眼球追蹤技術在 VR 裡扮演什麼角色?

作者 | 發布日期 2016 年 01 月 14 日 8:00 | 分類 VR/AR , 穿戴式裝置 follow us in feedly

虛擬實境做為近兩年剛剛興起的行業越來越受到創業者的青睞,僅僅去年一年,中國宣布進入 VR 領域的公司就有數百家,其中不乏騰訊、樂視、愛奇藝等網路巨頭,並且大部分從業者都認為 2016 年將成為 VR 元年,開始進入高速發展階段。



VR 之所以備受矚目,主要因為它可以模擬真實的場景,讓人在虛擬世界裡得到感官的滿足。隨著人們對 VR 體驗訴求的提升,這種感官體驗會越來越接近現實的感受,在此過程中眼球追蹤技術將成為必不可少的應用模塊。目前已有先驅者開始嘗試透過眼球追蹤技術解決 VR 領域目前所面臨的清晰度、沉浸感、自然互動等問題。

德國的一家眼球追蹤技術公司在今年的 CES 大會上展示注視點渲染技術,中國的眼球追蹤技術公司七鑫易維也在近期發表的影片中,展示了眼球追蹤在 VR 裝置上的應用,其中局部渲染的功能將為 VR 帶來一次升級。目前 VR 硬體廠商所共同面對的問題,便是用戶的電腦硬體滿足不了顯示裝置高清渲染的需求,以 Oculus Rift 為例,用戶需要配備 1,000 美元以上的電腦才能正常運行,Nvidia GeForce 970 或 AMD Radeon 290 顯卡的成本就達 300 美元,而這還僅僅是渲染 1K 的解析度,要讓渲染的解析度匹配現實世界的解析度,單眼必須渲染 8K 的解析度,僅硬體配置這一項,就夠廠商頭疼了。

為了解決這一問題,目前最被認可的方式便是結合眼球追蹤的局部渲染技術。

人眼成像的過程中,中央凹視野(Foveal vision area)成像清晰,只覆蓋視野 1~2°,視覺敏銳度高;周邊視野(Peripheral vision field)成像是模糊的。

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如圖所示,當人眼在看螢幕 H 時,雖然整個螢幕都可以看到,但是只有 B 區域額中央凹視野是清晰的, AC 區域成像模糊,因此在畫面渲染過程中,只需要渲染中央凹視野很小的範圍,對周邊視野區域進行模糊渲染。眼球轉動,高清渲染區域隨著注視點的變化而變化,這樣既可以得到高清的視覺體驗,又可降低 GPU 負荷,因此可以大幅降低 VR 裝置對硬體的要求。

除此之外,局部渲染的方案恰好與人眼成像特徵相切合,人眼無需去主動適應螢幕,還會避免用眼過度造成的眼睛疲勞。

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當然除了畫面渲染方面,眼球追蹤技術還可以大幅度提升 VR 裝置的沉浸感。

人在觀察周圍景物時,不一定總是要轉頭。人們習慣用眼球轉動(而不是頭部轉動)去觀察或追蹤的角度範圍叫做 EOR(Eye-only range),EOR 平均為 ±18°,垂直與水平方向的 EOR 有差異,平均水平 EOR 為 ±30°,垂直 EOR 為 ±12°。

也就是說,人們習慣透過眼球轉動觀察水平 ±30°,垂直 ±12° 角度範圍內的畫面,而不是轉頭。但目前基於陀螺儀的互動方式,視角轉換全部由頭動完成,與現實中人們的習慣相違背,導致真實感缺乏,並且容易眩暈。眼球追蹤技術恰好可以解決這一問題:用戶可眼動與頭動一起控制視角變化,真實重現現實中的視覺效果。同時,透過眼球轉動與 VR 用戶介面的互動可以直接用眼睛控制選單,觸發操作,讓人擺脫不自然的頭部操作和晃動的畫面。

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眼球追蹤技術在 VR 領域的重要性已經顯而易見, Oculus 的創始人 Palmer Luckey 也曾表示,眼部跟蹤技術會成為 VR 技術未來一個「重要組成部分」。不僅能實現注視點渲染技術,它還能用來創造一種深度傳感,以創作出更好的用戶介面。

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眾所周知光線在穿透透鏡過程中會產生折射,所以目前的 VR 顯示裝置視角邊緣都產生畸變和色差。Oculus 正使用適用的光學優勢試圖修復該問題,但僅憑光學設計並無法完美解決,還需要在軟體方面進行反畸變和色散的優化。現在已經有部分產品採用了以鏡片中心為準的矯正方案,雖然有所成效,但是當人眼位置與鏡片位置發生偏移時,反畸變的效果就會隨之減弱。若讓反畸變處理結合眼球追蹤技術,將矯正方案調整為以人眼注視中心為準而不是鏡片中心為準,矯正效果也會大幅提升。

眼球追蹤技術對於 VR 來說就像滑鼠於 Windows 系統一樣,它會讓體驗更完善、使用更方便,更容易被用戶接受,雖然在 VR 裝置上成功搭載眼球追蹤技術的案例並不多,但是參照目前 VR 顯示方案的快速迭代,可知眼球追蹤技術將會成為 VR 裝置最不可或缺的技術模塊。

(本文由 雷鋒網 授權轉載) 

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