VR設(shè)備的作用及如何實(shí)現(xiàn)眼動(dòng)追蹤？

在VR/AR、元宇宙風(fēng)口下，被視為VR技術(shù)“最關(guān)鍵構(gòu)成部分”的眼動(dòng)追蹤技術(shù)，也受到了更密切的關(guān)注，南昌虛擬現(xiàn)實(shí)研究院股份有限公司就在這方面取得了新的進(jìn)展，一起去了解一下。

在當(dāng)今社會(huì)，虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)和無人機(jī)技術(shù)正迅速發(fā)展，成為了引領(lǐng)科技創(chuàng)新的重要力量。VR眼動(dòng)追蹤技術(shù)作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一部分，其在游戲、教育、醫(yī)療等行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著的效果。

本文旨在探討VR眼動(dòng)追蹤技術(shù)在民用無人機(jī)方面的應(yīng)用價(jià)值及用戶體驗(yàn)，以期為未來無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供參考。

眼球的表面覆蓋有透明的角膜，中心區(qū)域是瞳孔。瞳孔后方是晶狀體，而視網(wǎng)膜位于眼球的內(nèi)壁上。視網(wǎng)膜上有大量光感受器，包括視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞。當(dāng)光線通過瞳孔、晶狀體并投射到視網(wǎng)膜上時(shí)，光感受器會(huì)產(chǎn)生神經(jīng)信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過視神經(jīng)傳輸?shù)酱竽X進(jìn)行處理。

眼動(dòng)追蹤設(shè)備主要包括攝像頭和光源。光源通常是紅外光，用于照射眼球。攝像頭則負(fù)責(zé)捕捉眼球的運(yùn)動(dòng)，尤其是角膜和瞳孔的位置。通過紅外光反射原理，攝像頭能夠檢測到角膜和瞳孔的相對位置變化。

眼動(dòng)追蹤設(shè)備所捕獲的原始數(shù)據(jù)需要經(jīng)過一系列 算法處理，以確定用戶的注視點(diǎn)。這些算法通常包括圖像預(yù)處理、角膜反射點(diǎn)和瞳孔中心點(diǎn)檢測、空間校準(zhǔn)、注視點(diǎn)計(jì)算等步驟。

二、無人機(jī)技術(shù)近年來得到了迅速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也日益廣泛

用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，如監(jiān)測作物生長、病蟲害情況，以及進(jìn)行施肥、噴藥等操作。此外，還可以用于測繪土地資源，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本。

在交通領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括道路監(jiān)測、交通管理和交通事故處理。通過無人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控交通狀況，可以協(xié)助交通警察對交通違章行為進(jìn)行處罰，同時(shí)提高道路安全。

用于環(huán)境監(jiān)測和保護(hù)，例如監(jiān)測森林火災(zāi)、水污染和空氣質(zhì)量等。無人機(jī)能夠迅速到達(dá)難以觸及的區(qū)域，為環(huán)境保護(hù)提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

在新聞報(bào)道和攝影領(lǐng)域中，記者和攝影師可以利用無人機(jī)捕捉獨(dú)特的視角和高質(zhì)量的圖像，為觀眾呈現(xiàn)更為真實(shí)、震撼的畫面。

在建筑現(xiàn)場的監(jiān)測、測量和規(guī)劃方面，通過無人機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控施工進(jìn)度和安全狀況，可以確保項(xiàng)目按計(jì)劃進(jìn)行并降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

三、VR眼動(dòng)追蹤技術(shù)在許多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用

在虛擬現(xiàn)實(shí)游戲中，眼動(dòng)追蹤技術(shù)可以用于實(shí)現(xiàn)視線控制、角色互動(dòng)、選擇菜單等功能，為玩家提供更自然、更直觀的交互方式。

在教育和培訓(xùn)領(lǐng)域，有助于分析用戶的學(xué)習(xí)過程和注意力分布，為優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和方法提供依據(jù)。

眼動(dòng)追蹤技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用包括眼科診斷、視覺康復(fù)訓(xùn)練以及神經(jīng)疾病診斷等。

心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)，眼動(dòng)追蹤技術(shù)在心理學(xué)和認(rèn)知科學(xué)研究中具有重要價(jià)值，可以用于研究視覺注意、閱讀理解、記憶、情感反應(yīng)等心理過程。

四、VR眼動(dòng)追蹤技術(shù)應(yīng)用于民用無人機(jī)領(lǐng)域，在產(chǎn)品價(jià)值分析

更精確的操控和便捷的操作方式有助于減少誤操作，從而降低因誤操作引發(fā)的無人機(jī)事故風(fēng)險(xiǎn)，提高整體飛行安全性。

提高操控便捷性意味著用戶在學(xué)習(xí)和操作無人機(jī)時(shí)所需的時(shí)間和精力將減少，降低了用戶的使用門檻，使更多人能夠享受到無人機(jī)帶來的便利。

提高操控便捷性意味著操作人員在短時(shí)間內(nèi)就能掌握無人機(jī)的操作技巧，降低了操作人員的培訓(xùn)成本和時(shí)間。

2016年被廣泛認(rèn)為是VR元年，隨著VR智能眼鏡、VR跑步機(jī)、VR攝影機(jī)等等VR虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品相繼問世，眼動(dòng)追蹤等相關(guān)技術(shù)開始進(jìn)入高速發(fā)展階段。這其中也能為用戶帶來更為震撼的視覺感受，隨著眼鏡移動(dòng)而進(jìn)行場景的變換，這就像是我們自己的眼睛一樣，那這些VR產(chǎn)品是如何實(shí)現(xiàn)眼球追蹤技術(shù)的呢?本文介紹兩種MEMS技術(shù)在眼動(dòng)追蹤中的應(yīng)用。

什么是眼動(dòng)追蹤

眼動(dòng)追蹤(Eye Tracking)，是指通過測量眼睛的注視點(diǎn)的位置或者眼球相對頭部的運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)對眼球運(yùn)動(dòng)的追蹤。眼動(dòng)儀是一種能夠跟蹤測量眼球位置及眼球運(yùn)動(dòng)信息的一種設(shè)備，在視覺系統(tǒng)、心理學(xué)、認(rèn)知語言學(xué)的研究中有廣泛的應(yīng)用。

移動(dòng)端的眼動(dòng)追蹤技術(shù)也開始發(fā)展，蘋果申請了若干相關(guān)專利，通過“該技術(shù)可以根據(jù)用戶視線延遲顯示屏操作的執(zhí)行，還可以改變用戶界面，生成并執(zhí)行相關(guān)信息。例如，當(dāng)用戶輸入文本時(shí)如果出現(xiàn)拼寫錯(cuò)誤，且眼睛正在注視錯(cuò)詞，系統(tǒng)將自動(dòng)修正;如果設(shè)備發(fā)現(xiàn)用戶的視線沒有注視錯(cuò)詞，系統(tǒng)將延遲修正。蘋果認(rèn)為該功能可以讓操作更直觀?！?該描述來自蘋果2012年9月提交的專利申請)

LG和三星也曾推出過具有眼動(dòng)追蹤技術(shù)的手機(jī)。如三星Galaxy SIII就可以通過檢測用戶的眼睛狀態(tài)來控制鎖屏的時(shí)間，同時(shí)眼球還可以來控制頁面的上下滾動(dòng)。

無創(chuàng)眼動(dòng)追蹤

一種比較常用的無創(chuàng)眼動(dòng)追蹤方式為視頻/圖像捕捉。攝像頭拍攝得到眼部圖片，具有一些可以提取的特征，經(jīng)過某些圖像處理的算法提取出這些特征參數(shù)，從而確定眼球位置，用于判定人眼注視的方向和目標(biāo)，計(jì)算結(jié)果由處理器CPU反應(yīng)于你所使用的VR/AR設(shè)備上。

根據(jù)7invensun的介紹，眼圖錄像法和角膜反射法都屬于該類方法。

眼圖錄像法主要是通過辨認(rèn)眼球的特征如瞳孔外形、異色邊緣(虹膜、虹膜邊界)、近距指向光源的角膜反射來實(shí)現(xiàn)眼動(dòng)跟蹤。根據(jù)云視頻的宣傳，其所提到的能夠讀懂人“眼神意識(shí)”的視頻技術(shù)，就是基于此項(xiàng)技術(shù)。然而虹膜識(shí)別+瞳孔運(yùn)動(dòng)識(shí)別雖然可以捕捉人眼的動(dòng)作但卻無法檢測到人眼的注視點(diǎn)，這才是最硬的傷!

首先虹膜識(shí)別和瞳孔識(shí)別都是基于一個(gè)平面的，要測量注視點(diǎn)就必須保證頭部是固定的，讓眼睛同頭和注視點(diǎn)的相對位置一致才可以。人眼作為人體最精細(xì)的器官之一，注視點(diǎn)轉(zhuǎn)移僅需要一個(gè)微小的動(dòng)作，而人類僅僅因?yàn)楹粑斐傻念^部動(dòng)作就足以讓測量誤差造成定位偏移。然后我們再退一萬步講，即使頭部是固定的，對于虹膜的識(shí)別也沒那么容易，歐洲人的人眼特征較為明顯，識(shí)別相對容易，但也不是一個(gè)家用普通攝像頭就可以判斷眼球特征的，而亞洲人瞳孔多為深褐色，人眼特征較弱，普通攝像頭幾乎無法捕捉。因此從云視鏈的眼球追蹤技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)來說，通過眼神就能推送出你想要的信息是不可能的了!

角膜反射法是目前眼球追蹤領(lǐng)域廣泛認(rèn)可并應(yīng)用的方法，主要通過攝像頭捕捉人眼特征，通過算法建立人眼二維或者三維注視點(diǎn)估計(jì)模型，通過算法判斷人眼動(dòng)作和注視點(diǎn)。眼球的特殊構(gòu)造會(huì)形成一到多個(gè)浦肯野像，基于這種方法的眼球追蹤一般定位第一浦肯野像，通過定標(biāo)步驟，可以測量出處在垂直平面現(xiàn)實(shí)定標(biāo)點(diǎn)表面上人眼的注視點(diǎn)。

有創(chuàng)眼動(dòng)追蹤

有創(chuàng)手段包括在眼睛中埋置眼動(dòng)測定線圈或使用微電極描記眼電圖。眼電圖(electrooculography )檢測方式通過電極測量當(dāng)眼球移動(dòng)時(shí)的電位變化，其原理是眼球可以被考慮為偶極子。其優(yōu)點(diǎn)是成本低，但普及型差。