年全球VR/AR市場規(guī)模約為900億元，其中VR市場規(guī)模620億元，AR市場規(guī)模280億元。該機構(gòu)2020-2024五年，預(yù)測全球虛擬（增強）現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)規(guī)模年均增長率約為54%，其中VR增速約45%，AR增速約66%，2024年二者市場規(guī)模接近、均達到2400億元。
奇偶派制圖
龐大的MR市場給了眼動追蹤技術(shù)快速成長的土壤，根據(jù)美國市場調(diào)研機構(gòu)ABI Research指出，應(yīng)用了手勢控制與眼動追蹤技術(shù)的傳感器產(chǎn)生的收入將會接近50億美元。
眼動追蹤技術(shù)作為MR設(shè)備不可或缺的一環(huán)，今后在多方面還有希望實現(xiàn)進一步的突破，這無疑將再度拓展眼動追蹤技術(shù)在元宇宙的作用。
例如，在如今MR頭顯中的光學(xué)系統(tǒng)暫時還未能實現(xiàn)動態(tài)聚焦功能，這是因為頭顯需要一個致動式變焦顯示器。但變焦顯示器一定得有眼動追蹤技術(shù)的支持，系統(tǒng)需要準(zhǔn)確地知道用戶的注視點位置。
但隨著眼動追蹤技術(shù)的進步，未來的MR設(shè)備有望通過這一技術(shù)識別人眼睛焦點的深度變化,從而讓聚焦也隨著變化，也就實現(xiàn)了MR設(shè)備的動態(tài)聚焦。
通過使用MR設(shè)備中的眼動跟蹤信息，設(shè)備也可以僅執(zhí)行“中心凹形渲染”，來渲染被觀察環(huán)境中的那些元素。這既避免了渲染所需資源過多而導(dǎo)致的GPU過載，還能精確地帶來更高質(zhì)量的視覺體驗，打造出一個沉浸感更強的元宇宙環(huán)境。
此外，眼動追蹤對視覺的追蹤，也有助于未來特殊MR等各類設(shè)備對用戶意圖進行更準(zhǔn)確的判斷。設(shè)備和系統(tǒng)將可以根據(jù)用戶注視點，來規(guī)劃用戶的下一步行為，并為其營造更貼切的元宇宙世界的各類設(shè)定。
而眼動追蹤對提高交互效率方面，同樣有著很好的應(yīng)用前景，有了眼動追蹤對操作速度和精度的加快，用戶自身也可以主動利用他們的注視點，更輕松地完成現(xiàn)實世界和虛擬世界中的各類操作任務(wù)。
無論是在現(xiàn)實世界的遠程手術(shù)、遠程駕駛等方面，還是在虛擬元宇宙中的各種操作，眼動追蹤技術(shù)的發(fā)展，都將為人類帶來更多的便利。
雖然當(dāng)下眼動追蹤市場規(guī)模，還無法與MR整體市場相比，但它作為MR、乃至元宇宙設(shè)備中的“精準(zhǔn)手術(shù)刀”，未來注定隨著MR的發(fā)展和元宇宙的進化，獲得廣闊的發(fā)展天地。
正如知名的Meta旗下MR設(shè)備公司Oculus創(chuàng)始人Palmer Luckey所表示的：“眼動追蹤是虛擬世界的心臟，未來的視覺頭顯必將都支持眼動追蹤技術(shù)”。
作為未來元宇宙世界入口的核心，眼動追蹤技術(shù)在今后廣闊的市場規(guī)模中，也注定大有可為。
寫在最后
隨著虛擬現(xiàn)實行業(yè)不斷的迭代、發(fā)展，以及元宇宙概念的興起，MR設(shè)備被認為是下一代計算平臺的說法得到越來越多的認可。
MR頭顯也正在朝著更輕、更薄、更便捷的方向發(fā)展。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，MR頭顯預(yù)計在2025年將銷售超過1億臺。未來MR產(chǎn)業(yè)的規(guī)模有望超過智能手機，成為人手一臺的便攜式計算終端。
可以預(yù)見的是，在不久的將來，人類通過MR設(shè)備上的眼動追蹤技術(shù)來完成的事情會越來越多。比如創(chuàng)作、設(shè)計可以通過眼睛來操縱輸入端；醫(yī)生也可以通過相關(guān)智能設(shè)備，用眼動控制來完成一場精細化的遠程手術(shù)。同虛擬世界進行互動也會變得和現(xiàn)在打電話一樣簡單。
用眼睛控制萬物，將不再僅僅是個夢想，而會成為你生活的一部分。未來已來,將至已至。眼動追蹤技術(shù)正解放著人類的雙手，“眼控”代替“手控”的時代還會遠嗎？
參考資料：
1.《眼動分析技術(shù)的基礎(chǔ)與應(yīng)用》閆國利；
2.《眼動追蹤技術(shù)的方法》陳銳；
3.《眼球追蹤的魅力在哪里》93913虛擬現(xiàn)實；
4.《初識眼動，你需要了解的人類眼動的背景知識》Tobii Pro；
5.《新一代XR頭顯標(biāo)配，詳解眼動追蹤技術(shù)的價值和挑戰(zhàn)》VR陀螺。