眼动追踪：第二代VR标配？

作者：薛冰洁

11月2日起，Fove 0开启预售。也许你还对这款VR设备觉得陌生，但它却是今年除Oculus Rift，HTC Vive和PSVR三大巨头之外最令人期待的一款头显设备。纵然大半年前FOVE公司还没有足够的资金支持产品的生产，即使Fove 0的一部分显示参数远不及其他VR设备，但是它内置的眼动追踪（Eye-tracking）技术却令人叹为观止，甚至可以据此预测VR的发展趋势：眼动追踪会成为第二代VR的标配。

眼动追踪VR是一种怎样的体验

Fove 0内置一整块WQHD OLED屏幕，拥有70Hz的刷新率和约100度的视野角度。熟悉PC端VR设备的开发者知道，这并不是很出彩的参数：比起Rift或Vive的90Hz刷新率，近110度的视野角度，左右眼双屏的可调节瞳间距等功能相比，Fove 0的体验效果会有一定差距。

但Fove 0的卖点在于其眼动追踪有120帧每秒的高精度红外线虹膜追踪系统，能够实现包括眼神注视、扫视在内的眼睛位置的静态与动态追踪，并完成眼神对物体的平滑跟随。在这样的配置下，头戴设备的光标从固定的屏幕中心变成了眼睛的聚焦中心。即使用户的头部保持静止，也可以选择观看VR设备内不同角色物品或UI，使得虚拟现实体验更接近现实。

●      自然的人机交互

眼动追踪的实现意味着人机交互有了新的方式。尤其是在VR中，利用眼神作为人机交互会让用户感觉更加自然。例如，对于虚拟现实中的UI交互，利用眼神注视作为光标选择UI，操作会更快，也会让用户感觉更贴近现实，比使用传统的鼠标、键盘、手柄操作都要自然。再如，用户与游戏中的角色或NPC可以实现“眼神交流”，在FOVE的官方演示中，就有玩家看向NPC的眼睛区域对方会对玩家微笑的功能（如下图）。眼动追踪给出了更多人机交互方式的可能性，加上恰到好处的UI、物体或角色交互设计，会产生神奇的效果。

FOVE交互演示：与NPC眼神交流

●      实现景深的模拟

景深（Depth ofField），简单说就是人眼对焦点前后相对清晰的成像范围：当我们目光聚焦于某个物体时，该物体的成像范围会变得清晰，而其他景象会变得模糊。景深对于模拟人眼成像的立体感和真实感都很重要，除了摄影摄像非常注意景深对画面的影响，游戏也会尽可能地模拟景深以追求更好的画面感。但是目前所有游戏所用的虚拟摄像机都是固定焦距，玩家注视不同物体时景深缺少变化。而眼动追踪提供了解决这个难题的方法：根据玩家的观看焦点对物体清晰显示，其他范围的物体则模糊显示，如下图。

FOVE景深模拟：（左）焦点在角色上，背景虚化    （右）焦点在背景栏杆，前景角色虚化

●      减轻晕动症

另外，运用眼动追踪可以一定程度的减轻晕动症（Motion Sickness）。虚拟现实中晕动症的产生本质是因为VR对现实的模拟不够真实，在眼睛和屏幕的距离是固定的普通VR头显中，玩家只能通过转动头部来改变视角，眼睛也不能对画面进行处理，大脑接收到的身体动态感知和眼观感知自相矛盾而造成眩晕。但在眼动追踪中，首先，玩家通过眼神移动来变换视角从而减少头部运动；其次，眼睛的自动适应机制被开启，眼睛可以模拟真实生活中对景深的感知，画面更真实，晕动症也会减轻。

眼动追踪VR对实时渲染的影响

眼动追踪不仅能使画面更真实用户体验更自然，它对于目前PC的高计算量的渲染需求也是一种缓解：计算机可以更极致的处理用户眼睛所关注区域的画面，而降低其他区域的画质处理，这也正是视网膜中央凹成像渲染技术（Foveated Rendering）的原理：GPU不仅可以更精确地处理眼睛所关注区域，让分辨率更上一个新台阶；也不必再精细处理全框的画面，减轻渲染量。眼动追踪适当结合视网膜中央凹成像渲染技术，可以让实时渲染性能提升至两到四倍。

技术原理与支持

眼动追踪并不是一个新鲜的技术。旧版的眼动追踪不仅成本高、体积大，而且在大多数眼动追踪的应用中，人眼和眼动追踪传感器的距离不固定，使得追踪不稳定。随着技术的发展，目前的眼动追踪感应器体积已经变得很小，完全可以內镶于VR头戴显示中，并且在VR中可以保证人眼与感应器的距离始终一直，非常适合和VR并存。

目前，眼动追踪技术主要包括传感器（其中包括摄像机和投影装置）和数据计算算法。其中，微型投影仪会将红外线或近红外线投射到用户眼睛，传感器来捕获用户眼睛的高帧速图像与反射数据流，并以智能的图像处理算法处理这些图像数据流，以计算出用户的眼睛的位置和在屏幕上的的焦点。

VR设备中的眼动追踪的技术（Tobii公司的概念图）

Fove 0也发布了最低硬件平台要求，包括Intel Core i5-4590及以上的处理器，NVIDIA GeForce GTX970 / AMD Radeon R9 290或以上的GPU，8G及以上的内存，和Windows 8.1 64-bit或Windows 10 64-bit的操作系统。其中，比起HTC Vive要求更大的内存和更新的操作系统，比起Oculus CV1需要更高端的CPU和GPU。可以看出，目前眼动追踪VR的硬件支持要求比其他PC端VR设备稍高一些。

第二代VR的标配

FOVE的创始人兼CEO小岛由香认为，眼动追踪将会是VR的下一个里程碑。GOOGLE最近也收购了研制眼动交互的Eyefluence公司，不少媒体预测这说明GOOGLE在开发新的无线VR设备；同样在研究眼动交互的Tobii公司也透漏了他们在和VR设备公司合作的消息；SMI公司发布了HTCVive的眼动追踪开发套件；传言Oculus在研究眼动追踪技术的报道也不在少数。用户体验方式的扩展，画面真实感的增强，对渲染方式和画质的提升，眼动追踪会成为第二代VR的标准配置。

图片来自网络

参考：

http://www.roadtovr.com/fove-0-eye-tracking-vr-headset-final-specs-pre-order-date/

http://www.tobii.com/tech/technology/what-is-eye-tracking/