眼球追蹤技術(shù)自醫(yī)療研發(fā)而始，經(jīng)過數(shù)十年漫長的技術(shù)積累以后，已經(jīng)開始逐漸升溫，進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段，被陸續(xù)用在了電腦、手機(jī)、VR頭顯、甚至汽車等不同設(shè)備上；作為一項(xiàng)和視覺圖像息息相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，眼動追蹤將成為影響VR行業(yè)發(fā)展的又一關(guān)鍵技術(shù)。筆者近日對國外領(lǐng)先的眼動技術(shù)上市公司瑞典Tobii集團(tuán)，及國內(nèi)領(lǐng)先的眼動技術(shù)公司七鑫易維進(jìn)行了獨(dú)家專訪。

2016年10月與12月，Google與Oculus分別收購了眼球追蹤技術(shù)公司Eyefluence與The Eye Tribe——兩家公司分別位于硅谷與丹麥，Eyefluence曾獲兩輪共2160萬美元的融資，而The Eye Tribe則曾獲300萬美元融資與230萬美元政府資金。

在2017 CES上，老牌眼球追蹤廠商德國SMI、瑞典Tobii集團(tuán)，以及國內(nèi)公司七鑫易維、日本初創(chuàng)FOVE分別推出了具備眼球追蹤技術(shù)的VR套件或VR頭顯，高通、英偉達(dá)、Lumus、StarVR等的頭顯中都集成了此項(xiàng)技術(shù)，三星、微軟等各大巨頭也陸續(xù)被報道已經(jīng)申請的VR/AR眼球追蹤技術(shù)相關(guān)專利……眼動追蹤技術(shù)此刻正悄然扎根VR行業(yè)里。

雖然現(xiàn)在的技術(shù)發(fā)展水平離直接使用眼球控制還有些遠(yuǎn)，但由眼球追蹤衍生的注視點(diǎn)渲染技術(shù)對目前的高配VR/AR的小型化、平民化有著極其重要意義——簡單來說，它能夠優(yōu)化圖像渲染，降低CPU計算負(fù)載30％－70％，使得普通電腦能夠得到超高配置電腦才能渲染出的VR圖像效果，對VR/AR硬件平民化、平價化有著重要的推動作用。

眼球追蹤與注視點(diǎn)渲染

眼球追蹤技術(shù)從醫(yī)療研發(fā)而始，本意是幫助那些不能用手進(jìn)行鍵盤操作的病人用眼睛來操作計算機(jī)。老牌眼球追蹤廠商德國SMI與瑞典Tobii集團(tuán)就是醫(yī)療研發(fā)起家，而國內(nèi)眼球追蹤企業(yè)七鑫易維的漸凍人眼控輸入系統(tǒng)也是其業(yè)務(wù)重要組成部分。

雖然市面上的眼動追蹤公司不少，但是目前相關(guān)技術(shù)原理相差不大。常見原理有：1、主動投射紅外線等光束到虹膜來提取特征；2、根據(jù)眼球和眼球周邊的特征變化進(jìn)行跟蹤；3、根據(jù)虹膜角度變化進(jìn)行跟蹤；這三大類。

上圖即為方法1的簡單原理示意，光源照在人的眼睛上，通過瞳孔和角膜反射的光斑被攝像頭捕捉到，識別瞳孔和角膜并記錄下眼睛移動軌跡，得到眼動數(shù)據(jù)。依靠圖形處理和追蹤算法來計算出視線矢量， 從而得出用戶正在看的東西以及觀看時間。

這項(xiàng)技術(shù)允許用戶使用眼球控制輸入，但是由于人眼視覺軌跡較為跳躍，目光分散，所以在精準(zhǔn)度方面還是不如鍵盤鼠標(biāo)輸入。不過由眼球追蹤衍生出的注視點(diǎn)渲染技術(shù)（Foveated Rendering，又稱視網(wǎng)膜中心渲染技術(shù)）對VR來說意義重大。

人眼觀看世界時是選擇性聚焦的，即眼神聚焦中心是清晰的，其他地方則逐漸模糊。而現(xiàn)有的VR技術(shù)則是全局清晰渲染的，電腦會把所有的場景都清晰地渲染出來讓用戶去觀看，過程中很大一部分清晰的像素都被浪費(fèi)掉了。這樣的全局渲染給計算機(jī)運(yùn)算帶來很大的壓力，用戶需要配備極高性能的顯卡才能得到畫面優(yōu)秀的VR系統(tǒng)。

注視點(diǎn)渲染技術(shù)能讓系統(tǒng)只清晰渲染眼神聚焦中心的圖像，注視點(diǎn)近周的圖像進(jìn)行逐層模糊，降低了顯卡與CPU的負(fù)載，節(jié)省了運(yùn)算資源，使得中低等配置的電腦或一體機(jī)能夠得到高配硬件才能渲染出的圖像效果。在筆者的采訪過程中，瑞典Tobii和國內(nèi)七鑫易維分別給出的優(yōu)化數(shù)據(jù)是“降低CPU負(fù)載30％－70％”，以及“節(jié)省50％－80％像素，CPU運(yùn)算速度提升5－7倍”。

此外，這項(xiàng)技術(shù)還能應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集方面——如心理學(xué)中的測謊、市場營銷中的產(chǎn)品設(shè)計、廣告效果反饋等——以熱力圖形式反饋用戶目光關(guān)注重心，優(yōu)化重點(diǎn)區(qū)域。前文提到的七鑫易維已和國內(nèi)某家裝公司合作開發(fā)了VR看房項(xiàng)目，可記錄用戶視覺關(guān)注重點(diǎn)區(qū)域；而MIT出身的德國初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)Pupil Labs也曾推出過基于其眼球追蹤硬件的視覺熱力圖監(jiān)測系統(tǒng)。

（七鑫易維與國內(nèi)某家裝公司合作開發(fā)的VR看房數(shù)據(jù)收集項(xiàng)目）

（Pupil Labs的視覺熱力圖監(jiān)測系統(tǒng)）

行業(yè)格局：國外玩家

正如前文所說，眼球追蹤技術(shù)從醫(yī)療研發(fā)而始，經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)被應(yīng)用在了醫(yī)療、手機(jī)、電腦、平板、甚至汽車等不同設(shè)備上。視覺類技術(shù)對于VR行業(yè)的重要性毋庸置疑，不斷升溫的眼動追蹤將成為影響VR行業(yè)發(fā)展的又一關(guān)鍵技術(shù)，因此本文將集中關(guān)注為VR領(lǐng)域提供眼球追蹤技術(shù)的企業(yè)。

眼球追蹤技術(shù)與其他VR科技公司不同，一方面，公司數(shù)量相對較少，而且遍布世界各地，并不集中在硅谷園區(qū)；另一方面，眼球追蹤配件普遍售價高昂，比如七鑫易維推出的HTC Vive眼球追蹤模組aGlass，其京東眾籌價就為3000元。以下是世界范圍內(nèi)7家國外廠商：

1、SMI——老牌德國眼球追蹤企業(yè)

德國企業(yè)SMI全名SensoMotoric Instruments，其歷史要追溯到1991年，SMI從柏林自由大學(xué)學(xué)術(shù)醫(yī)療研究院剝離出來，獨(dú)自成立眼球追蹤技術(shù)公司，迄今已經(jīng)有超過25年的發(fā)展歷史了，與高通、英偉達(dá)、Lumus等都有合作，并與芯片巨頭英偉達(dá)一起推出了可達(dá)250Hz的幀率的準(zhǔn)確、低時延眼球追蹤VR顯示屏。

目前SMI旗下產(chǎn)品包括面向企業(yè)與研發(fā)機(jī)構(gòu)的眼球追蹤設(shè)備/應(yīng)用、醫(yī)療醫(yī)療眼控輔助設(shè)備、手機(jī)、電腦、VR設(shè)備等的眼控技術(shù)支持、并且已經(jīng)推出了Oculus套件、HTC Vive套件等。在2017 CES上，SMI還推出了名為Social Eye的VR應(yīng)用，通過追蹤VR頭顯佩戴者眼球動作，使得虛擬角色可以凝視，使眼色，眨眼睛來表達(dá)感受。

2、Tobii——瑞典上市集團(tuán)

Tobii集團(tuán)于2011年8月成立，經(jīng)過了15年的發(fā)展后，目前有700名員工，其中1/3在研發(fā)部門工作；總部設(shè)于瑞典，在美國、中國、日本、德國、英國、挪威等地都設(shè)有分部。2015年4月在斯德哥爾摩證券交易所納斯達(dá)克板塊上市，上市前融資金額約為7千萬美元，目前市值約為7．5億美元（67億克朗），與華為、戴爾、宏碁等都有合作，并與Starbreeze公司一起推出了5K畫質(zhì)和210度FOV的StarVR頭顯。

Tobii集團(tuán)旗下有三個主要業(yè)務(wù)部門：Tobii Dynavox、Tobii Pro、和Tobii Tech；分別研發(fā)生產(chǎn)醫(yī)療眼控輔助設(shè)備（主要業(yè)務(wù)）、面向企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)的精密眼動儀、以及為面向消費(fèi)者的電子產(chǎn)品（電腦、手機(jī)、VR頭顯、PC游戲等）提供眼球追蹤技術(shù)。Tobii集團(tuán)于2016年12月底完成了一筆5千萬美元的融資，專門用于投資VR和智能手機(jī)方面的眼球追蹤技術(shù)。

（圖上為2017 CES上的獲獎眼球追蹤設(shè)備Tobii Dynavox PCEye Mini with IS4）

3、Eyefluence——2016年底被Google收購

Eyefluence為硅谷公司，成立于2013年，聯(lián)合創(chuàng)始人為Jim Marggraff和David Stieher，其中Jim Marggraff畢業(yè)于MIT。其A輪融資為760萬美元，英特爾是唯一的投資者；2015年11月完成了1400萬美元的B輪融資，由摩托羅拉風(fēng)投領(lǐng)投，兩輪融資共計2160萬美元。

Eyefluence的眼球追蹤系統(tǒng)iUi可通過追蹤用戶眼部運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作，例如瀏覽照片、移動光標(biāo)、操控物體等。本次收購后，Google將獲得Eyefluence的18項(xiàng)專利，其中就包括眼球追蹤，UI 交互，以及生物辨識安全掃描等。

4、The Eye Tribe——2016年年底被Oculus收購

丹麥公司The Eye Tribe成立于2011年，創(chuàng)始人是哥本哈根信息技術(shù)大學(xué)的4名前博士生，已經(jīng)完成了300萬美元的融資，并獲得丹麥政府的230萬美元高新科技研發(fā)經(jīng)費(fèi)。

目前The Eye Tribe的團(tuán)隊(duì)有16人，專注于開發(fā)適配不同平臺的眼球追蹤軟件及應(yīng)用，其中就包括了注視點(diǎn)渲染技術(shù)，以及一款Tracker Pro眼球追蹤裝置開發(fā)者工具包，夠?yàn)橹悄苁謾C(jī)和虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔嵌入基于眼球注視的界面。

5、FOVE——內(nèi)置眼球追蹤的VR頭顯

日本初創(chuàng)企業(yè)FOVE專注于研發(fā)帶眼球追蹤功能的VR頭顯，于2014年6月加入了微軟加速器。2015年年中，F(xiàn)OVE在Kickstarter上眾籌到了48萬美金，幾乎是其目標(biāo)的兩倍；而在2016年，這家公司拿到了1100萬美金A輪融資，由日本游戲公司Colopl旗下的VR基金領(lǐng)投。

在2017 CES上，F(xiàn)OVE公司聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO小島由香宣布，公司首款內(nèi)置眼球追蹤及注視點(diǎn)渲染技術(shù)的VR頭顯FOVE 0將于2017年1月向消費(fèi)者發(fā)售，售價599美元。FOVE 0具備120fps的紅外線眼動追蹤系統(tǒng)，支持單個四倍高畫質(zhì)OLED顯示屏，分辨率達(dá)2560×1440（單眼為1280×1440），刷新率為70Hz，視場為100FOV。

6、Pupil Labs——來自MIT的德國初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)

Pupil Labs為德國初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)，成立于2013年，目前團(tuán)隊(duì)有9個人，兩個創(chuàng)始人Will Patera和Moritz Kassner（CEO）都來自MIT。其產(chǎn)品包括移動眼部追蹤頭戴設(shè)備（非VR頭顯）Pupil Pro、HTC Vive眼部追蹤套件、Oculus套件、120Hz眼球相機(jī)等， 以及配套的軟件及應(yīng)用（如上文提到的2014年具備視覺熱力圖監(jiān)測功能的Pupil播放器系統(tǒng)）。

7、SyncThink——或許會朝VR發(fā)展的醫(yī)療眼球追蹤公司

SyncThink是一家專注于神經(jīng)科技技術(shù)的美國公司，由斯坦福腦震蕩和大腦性能研究中心（Stanford Concussion and Brain Performance Center）主任賈姆什德·加扎爾博士創(chuàng)建。在2016年年初，公司推出了首部移動醫(yī)療設(shè)備EYE－SYNC，通過追蹤眼動數(shù)據(jù)的異常來檢測運(yùn)動員在比賽期間活結(jié)束后是否發(fā)生腦震蕩。

該公司在2016年年底獲得了美國專利和商標(biāo)授權(quán)局授予的另一項(xiàng)專利——在VR頭戴設(shè)備添加眼動追蹤功能，未來的VR眼球追蹤廠商或許將會又多一玩家。

8、其他

此外，曾與SMI合作的芯片巨頭英偉達(dá)也推出了類似注視點(diǎn)渲染技術(shù)的MRS（Multi－Resolution Shading）多分辨率渲染技術(shù)，焦點(diǎn)區(qū)域會以完整的高分辨率進(jìn)行渲染，邊緣則以更低質(zhì)量進(jìn)行渲染。但是英偉達(dá)的MRS技術(shù)是以屏幕中心為聚焦點(diǎn)，也就是說認(rèn)為頭是轉(zhuǎn)動的而眼睛是不轉(zhuǎn)動的，當(dāng)眼睛轉(zhuǎn)動的時候會出現(xiàn)清晰度偏差。

而三星、微軟、蘋果等也陸續(xù)被報道已經(jīng)申請的VR/AR眼球追蹤技術(shù)相關(guān)專利，早在2013年，以眼動游戲出身的以色列創(chuàng)業(yè)公司Umoove就曾為三星Galaxy S4提供眼球追蹤技術(shù)支持。

類似SMI、Tobii前身的眼動儀公司也不少：如美國應(yīng)用科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（ASL）、加拿大SR Research公司、法國的Metrovision公司、美國Fourward光學(xué)技術(shù)公司、荷蘭SKALAR公司等。這些公司手握核心技術(shù)、具備數(shù)據(jù)積累，但是否會涉足VR/AR領(lǐng)域我們還不知曉。

行業(yè)格局：國內(nèi)玩家

國內(nèi)研究眼動追蹤技術(shù)的廠商相對較少，涉及VR/AR的只有一家：

1、七鑫易維——國內(nèi)VR眼控獨(dú)苗

七鑫易維于2009年3月成立，創(chuàng)始人兼CEO為黃通兵。早年聚焦研發(fā)的醫(yī)療類“全能眼”等視控看護(hù)系統(tǒng)適用于漸凍人、行動存在障礙的病患等小眾群體，曾在2013年獲得了中國醫(yī)師協(xié)會在人民大會堂的頒獎。公司后期逐漸將業(yè)務(wù)延伸到VR眼球追蹤配件領(lǐng)域，曾于2014年12月獲高通創(chuàng)投Pre－A/A輪融資（2014年高通紅杉移動互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)業(yè)大賽中第2名），2016年獲得高通創(chuàng)投、中興創(chuàng)投等的B輪融資，2017年將會有新的融資動向。

七鑫易維在2016年陸續(xù)推出過Oculus、HTC Vive眼球追蹤配件，其中為HTC Vive的VR眼控模組配件aGlass于2016年11月2日于京東眾籌正式上線，眾籌價3000元人民幣。目前公司有三個主要產(chǎn)品方向：全能眼溝通輔具、VR眼球追蹤模組、眼動儀。其中VR眼球追蹤模組aGlass的主攻的方向分別為注視點(diǎn)渲染、數(shù)據(jù)收集、以及眼控交互功能。aGlass的追蹤范圍達(dá)到了垂直30°、水平50°，可以覆蓋FOV大于110°的主流VR設(shè)備，高精度達(dá)到國際水平＜0．5°，追蹤速度為120Hz－380Hz，延遲低于5毫秒。

結(jié)語：VR頭顯的“下一個重大突破”

作為與“看”息息相關(guān)的技術(shù)，眼球追蹤自然是VR巨頭們的兵家必爭之地。不過需要再次強(qiáng)調(diào)的是，眼動追蹤暫時還不足以作為直接輸入設(shè)備使用。但它能夠優(yōu)化圖像渲染，降低CPU計算負(fù)載，優(yōu)化頭顯的佩戴舒適度，因此常有VR頭顯技術(shù)的“下一個重大突破”之稱。

目前，橫亙在眼動追蹤面前的最大難題是——普適性。Tobii Tech總裁Oscar Werner先生告訴筆者，想要完成對一個人的眼動追蹤很容易，但讓同一個系統(tǒng)完成對所有人的眼動追蹤很難；頭部動作、光影、眼球活動范圍、種族等問題都會造成影響。普適化的過程需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累，而這也是眼動技術(shù)發(fā)展較為緩慢的原因。

不過，無論是Google和Oculus對眼控創(chuàng)企的收購、FOVE 0頭顯的正式發(fā)售、還是Tobii的成功上市與融資，無一不預(yù)示著這項(xiàng)經(jīng)過數(shù)十年沉淀積累的技術(shù)正不斷升溫，即將步入一個更大的商業(yè)舞臺。