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眼球追踪驱动下一代AR/VR发展

2017-09-04 17:02:55|来源: AR联盟

      近几年来,随着数百家初创企业和包括Google,Apple,Samsung,以及 Facebook在内的科技巨头的大举投资,该行业一直在快速发展。尽管所有这些活动,AR/VR硬件仍然比较粗糙。大多数接口从头部运动和手动输入中获取信号。图形通常由人工完成,而且由于分辨率低和帧速慢,可能会比较刺眼。
      实时跟踪眼球运动的眼球跟踪系统有望改变这一状况。
     
     从历史上看,该技术已被用于收集科学和商业应用的信息,如市场调查和医疗诊断。因为人类主要利用视觉来在环境中运动,所以眼睛能反映出人们正在思考的事情。他们可以告诉设备用户正在关注什么,以及他们如何响应。在计算中,眼动跟踪通过控制中心“无需手动输入”,例如按钮、控制器或鼠标来“交谈”,为人机关系的革命打下了基础。例如,一种智能手机或笔记本显示器,能够响应眼球运动和口头指令,它比需要触摸、鼠标和键盘的设备更能与人类的思维密切合作。物联网(包括无人驾驶汽车和智能设备)的发展依赖于这些类型的关系。
      由于体积小,功能强大的组件,包括紧凑型红外发光二极管(IRED),很多公司最终能够把眼球跟踪传感器集成在他们的产品中。如果做得好,这些系统可以使虚拟显示器自然的响应用户,甚至是用户潜意识的暗示。这可能是一个真正沉浸式虚拟体验的开始。
      产业的变化
      在2017年1月,日本VR公司FOVE发布了第一款眼球追踪VR头显。
      与此同时,一批中高端硬件公司也在努力为现有的头显添加某种形式的眼球跟踪,以及未来的综合解决方案。Tobii和其他的眼球追踪开发商已经开始对消费级AR/VR产品授权,同时科技巨头如Google和Facebook已经吸收了一些的最有前途的初创公司。
      对消费级VR/AR产品不对增长的热情已经对市场产生深远的影响。根据Parks and Associates的数据,在美国,百分之九的联网家庭预计在明年购买VR头显,而到2017年底,全球有2400万户家庭会这样做。UBI研究预计2021年总出货量将超过6500万台,国际数据公司(IDC)预测的AR/VR头显的五年复合增长率为108.3%。
      据彭博社报道,仅仅在中国,消费级VR/AR市场可能会在未来4年达到85亿美元。同时,市场观察认为,到2023年眼球跟踪市场将达到14亿美元,部分原因是其在VR/AR产品的作用。
      眼球跟踪如何支持沉浸感
      AR/VR的长期目标是完全沉浸的能力,将用户从真实到虚拟世界,没有感觉中断。这是现代计算史上最复杂的事业之一。为了完成这一梦想,硬件需要放弃手动输入,并使用户能够与虚拟世界交互,就像他们与真实世界一样。
      这需要时间。下面介绍了眼球跟踪如何促进沉浸式功能的发展:
      注视点渲染
      我们通过眼睛底部,直接位于瞳孔后面的视觉部分感知视野中心的视觉细节。周围的物体,在视网膜中央窝范围外的物体变得模糊。因此,在每一帧中使用同一分辨率,就像大多数AR/VR系统一样,最终是浪费的。注视点渲染是一个数字成像过程,模仿了我们看到高清晰度目标的同时降低周围环境的分辨率。
      这种技术对我们的眼睛和硬件都是是温和的。因为它降低了整体的像素数-不改变图像的完整性-注视点渲染能明显降低负载和功耗。这样可以释放资源,这些资源可以重定向到其他操作,如加快帧速率。因此,用户体验的延迟和动晕症有所减少,而显示器的保真度有所提高。The Eye Tribe的一个视频演示注意到了系统基准的巨大变化,戏剧性的变化包括:图形处理单元(GPU)从80-90%减少到40-30 %;时钟频率:从1200兆赫降到800兆赫;热设计功耗(TDP)从70%降到40%。
      精确的瞳距(IPD)
      用户通过一组称为“护目镜”的透镜与AR/VR进行交互,这些透镜必须与用户的瞳孔一致,以便在显示中充分传达三维性。如果对齐不准确,眼睛的张力和图像就会变得扁平和模糊。
      找到合适的位置是很有挑战性的。瞳孔之间的长度,称为瞳距(IPD),成人范围从5.1cm到7.7cm。这种变化在使用双筒望远镜、显微镜和望远镜时是显而易见的,它需要调整以适应观察者的IPD并传递最佳细节和深度。
      大多数AR/VR头显则是过渡补偿了护目镜或手动调节器。由于眼球跟踪系统在设备中定位瞳孔,新产品可以精确计算IPD。这就可以让用户的眼睛放松并充分参与体验,并提高显示器的整体感觉。
      自然用户界面(UI)
      当显示器响应眼球运动而不仅仅是头部定位时,用户获得了更自然的视野。眼球跟踪可以让用户选择虚拟物体,例如游戏中的球或武器,或者仅仅通过观察来传送到虚拟环境中的一个新地点。
      在增强现实中,一个面向视觉的界面可以允许用户在一个实体店中选择购买物品,而不需要用户与员工交互。
      无缝识别
      一个人的虹膜就像指纹一样独特。通过眼球跟踪虹膜扫描,AR/VR头显不再需要密码,使系统更容易访问和更加安全。
      眼球跟踪与创新
      在重大突破后,高影响力技术会加速发展。现在FOVE发布了第一款眼球跟踪VR头显,我们可以期待这些功能将很快成为价格实惠的智能手机头显或高端系统的一系列产品的标配。
      Tobii公司业务部总裁Oscar Werner说:“大部分VR头盔显示器厂商的观点是,眼球跟踪将是第二代头显的一个关键部分,这推动了技术的发展和创新。”
      公司开始投资于虚拟现实技术不久后,从2014到2016,Tobii的销量翻了近一倍。
为了充分利用不断变化的市场,硬件开发人员需要集成能够跟上人眼的眼球跟踪系统。该技术通过将不可见红外光(红外线)照射到角膜中来工作。光线通过瞳孔,反射出虹膜,在相机传感器上露出瞳孔的边缘。
      眼球跟踪给AR/VR开发人员提供了极好的机会:构建人脑交互的机器。随着技术的发展,超小型红外线发射器在硬件创新中起着至关重要的作用。
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