你是否暢想過(guò)，用眼睛就能控制萬(wàn)物，讓物體按照自己的意愿來(lái)自由移動(dòng)？
遺憾的是，這個(gè)酷炫，如同科幻片的場(chǎng)景，在以前只能出現(xiàn)在小說(shuō)和電影中，如同“特異功能”或者“魔法”。在現(xiàn)實(shí)中，這種場(chǎng)景似乎是無(wú)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(chǎng)景的曙光，這些設(shè)備可以讓人體驗(yàn)沉浸感十足的3D的效果。可在初代產(chǎn)品中，人們?nèi)灾荒芡ㄟ^(guò)雙手和頭部的動(dòng)作來(lái)操作。且由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)限制，人們?cè)谑褂脮r(shí)極易產(chǎn)生眩暈感，沉浸感也稍顯不足。
但隨著眼動(dòng)追蹤技術(shù)的出現(xiàn)，這樣的想法，終于有可能成為現(xiàn)實(shí)了。人們只需眼睛，就可以操控萬(wàn)物。眼睛注視的位置不同，VR/AR等設(shè)備都能檢測(cè)出來(lái)。這不僅規(guī)避了此前人們?cè)谔摂M現(xiàn)實(shí)世界中的眩暈感，更將帶來(lái)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(píng)果最新的MR頭顯產(chǎn)品，眼動(dòng)追蹤功能也將大概率會(huì)被采用。這也預(yù)示著眼動(dòng)追蹤技術(shù)，將成為MR產(chǎn)品未來(lái)發(fā)展的方向標(biāo)。
Meta Quest 2 來(lái)源/網(wǎng)絡(luò)
而在市場(chǎng)上備受追捧的元宇宙世界中，MR產(chǎn)品被作為是市場(chǎng)廣泛認(rèn)同的元宇宙的入口，作為MR產(chǎn)品的方向標(biāo)，眼動(dòng)追蹤技術(shù)對(duì)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(duì)眼動(dòng)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(dòng)追蹤技術(shù)儼然已成為MR產(chǎn)品未來(lái)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(dòng)追蹤技術(shù)，能在元宇宙的未來(lái)中開(kāi)辟一片新藍(lán)海嗎?
帶著問(wèn)題，本文將通過(guò)以下三個(gè)方面，來(lái)探討眼動(dòng)追蹤技術(shù)：
1.眼動(dòng)追蹤技術(shù)是什么，經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展過(guò)程？
2.發(fā)展至今的眼動(dòng)追蹤，目前在各行業(yè)體現(xiàn)了哪些價(jià)值？
3.未來(lái)，眼動(dòng)追蹤技術(shù)將擁有怎樣的市場(chǎng)規(guī)模和前景？
眼動(dòng)追蹤，新時(shí)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(yùn)動(dòng)和語(yǔ)言等都離不開(kāi)我們大腦的支配。當(dāng)然，也包括對(duì)視覺(jué)感官的控制。所以，可以通過(guò)監(jiān)測(cè)眼睛的運(yùn)動(dòng)情況，來(lái)推斷出大腦中正在發(fā)生的事情。
眼動(dòng)追蹤技術(shù)正是基于此理論發(fā)展起來(lái)。顧名思義，眼動(dòng)追蹤就是監(jiān)測(cè)眼睛運(yùn)行的過(guò)程。眼動(dòng)追蹤最核心的研究：是確定人類(lèi)或者動(dòng)物注視的地方，比如實(shí)時(shí)更新瞳孔和眼球的變化。
試想，如果MR設(shè)備可以監(jiān)測(cè)眼睛的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，經(jīng)過(guò)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(lái)為人類(lèi)提供更多、更快捷的“理想化服務(wù)”。
眼動(dòng)追蹤技術(shù)，就能通過(guò)儀器設(shè)備進(jìn)行數(shù)字圖像處理，瞳孔定位，獲取瞳孔三維坐標(biāo)，并通過(guò)人工智能算法，計(jì)算眼睛的注視點(diǎn)，讓智能設(shè)備知道你正在看什么。
眼動(dòng)追蹤渲染圖 來(lái)源/網(wǎng)絡(luò)
而眼動(dòng)追蹤技術(shù)的發(fā)展歷史可以分為四個(gè)階段：觀察法；機(jī)械記錄法；光學(xué)記錄法；現(xiàn)代眼動(dòng)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(yùn)用，這三種都已被市場(chǎng)淘汰。
新世紀(jì)，更多精確，更穩(wěn)定，非侵入式眼動(dòng)追蹤技術(shù)被開(kāi)發(fā)出來(lái)。目前的眼動(dòng)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(dòng)力學(xué)和注視點(diǎn)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(dòng)力學(xué)和注視點(diǎn)標(biāo)定方面，這一方法的優(yōu)勢(shì)是水平精度較高，但缺點(diǎn)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(shì)的則是瞳孔-角膜反射向量法，也被稱(chēng)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(wú)創(chuàng)等優(yōu)點(diǎn)，這一方法的核心原理是：視線(xiàn)方向由瞳孔中心相對(duì)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(guò)角膜反射形成特定亮斑，可以由光源和實(shí)驗(yàn)者頭部的相對(duì)位置來(lái)確定其位置。如果被試保持頭部保持不動(dòng)，當(dāng)眼球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，角膜反射不會(huì)移動(dòng)，只有瞳孔會(huì)移動(dòng)。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(lái)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(dòng)追蹤設(shè)備中。
而AR/VR等元宇宙的入口產(chǎn)品，可以通過(guò)以上述方法為代表的眼動(dòng)追蹤技術(shù)，采集高精度的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如時(shí)間戳信息、視線(xiàn)落點(diǎn)、眼球位置和瞳孔直徑等等。
隨后，再通過(guò)對(duì)上述關(guān)鍵數(shù)據(jù)的檢測(cè)及系統(tǒng)分析，產(chǎn)品就可以知道眼睛在看什么，進(jìn)而解析人的大腦想干什么。
不過(guò)，盡管這一技術(shù)有發(fā)展成為新時(shí)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(jué)，還需要對(duì)人體視覺(jué)神經(jīng)和大腦控制等原理有深入研究，這樣才能進(jìn)一步挖掘這一技術(shù)的價(jià)值，推動(dòng)實(shí)際應(yīng)用。
眼動(dòng)追蹤用在哪兒？
正如前文所說(shuō)，眼動(dòng)追蹤技術(shù)通過(guò)對(duì)眼睛的狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以獲取眼睛的注視位點(diǎn)，進(jìn)而推測(cè)出大腦的意圖。
目前，人們?cè)谌粘；顒?dòng)中，離不開(kāi)用嘴去交流，用手去操作?？梢灶A(yù)見(jiàn)，當(dāng)在眼動(dòng)追蹤技術(shù)的推動(dòng)下，眼睛可以替代嘴巴和雙手的功能時(shí)，許多相關(guān)聯(lián)的行業(yè)勢(shì)必將迎來(lái)一場(chǎng)變革。
實(shí)際上，近幾年眼動(dòng)追蹤技術(shù)在各行各業(yè)已取得不少突破性進(jìn)展。無(wú)論在混合現(xiàn)實(shí)（MR），還是在醫(yī)療、汽車(chē)、零售、無(wú)障礙輔助等領(lǐng)域都有了實(shí)際應(yīng)用的案例。
在MR領(lǐng)域，眼動(dòng)追蹤技術(shù)正在解決MR頭顯產(chǎn)品被詬病多年的眩暈問(wèn)題。
此前，多家大廠的多代MR頭顯產(chǎn)品，在用戶(hù)戴上后，往往會(huì)產(chǎn)生一定的眩暈感，這是由于眼睛看到的視頻畫(huà)面，跟身體的感覺(jué)不匹配，大腦感到困惑。而大腦的困惑進(jìn)一步傳達(dá)到整個(gè)身體，讓使用MR頭顯產(chǎn)品的用戶(hù)產(chǎn)生眩暈效果。
眩暈感嚴(yán)重降低了設(shè)備的體驗(yàn)感，讓許多本打算購(gòu)買(mǎi)MR產(chǎn)品的消費(fèi)者心存疑慮，更在過(guò)去數(shù)年里妨礙了MR行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
而眼動(dòng)追蹤技術(shù)可以獲知人眼的真實(shí)注視點(diǎn)，從而得到虛擬物體上視點(diǎn)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(duì)比 來(lái)源/網(wǎng)絡(luò)
因此，眼動(dòng)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(wèn)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(dòng)追蹤技術(shù)的索尼PSVR 2，并表示相比前代在眩暈和畫(huà)面流暢方面有極大改進(jìn)，甚至“玩完后世界都不同了”。
帶給人們不同于現(xiàn)實(shí)世界的沉浸感和體驗(yàn)，正是元宇宙所描繪的美妙未來(lái)的源頭，在眼動(dòng)追蹤技術(shù)的推動(dòng)下，MR產(chǎn)品也在為向往元宇宙的人們提供一個(gè)更優(yōu)秀的入口。
但在MR產(chǎn)品上的應(yīng)用，還不只是眼動(dòng)追蹤技術(shù)的全部?jī)r(jià)值全部所在。
在營(yíng)銷(xiāo)領(lǐng)域，通過(guò)眼動(dòng)追蹤測(cè)量視覺(jué)注意力的功能，營(yíng)銷(xiāo)主體可以更精確地對(duì)用戶(hù)行為進(jìn)行解讀。因?yàn)檠蹌?dòng)追蹤技術(shù)可以客觀監(jiān)測(cè)人們的視覺(jué)注意力重點(diǎn)。這對(duì)于包裝設(shè)計(jì)，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(jì)正是采用視覺(jué)營(yíng)銷(xiāo)的技術(shù)，讓該品牌的總銷(xiāo)售額較之前增長(zhǎng)了18％。
Pop Tarts Bites包裝
在教育培訓(xùn)領(lǐng)域，眼動(dòng)追蹤技術(shù)為疫情催生的線(xiàn)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(xiàn)上教學(xué)模式，美國(guó)醫(yī)學(xué)委員道格拉斯博士以一套Miya模型，將眼動(dòng)追蹤技術(shù)與實(shí)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(jìn)行手術(shù)教學(xué)，并用眼動(dòng)儀來(lái)評(píng)估學(xué)生的技能水平。
眼動(dòng)追蹤醫(yī)療教學(xué) 來(lái)源/網(wǎng)絡(luò)
而在汽車(chē)領(lǐng)域，眼動(dòng)追蹤技術(shù)也在識(shí)別疲勞駕駛，駕駛注意力不集中等問(wèn)題上發(fā)揮著重要作用。眼動(dòng)追蹤技術(shù)可以及時(shí)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(guò)去幾年里開(kāi)發(fā)了通過(guò)眼動(dòng)追蹤技術(shù)，人工智能分析頭部、臉部和眼睛了解駕駛員實(shí)時(shí)情況的功能，以此辨別他們?cè)谕局械睦Ь肱c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(chē)企提供該技術(shù)服務(wù)。
實(shí)時(shí)監(jiān)控眼部狀態(tài) 來(lái)源/網(wǎng)絡(luò)
除了應(yīng)用于科研和商業(yè)領(lǐng)域之外，通過(guò)眼動(dòng)追蹤技術(shù)的輔助，殘障人士也可以用眼睛來(lái)操控計(jì)算機(jī)，以此作為信息輸入方式與外界進(jìn)行溝通。Tobii公司的眼動(dòng)追蹤設(shè)備TD Pilot，就可以幫助殘障人士通過(guò)眼球來(lái)操作iPad上的應(yīng)用軟件，選中目標(biāo)，甚至通過(guò)眼球移動(dòng)來(lái)進(jìn)行打字和游戲。
Tobii TD Pilot
由此可見(jiàn)，眼動(dòng)追蹤技術(shù)已經(jīng)在多個(gè)行業(yè)得到實(shí)際應(yīng)用。這一技術(shù)的行業(yè)價(jià)值正在進(jìn)一步得到凸顯。未來(lái)，隨著“可用眼代替手”的場(chǎng)景需求日益增多，眼動(dòng)追蹤技術(shù)還有更多可以“大顯身手”的地方。
元宇宙未來(lái)，眼動(dòng)追蹤的藍(lán)海
隨著元宇宙概念的發(fā)展，現(xiàn)實(shí)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(gè)“虛擬”市場(chǎng)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(guó)信通院統(tǒng)計(jì)，2020年全球VR/AR市場(chǎng)規(guī)模約為900億元，其中VR市場(chǎng)規(guī)模620億元，AR市場(chǎng)規(guī)模280億元。該機(jī)構(gòu)2020-2024五年，預(yù)測(cè)全球虛擬（增強(qiáng)）現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)規(guī)模年均增長(zhǎng)率約為54%，其中VR增速約45%，AR增速約66%，2024年二者市場(chǎng)規(guī)模接近、均達(dá)到2400億元。
奇偶派制圖
龐大的MR市場(chǎng)給了眼動(dòng)追蹤技術(shù)快速成長(zhǎng)的土壤，根據(jù)美國(guó)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)ABI Research指出，應(yīng)用了手勢(shì)控制與眼動(dòng)追蹤技術(shù)的傳感器產(chǎn)生的收入將會(huì)接近50億美元。
眼動(dòng)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(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的突破，這無(wú)疑將再度拓展眼動(dòng)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(shí)還未能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聚焦功能，這是因?yàn)轭^顯需要一個(gè)致動(dòng)式變焦顯示器。但變焦顯示器一定得有眼動(dòng)追蹤技術(shù)的支持，系統(tǒng)需要準(zhǔn)確地知道用戶(hù)的注視點(diǎn)位置。
但隨著眼動(dòng)追蹤技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)的MR設(shè)備有望通過(guò)這一技術(shù)識(shí)別人眼睛焦點(diǎn)的深度變化,從而讓聚焦也隨著變化，也就實(shí)現(xiàn)了MR設(shè)備的動(dòng)態(tài)聚焦。
通過(guò)使用MR設(shè)備中的眼動(dòng)跟蹤信息，設(shè)備也可以?xún)H執(zhí)行“中心凹形渲染”，來(lái)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(guò)多而導(dǎo)致的GPU過(guò)載，還能精確地帶來(lái)更高質(zhì)量的視覺(jué)體驗(yàn)，打造出一個(gè)沉浸感更強(qiáng)的元宇宙環(huán)境。
此外，眼動(dòng)追蹤對(duì)視覺(jué)的追蹤，也有助于未來(lái)特殊MR等各類(lèi)設(shè)備對(duì)用戶(hù)意圖進(jìn)行更準(zhǔn)確的判斷。設(shè)備和系統(tǒng)將可以根據(jù)用戶(hù)注視點(diǎn)，來(lái)規(guī)劃用戶(hù)的下一步行為，并為其營(yíng)造更貼切的元宇宙世界的各類(lèi)設(shè)定。
而眼動(dòng)追蹤對(duì)提高交互效率方面，同樣有著很好的應(yīng)用前景，有了眼動(dòng)追蹤對(duì)操作速度和精度的加快，用戶(hù)自身也可以主動(dòng)利用他們的注視點(diǎn)，更輕松地完成現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界中的各類(lèi)操作任務(wù)。
無(wú)論是在現(xiàn)實(shí)世界的遠(yuǎn)程手術(shù)、遠(yuǎn)程駕駛等方面，還是在虛擬元宇宙中的各種操作，眼動(dòng)追蹤技術(shù)的發(fā)展，都將為人類(lèi)帶來(lái)更多的便利。
雖然當(dāng)下眼動(dòng)追蹤市場(chǎng)規(guī)模，還無(wú)法與MR整體市場(chǎng)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(lái)注定隨著MR的發(fā)展和元宇宙的進(jìn)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(dòng)追蹤是虛擬世界的心臟，未來(lái)的視覺(jué)頭顯必將都支持眼動(dòng)追蹤技術(shù)”。
作為未來(lái)元宇宙世界入口的核心，眼動(dòng)追蹤技術(shù)在今后廣闊的市場(chǎng)規(guī)模中，也注定大有可為。
寫(xiě)在最后
隨著虛擬現(xiàn)實(shí)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(rèn)為是下一代計(jì)算平臺(tái)的說(shuō)法得到越來(lái)越多的認(rèn)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(jì)，MR頭顯預(yù)計(jì)在2025年將銷(xiāo)售超過(guò)1億臺(tái)。未來(lái)MR產(chǎn)業(yè)的規(guī)模有望超過(guò)智能手機(jī)，成為人手一臺(tái)的便攜式計(jì)算終端。
未來(lái)MR眼鏡 來(lái)源網(wǎng)絡(luò)
可以預(yù)見(jiàn)的是，在不久的將來(lái)，人類(lèi)通過(guò)MR設(shè)備上的眼動(dòng)追蹤技術(shù)來(lái)完成的事情會(huì)越來(lái)越多。比如創(chuàng)作、設(shè)計(jì)可以通過(guò)眼睛來(lái)操縱輸入端；醫(yī)生也可以通過(guò)相關(guān)智能設(shè)備，用眼動(dòng)控制來(lái)完成一場(chǎng)精細(xì)化的遠(yuǎn)程手術(shù)。同虛擬世界進(jìn)行互動(dòng)也會(huì)變得和現(xiàn)在打電話(huà)一樣簡(jiǎn)單。
用眼睛控制萬(wàn)物，將不再僅僅是個(gè)夢(mèng)想，而會(huì)成為你生活的一部分。未來(lái)已來(lái),將至已至。眼動(dòng)追蹤技術(shù)正解放著人類(lèi)的雙手，“眼控”代替“手控”的時(shí)代還會(huì)遠(yuǎn)嗎？
參考資料：
1.《眼動(dòng)分析技術(shù)的基礎(chǔ)與應(yīng)用》閆國(guó)利；
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3.《眼球追蹤的魅力在哪里》93913虛擬現(xiàn)實(shí)；
4.《初識(shí)眼動(dòng)，你需要了解的人類(lèi)眼動(dòng)的背景知識(shí)》Tobii Pro；
5.《新一代XR頭顯標(biāo)配，詳解眼動(dòng)追蹤技術(shù)的價(jià)值和挑戰(zhàn)》VR陀螺。