人眼能看到的范圍是有限的，如果你看著黑板上方的掛鐘，那么你的目光聚集的地方就是焦點，而鐘以外的物體將會自動變模糊。我們處于360度環(huán)繞的世界，但任何時人類只能看到120度視度范圍內(nèi)的事物，而且人的雙眼只會聚焦在視野中不超過6度的小區(qū)域，周圍則是模糊的，這就是我們看世界的方式。

英偉達(dá)正在開發(fā)上述模擬人眼視覺效果的眼球追蹤技術(shù)應(yīng)用在虛擬現(xiàn)實中，并在昨日公布了這項技術(shù)的最新進(jìn)展，這將使得虛擬世界更具真實感。

VR硬件廠商的痛點

目前VR硬件廠商面對的問題便是玩家自己的計算機硬件滿足不了顯示設(shè)備高清渲染的需求，Oculus Rift僅僅渲染1k的分辨率就需配備1000美金以上的計算機才能正常運行，要讓渲染的分辨率匹配現(xiàn)實世界的分辨率，單眼渲染必須達(dá)到8K，僅硬件配置這一項，就夠廠商頭疼的了。

為了解決這一問題，目前最被認(rèn)可的方式便是結(jié)合眼球追蹤的局部渲染技術(shù)。眼球追蹤技術(shù)將渲染重心放在用戶眼睛真正關(guān)注的畫面上，因此對GPU的要求大大降低。

過去9個月，英偉達(dá)的大衛(wèi)·盧克（David Luebke）和研究員試圖在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中模擬這種現(xiàn)象：對用戶視線焦點的區(qū)域，設(shè)備將會進(jìn)行全面渲染，但要降低焦外區(qū)域的分辨率。當(dāng)玩家專注于畫面的某個小區(qū)域時，眼球追蹤系統(tǒng)就會不斷調(diào)整渲染焦點。為了以90FPS（最低可接受的幀率）充分渲染某一畫面，400萬像素的畫面必須每秒渲染近100次。只專注于渲染用戶的視線聚焦處將大大減輕計算任務(wù)。

現(xiàn)有眼球追蹤技術(shù)的應(yīng)用

眼球追蹤技術(shù)在虛擬現(xiàn)實研究中并不新鮮，眼球跟蹤常見的實現(xiàn)原理：

　　1、根據(jù)眼球和眼球周邊的特征變化進(jìn)行跟蹤

　　2、根據(jù)虹膜角度變化進(jìn)行跟蹤

　　3、主動投射紅外線等光束到虹膜來提取特征

目前在虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域中，日本FOVE公司開發(fā)出第一臺使用眼球追蹤技術(shù)的虛擬現(xiàn)實頭顯，F(xiàn)OVE在頭盔的眼睛位置嵌入了兩個紅外線攝像頭，攝像頭放置在眼鏡鏡片下，既不會對視線范圍產(chǎn)生影響，又能跟蹤玩家的瞳孔活動。

對眼球追蹤混合技術(shù)進(jìn)行再深一步研究的公司還有Tobii，該公司與Starbreeze公司合作將眼球追蹤技術(shù)融入了擁有5K畫質(zhì)和210度視場角的StarVR頭顯。

德國眼球跟蹤技術(shù)公司SensoMotoric Instruments（以下簡稱SMI）在去年的開發(fā)者大會上展示了與索尼Magic Lab合作的遠(yuǎn)程眼球跟蹤系統(tǒng)。并與三星合作期間推出在虛擬環(huán)境中可定性實時觀察和錄制視覺行為的應(yīng)用安裝包SMI Mobile Eye Tracking HMD Observation，和可提供注視行為的簡單分析和分析軟件包的SMI Mobile Eye Tracking HMD Analysis Pro。

HTC Vive，PlayStation VR目前尚未使用眼球追蹤技術(shù)，Oculus創(chuàng)始人帕爾默·拉奇在接受采訪時稱眼球追蹤技是未來VR技術(shù)的“最關(guān)鍵構(gòu)成部分”，但接著說到目前上述眼球跟蹤技術(shù)解決方案都還處于較低端的水平。

如何解決畫面延時

正如Oculus創(chuàng)始人帕爾默·拉奇所說，雖然很多公司已經(jīng)擁有這項技術(shù)，但眼球追蹤技術(shù)的速度往往跟不上人眼運動的速度，渲染速度也并不完美，這導(dǎo)致畫面顯示總是存在時延，令用戶感到不適。

去年5月英偉達(dá)專門針對虛擬現(xiàn)實設(shè)備中普遍存在的圖像延遲狀況， 推出了MRS（multi-resolution shading）以便加快渲染速度，該技術(shù)使得VR的渲染不再是將整個畫面以相同的分辨率進(jìn)行渲染，而是分成了幾個不同的區(qū)域。焦點區(qū)域會以完整的高分辨率進(jìn)行渲染；而畫面的邊緣則以更低質(zhì)量進(jìn)行渲染，再加上邊緣的像素經(jīng)過變形后的損失，可節(jié)省25%-50%的像素，理論上可提升一倍的渲染速度。

近日，英偉達(dá)與SMI合作后推出最新眼球追蹤虛擬現(xiàn)實顯示屏已可以250Hz的幀率實現(xiàn)準(zhǔn)確、低時延的眼球追蹤。盧克稱這是他們的眼球追蹤設(shè)備第一次能跟上眼睛的運動速度。

焦外分辨率協(xié)調(diào)

雖然延時問題得到一定的解決，但畫面效果還存在欠缺。英偉達(dá)團隊仍需要花很多時間去準(zhǔn)確計算，將焦外畫面的分辨率降低至什么樣的水平才算最佳，才避免被觀眾注意到。在降低分辨率的過程中，任何閃爍都將帶來干擾，焦外視覺很容易察覺到閃爍。如果焦外畫面過于模糊，將會產(chǎn)生隧道視覺效應(yīng)，感覺像是通過望遠(yuǎn)鏡看畫面。

為了解決這一問題，英偉達(dá)的研究員在近期發(fā)現(xiàn)通過增加焦外畫面的對比度，同時降低分辨率，人眼就可以被“騙過”。

未來，英偉達(dá)希望這個發(fā)現(xiàn)能推動主流虛擬現(xiàn)實設(shè)備廠商將眼球追蹤技術(shù)加入到產(chǎn)品當(dāng)中。

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