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眼动跟踪如何驱动下一代AR和VR ?

2017-9-4 11:58| 发布者: Allen

摘要: 由于眼球追踪技术的进步,AR和VR正在加速实现一个巨大的飞跃。

  
AR/VR行业近年来一直在蓬勃发展,数百家创业公司和Google,苹果,三星和Facebook等科技巨头的大量投资。 尽管有这些活动,但AR / VR硬件仍然比较粗糙。 大多数接口采取头部移动和手动输入的提示。 图形经常出现人为的现象,由于分辨率低,帧速度慢,可能会导致眼睛严重。

眼球追踪系统可以实时监控眼球运动,并承诺改变这种情况。
  
从历史上看,这项技术被用于收集科学和商业应用的信息,如市场研究和医学诊断。因为人类主要利用视觉来导航他们的环境,所以眼睛可以显示出大脑中正在发生的事情。他们可以告诉设备用户关注的是什么,以及他们是如何回应的。在计算中,眼球追踪有助于为人机关系的革命奠定基础,允许控制中心在没有人工输入的情况下“交谈”,例如按钮、控制器或鼠标。例如,智能手机或笔记本电脑显示器对眼球运动和口头指令的反应,比需要触摸、鼠标和键盘的设备更能与人的大脑工作。物联网的发展(包括无人驾驶汽车和智能家电)依赖于这些类型的关系。
  
多亏了小巧、强大的组件,包括紧凑的红外发光二极管(IRED),公司终于在他们的产品中集成了眼球追踪传感器。如果做得好,这些系统可以使虚拟显示器响应自然的,甚至是潜意识的,来自用户的提示。这可能是真正沉浸式虚拟体验的开始。
  
行业正在发生变化
  
在2017年1月,日本VR公司FOVE发布了第一个眼球追踪VR头盔。
  


与此同时,一批中高端的AR / VR硬件公司一直在努力为现有的耳机添加某种形式的眼球追踪,以及未来的综合解决方案。Tobii和其他眼球追踪的开发者已经开始授权他们的技术用于消费者AR / VR产品,而像谷歌和Facebook这样的科技巨头已经吸收了一些最有前途的创业公司。
  
对消费者VR / AR的日益增长的热情正在对市场产生深远的影响。根据Parks and Associates的数据,美国9%的联网家庭预计明年将购买VR头盔,到2017年底,全球将有2400万户家庭购买VR头盔。UBI Research预计,到2021年,总发货量将超过6500万辆,国际数据公司(IDC)预测,AR / VR头盔的年复合年增长率为108.3%。
  
据彭博科技报道,仅在中国,消费者VR / AR市场在未来四年就可以达到85亿美元。与此同时,市场观察认为,到2023年,眼球追踪市场将达到1.4亿美元,部分原因是它在VR / AR产品方面的作用。

眼睛跟踪如何支持沉浸
  
AR / VR的远程目标是完全浸没 - 从用户的真实世界传递到虚拟世界的能力,没有感觉到中断。它是现代计算历史上最复杂的工作之一。为了完成幻觉,硬件将需要摆脱手动输入,并使用户能够与虚拟世界进行交互。
  
到达那里将需要时间。眼睛跟踪如何促进沉浸式功能的发展:浮雕呈现
  
我们通过我们的中央凹(眼睛部分负责视力位于视网膜底部,直接在瞳孔后面),将视觉细节视为我们视野的中心。外围物体,在中心凹范围外,显得模糊。因此,像大多数AR / VR系统一样,在每个帧中使用相同的分辨率,最终是浪费的。移动渲染,数字成像过程,通过在降低环境分辨率的同时,通过在高分辨率(HD)中显示中心凹目标来模拟我们的看法。当眼睛在显示屏周围反弹时,眼睛跟踪对于定位该顶点至关重要。
  
这种技术在我们的眼睛和硬件上基本上是温和的。因为它可以减少整体像素数量,而不会改变图像的完整性 - 显着降低负载和功耗。这样可以释放资源,可以将其重定向到其他操作,如加快帧速率。结果,在显示器的保真度提高的同时,用户体验较少的滞后和晕车。 The Eye Tribe的视频演示注意到系统基准的显着变化,包括:图形处理单元(GPU)负载从80-90%到40-30%;时钟频率:1200MHz至800MHz;热设计功耗(TDP)从70%到40%。
  
精确的瞳孔间的距离(IPD)
  
用户通过一组称为“护目镜”的镜头与AR / VR进行接合。这些镜头必须与用户的瞳孔对齐,才能在显示屏上完全传达三维。如果对准是离线的,眼睛变形和图像变平且变得模糊。
  


寻找适当的位置可能是具有挑战性的。被称为瞳孔间距(IPD)的瞳孔之间的长度在成人中为5.1cm至7.7cm。这种变化在使用双筒望远镜,显微镜和望远镜方面是显而易见的,这些望远镜需要调整以适应观众的IPD并传输最佳的细节和深度。
  
大多数AR / VR耳机过度补偿超宽眼罩或手动调节器。由于眼睛跟踪系统可以将设备中的瞳孔定位,新产品可以精确计算出IPD。正确的配合使用户的眼睛放松和充分参与体验,并提高显示的整体感觉。
  
自然用户界面(UI)
  
当显示器响应眼睛运动时 - 不仅仅是头部定位 - 用户获得更自然的视野。眼睛跟踪可以使用户能够简单地通过查看来选择虚拟对象,例如游戏中的球或武器,或传送到虚拟环境中的新位置。
  
这消除了对屏幕杂乱的图标的需要,并减少导航所需的精神能量。在增强现实中,注视导向界面可能允许用户选择要在实体店进行购买的物品,而不需要用户与员工进行交互。
  
社会回应
  
眼睛是我们第一个交流工具。在我们学会交谈之前很久,我们通过微妙的面部动作感受到情绪。通过监控眼睛信号,沉浸式硬件支持以更高的灵敏度识别和响应用户的软件程序。该技术可以通过赋予他们实现真实的社会线索的能力,帮助虚拟角色生活。新化身可以传递人类对手的眼动,为视频游戏和其他虚拟内容带来新的维度。
  
无缝识别
  
个人的虹膜与其指纹一样独特。通过虹膜扫描,通过眼睛跟踪启用,AR / VR耳机不需要密码,使系统更易于访问和安全。


眼动跟踪与创新
  
在重大突破后,高冲击技术的发展往往会加速。现在,FOVE发布了第一个眼球追踪VR头盔,我们可能预计这些功能很快就会在一系列产品中出现——从廉价的智能手机耳机到高端系统。
  
Tobii业务部门总裁奥斯卡·沃纳向TechCrunch解释道:“视觉跟踪将是第二代耳机的关键部分,由大量的VR HMD供应商分享。”“这推动了技术的发展和创新。”
  
作为参考,Tobii的销售额从2014年到2016年几乎翻了一番,在该公司开始投资VR技术后不久。
  

为了充分利用不断变化的市场,硬件开发人员需要整合眼球追踪系统,以配合人眼。这项技术的工作原理是将不可见的红外线光照射到角膜上。光线穿过瞳孔,未被发现,反射出虹膜,将瞳孔的边缘显示在相机传感器上。
  
眼球抽搐,即所谓的“saccades”,是人体运动中速度最快的运动之一,眼睛可以移动0.9度/毫秒,在AR / VR中使用的眼睛追踪系统中,眼球追踪系统必须与这个速度相匹配,尤其是在图像改变时,每个眼球运动都会发生变化。除了强大的记忆卡和精确的传感器,眼球追踪还需要一种高效、轻便的红外光源。为此,Osram Opto半导体开发了萤火虫FH 4055,这是一种IRED,用于近距离的眼球追踪(在眼睛和传感器之间的距离小于5cm)。Firefly SFH 4055在侧面安装,最大反射和最小能耗。
  


眼动跟踪为AR / VR开发者提供了非凡的机会:一个能够与人类心灵互动的机器的机会。随着技术的进步,超紧凑红外发射器在硬件创新中起着关键的作用。

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