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眼球追踪技术在VR里扮演什么角色?

2016-1-14 10:43| 发布者: Cissy| 查看: 392| 评论: 0|原作者: tony

虚拟实境做为近两年刚刚兴起的行业越来越受到创业者的青睐,仅仅去年一年,中国宣布进入 VR 领域的公司就有数百家,其中不乏腾讯、乐视、爱奇艺等网络巨头,并且大部分从业者都认为 2016 年将成为 VR 元年,开始进入 ...

      虚拟实境做为近两年刚刚兴起的行业越来越受到创业者的青睐,仅仅去年一年,中国宣布进入 VR 领域的公司就有数百家,其中不乏腾讯、乐视、爱奇艺等网络巨头,并且大部分从业者都认为 2016 年将成为 VR 元年,开始进入高速发展阶段。

  VR 之所以备受瞩目,主要因为它可以模拟真实的场景,让人在虚拟世界里得到感官的满足。随着人们对 VR 体验诉求的提升,这种感官体验会越来越接近现实的感受,在此过程中眼球追踪技术将成为必不可少的应用模块。目前已有先驱者开始尝试透过眼球追踪技术解决 VR 领域目前所面临的清晰度、沉浸感、自然互动等问题。

  德国的一家眼球追踪技术公司在今年的 CES 大会上展示注视点渲染技术,中国的眼球追踪技术公司七鑫易维也在近期发布的影片中,展示了眼球追踪在 VR 设备上的应用,其中局部渲染的功能将为 VR 带来一次升级。目前 VR 硬件厂商所共同面对的问题,便是用户的电脑硬件满足不了显示设备高清渲染的需求,以 Oculus Rift 为例,用户需要配备 1,000 美元以上的电脑才能正常运行,Nvidia GeForce 970 或 AMD Radeon 290 显卡的成本就达 300 美元,而这还仅仅是渲染 1K 的分辨率,要让渲染的分辨率匹配现实世界的分辨率,单眼必须渲染 8K 的分辨率,仅硬件配置这一项,就够厂商头疼了。

  为了解决这一问题,目前最被认可的方式便是结合眼球追踪的局部渲染技术。

  人眼成像的过程中,中央凹视野(Foveal vision area)成像清晰,只覆盖视野 1~2°,视觉敏锐度高;周边视野(Peripheral vision field)成像是模糊的。

      如图所示,当人眼在看屏幕 H 时,虽然整个屏幕都可以看到,但是只有 B 区域额中央凹视野是清晰的, AC 区域成像模糊,因此在画面渲染过程中,只需要渲染中央凹视野很小的范围,对周边视野区域进行模糊渲染。眼球转动,高清渲染区域随着注视点的变化而变化,这样既可以得到高清的视觉体验,又可降低 GPU 负荷,因此可以大幅降低 VR 设备对硬件的要求。

  除此之外,局部渲染的方案恰好与人眼成像特征相切合,人眼无需去主动适应屏幕,还会避免用眼过度造成的眼睛疲劳。

       当然除了画面渲染方面,眼球追踪技术还可以大幅度提升 VR 设备的沉浸感。

  人在观察周围景物时,不一定总是要转头。人们习惯用眼球转动(而不是头部转动)去观察或追踪的角度范围叫做 EOR(Eye-only range),EOR 平均为 ±18°,垂直与水平方向的 EOR 有差异,平均水平 EOR 为 ±30°,垂直 EOR 为 ±12°。

  也就是说,人们习惯透过眼球转动观察水平 ±30°,垂直 ±12° 角度范围内的画面,而不是转头。但目前基于陀螺仪的互动方式,视角转换全部由头动完成,与现实中人们的习惯相违背,导致真实感缺乏,并且容易眩晕。眼球追踪技术恰好可以解决这一问题:用户可眼动与头动一起控制视角变化,真实重现现实中的视觉效果。同时,透过眼球转动与 VR 用户界面的互动可以直接用眼睛控制菜单,触发操作,让人摆脱不自然的头部操作和晃动的画面。

      眼球追踪技术在 VR 领域的重要性已经显而易见, Oculus 的创始人 Palmer Luckey 也曾表示,眼部跟踪技术会成为 VR 技术未来一个“重要组成部分”。不仅能实现注视点渲染技术,它还能用来创造一种深度传感,以创作出更好的用户界面。

      众所周知光线在穿透透镜过程中会产生折射,所以目前的 VR 显示设备视角边缘都产生畸变和色差。Oculus 正使用适用的光学优势试图修复该问题,但仅凭光学设计并无法完美解决,还需要在软件方面进行反畸变和色散的优化。现在已经有部分产品采用了以镜片中心为准的矫正方案,虽然有所成效,但是当人眼位置与镜片位置发生偏移时,反畸变的效果就会随之减弱。若让反畸变处理结合眼球追踪技术,将矫正方案调整为以人眼注视中心为准而不是镜片中心为准,矫正效果也会大幅提升。

  眼球追踪技术对于 VR 来说就像鼠标于 Windows 系统一样,它会让体验更完善、使用更方便,更容易被用户接受,虽然在 VR 设备上成功搭载眼球追踪技术的案例并不多,但是参照目前 VR 显示方案的快速迭代,可知眼球追踪技术将会成为 VR 设备最不可或缺的技术模块。


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