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全球VR眼控企业地图 “下一个风口”不是白叫的

Lina头条 虚拟现实2017/01/24

智东西(公众号:zhidxcom) 文 | Lina 眼球追踪技术自医疗研发而始,经过数十年漫长的技术积累以后 […]

智东西(公众号:zhidxcom)
文 | Lina

眼球追踪技术自医疗研发而始,经过数十年漫长的技术积累以后,已经开始逐渐升温,进入商业化应用阶段,被陆续用在了电脑、手机、VR头显、甚至汽车等不同设备上;作为一项和视觉图像息息相关的产业,眼动追踪将成为影响VR行业发展的又一关键技术。智东西近日对国外领先的眼动技术上市公司瑞典Tobii集团,及国内领先的眼动技术公司七鑫易维进行了独家专访,专题报道将在近日推出。

2016年10月与12月,Google与Oculus分别收购了眼球追踪技术公司Eyefluence与The Eye Tribe——两家公司分别位于硅谷与丹麦,Eyefluence曾获两轮共2160万美元的融资,而The Eye Tribe则曾获300万美元融资与230万美元政府资金。

在2017 CES上,老牌眼球追踪厂商德国SMI、瑞典Tobii集团,以及国内公司七鑫易维、日本初创FOVE分别推出了具备眼球追踪技术的VR套件或VR头显,高通、英伟达、Lumus、StarVR等的头显中都集成了此项技术,三星、微软等各大巨头也陆续被报道已经申请的VR/AR眼球追踪技术相关专利……眼动追踪技术此刻正悄然扎根VR行业里。

虽然现在的技术发展水平离直接使用眼球控制还有些远,但由眼球追踪衍生的注视点渲染技术对目前的高配VR/AR的小型化、平民化有着极其重要意义——简单来说,它能够优化图像渲染,降低CPU计算负载30%-70%,使得普通电脑能够得到超高配置电脑才能渲染出的VR图像效果,对VR/AR硬件平民化、平价化有着重要的推动作用。

眼球追踪与注视点渲染

眼球追踪技术从医疗研发而始,本意是帮助那些不能用手进行键盘操作的病人用眼睛来操作计算机。老牌眼球追踪厂商德国SMI与瑞典Tobii集团就是医疗研发起家,而国内眼球追踪企业七鑫易维的渐冻人眼控输入系统也是其业务重要组成部分。

虽然市面上的眼动追踪公司不少,但是目前相关技术原理相差不大。常见原理有:1、主动投射红外线等光束到虹膜来提取特征;2、根据眼球和眼球周边的特征变化进行跟踪;3、根据虹膜角度变化进行跟踪;这三大类。

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上图即为方法1的简单原理示意,光源照在人的眼睛上,通过瞳孔和角膜反射的光斑被摄像头捕捉到,识别瞳孔和角膜并记录下眼睛移动轨迹,得到眼动数据。依靠图形处理和追踪算法来计算出视线矢量, 从而得出用户正在看的东西以及观看时间。

这项技术允许用户使用眼球控制输入,但是由于人眼视觉轨迹较为跳跃,目光分散,所以在精准度方面还是不如键盘鼠标输入。不过由眼球追踪衍生出的注视点渲染技术(Foveated Rendering,又称视网膜中心渲染技术)对VR来说意义重大。

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人眼观看世界时是选择性聚焦的,即眼神聚焦中心是清晰的,其他地方则逐渐模糊。而现有的VR技术则是全局清晰渲染的,电脑会把所有的场景都清晰地渲染出来让用户去观看,过程中很大一部分清晰的像素都被浪费掉了。这样的全局渲染给计算机运算带来很大的压力,用户需要配备极高性能的显卡才能得到画面优秀的VR系统。

注视点渲染技术能让系统只清晰渲染眼神聚焦中心的图像,注视点近周的图像进行逐层模糊,降低了显卡与CPU的负载,节省了运算资源,使得中低等配置的电脑或一体机能够得到高配硬件才能渲染出的图像效果。在智东西的采访过程中,瑞典Tobii和国内七鑫易维分别给出的优化数据是“降低CPU负载30%-70%”,以及“节省50%-80%像素,CPU运算速度提升5-7倍”。

此外,这项技术还能应用在数据采集方面——如心理学中的测谎、市场营销中的产品设计、广告效果反馈等——以热力图形式反馈用户目光关注重心,优化重点区域。前文提到的七鑫易维已和国内某家装公司合作开发了VR看房项目,可记录用户视觉关注重点区域;而MIT出身的德国初创团队Pupil Labs也曾推出过基于其眼球追踪硬件的视觉热力图监测系统。

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(七鑫易维与国内某家装公司合作开发的VR看房数据收集项目)

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(Pupil Labs的视觉热力图监测系统)

行业格局:国外玩家

正如前文所说,眼球追踪技术从医疗研发而始,经历了数十年的发展,已经被应用在了医疗、手机、电脑、平板、甚至汽车等不同设备上。视觉类技术对于VR行业的重要性毋庸置疑,不断升温的眼动追踪将成为影响VR行业发展的又一关键技术,因此本文将集中关注为VR领域提供眼球追踪技术的企业。

眼球追踪技术与其他VR科技公司不同,一方面,公司数量相对较少,而且遍布世界各地,并不集中在硅谷园区;另一方面,眼球追踪配件普遍售价高昂,比如七鑫易维推出的HTC Vive眼球追踪模组aGlass,其京东众筹价就为3000元。以下是世界范围内7家国外厂商:

1、SMI——老牌德国眼球追踪企业

德国企业SMI全名SensoMotoric Instruments,其历史要追溯到1991年,SMI从柏林自由大学学术医疗研究院剥离出来,独自成立眼球追踪技术公司,迄今已经有超过25年的发展历史了,与高通、英伟达、Lumus等都有合作,并与芯片巨头英伟达一起推出了可达250Hz的帧率的准确、低时延眼球追踪VR显示屏。

目前SMI旗下产品包括面向企业与研发机构的眼球追踪设备/应用、医疗医疗眼控辅助设备、手机、电脑、VR设备等的眼控技术支持、并且已经推出了Oculus套件、HTC Vive套件等。在2017 CES上,SMI还推出了名为Social Eye的VR应用,通过追踪VR头显佩戴者眼球动作,使得虚拟角色可以凝视,使眼色,眨眼睛来表达感受。

2、Tobii——瑞典上市集团

Tobii集团于2011年8月成立,经过了15年的发展后,目前有700名员工,其中1/3在研发部门工作;总部设于瑞典,在美国、中国、日本、德国、英国、挪威等地都设有分部。2015年4月在斯德哥尔摩证券交易所纳斯达克板块上市,上市前融资金额约为7千万美元,目前市值约为7.5亿美元(67亿克朗),与华为、戴尔、宏碁等都有合作,并与Starbreeze公司一起推出了5K画质和210度FOV的StarVR头显。

Tobii集团旗下有三个主要业务部门:Tobii Dynavox、Tobii Pro、和Tobii Tech;分别研发生产医疗眼控辅助设备(主要业务)、面向企业与研究机构的精密眼动仪、以及为面向消费者的电子产品(电脑、手机、VR头显、PC游戏等)提供眼球追踪技术。Tobii集团于2016年12月底完成了一笔5千万美元的融资,专门用于投资VR和智能手机方面的眼球追踪技术。

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(图上为2017 CES上的获奖眼球追踪设备Tobii Dynavox PCEye Mini with IS4)

3、Eyefluence——2016年底被Google收购

Eyefluence为硅谷公司,成立于2013年,联合创始人为Jim Marggraff和David Stieher,其中Jim Marggraff毕业于MIT。其A轮融资为760万美元,英特尔是唯一的投资者;2015年11月完成了1400万美元的B轮融资,由摩托罗拉风投领投,两轮融资共计2160万美元。

Eyefluence的眼球追踪系统iUi可通过追踪用户眼部运动来实现系统操作,例如浏览照片、移动光标、操控物体等。本次收购后,Google将获得Eyefluence的18项专利,其中就包括眼球追踪,UI 交互,以及生物辨识安全扫描等。

4、The Eye Tribe——2016年年底被Oculus收购

丹麦公司The Eye Tribe成立于2011年,创始人是哥本哈根信息技术大学的4名前博士生,已经完成了300万美元的融资,并获得丹麦政府的230万美元高新科技研发经费。

目前The Eye Tribe的团队有16人,专注于开发适配不同平台的眼球追踪软件及应用,其中就包括了注视点渲染技术,以及一款Tracker Pro眼球追踪装置开发者工具包,够为智能手机和虚拟现实头盔嵌入基于眼球注视的界面。

5、FOVE——内置眼球追踪的VR头显

日本初创企业FOVE专注于研发带眼球追踪功能的VR头显,于2014年6月加入了微软加速器。2015年年中,FOVE在Kickstarter上众筹到了48万美金,几乎是其目标的两倍;而在2016年,这家公司拿到了1100万美金A轮融资,由日本游戏公司Colopl旗下的VR基金领投。

在2017 CES上,FOVE公司联合创始人兼CEO小岛由香宣布,公司首款内置眼球追踪及注视点渲染技术的VR头显FOVE 0将于2017年1月向消费者发售,售价599美元。FOVE 0具备120fps的红外线眼动追踪系统,支持单个四倍高画质OLED显示屏,分辨率达2560×1440(单眼为1280×1440),刷新率为70Hz,视场为100FOV。

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6、Pupil Labs——来自MIT的德国初创团队

Pupil Labs为德国初创团队,成立于2013年,目前团队有9个人,两个创始人Will Patera和Moritz Kassner(CEO)都来自MIT。其产品包括移动眼部追踪头戴设备(非VR头显)Pupil Pro、HTC Vive眼部追踪套件、Oculus套件、120Hz眼球相机等, 以及配套的软件及应用(如上文提到的2014年具备视觉热力图监测功能的Pupil播放器系统)。

7、SyncThink——或许会朝VR发展的医疗眼球追踪公司

SyncThink是一家专注于神经科技技术的美国公司,由斯坦福脑震荡和大脑性能研究中心(Stanford Concussion and Brain Performance Center)主任贾姆什德·加扎尔博士创建。在2016年年初,公司推出了首部移动医疗设备EYE-SYNC,通过追踪眼动数据的异常来检测运动员在比赛期间活结束后是否发生脑震荡。

该公司在2016年年底获得了美国专利和商标授权局授予的另一项专利——在VR头戴设备添加眼动追踪功能,未来的VR眼球追踪厂商或许将会又多一玩家。

8、其他

此外,曾与SMI合作的芯片巨头英伟达也推出了类似注视点渲染技术的MRS(Multi-Resolution Shading)多分辨率渲染技术,焦点区域会以完整的高分辨率进行渲染,边缘则以更低质量进行渲染。但是英伟达的MRS技术是以屏幕中心为聚焦点,也就是说认为头是转动的而眼睛是不转动的,当眼睛转动的时候会出现清晰度偏差。

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而三星、微软、苹果等也陆续被报道已经申请的VR/AR眼球追踪技术相关专利,早在2013年,以眼动游戏出身的以色列创业公司Umoove就曾为三星Galaxy S4提供眼球追踪技术支持。

类似SMI、Tobii前身的眼动仪公司也不少:如美国应用科学实验室(ASL)、加拿大SR Research公司、法国的Metrovision公司、美国Fourward光学技术公司、荷兰SKALAR公司等。这些公司手握核心技术、具备数据积累,但是否会涉足VR/AR领域我们还不知晓。

行业格局:国内玩家

国内研究眼动追踪技术的厂商相对较少,涉及VR/AR的只有一家:

1、七鑫易维——国内VR眼控独苗

七鑫易维于2009年3月成立,创始人兼CEO为黄通兵。早年聚焦研发的医疗类“全能眼”等视控看护系统适用于渐冻人、行动存在障碍的病患等小众群体,曾在2013年获得了中国医师协会在人民大会堂的颁奖。公司后期逐渐将业务延伸到VR眼球追踪配件领域,曾于2014年12月获高通创投Pre-A/A轮融资(2014年高通红杉移动互联网创业大赛中第2名),2016年获得高通创投、中兴创投等的B轮融资,2017年将会有新的融资动向。

七鑫易维在2016年陆续推出过Oculus、HTC Vive眼球追踪配件,其中为HTC Vive的VR眼控模组配件aGlass于2016年11月2日于京东众筹正式上线,众筹价3000元人民币。目前公司有三个主要产品方向:全能眼沟通辅具、VR眼球追踪模组、眼动仪。其中VR眼球追踪模组aGlass的主攻的方向分别为注视点渲染、数据收集、以及眼控交互功能。aGlass的追踪范围达到了垂直30°、水平50°,可以覆盖FOV大于110°的主流VR设备,高精度达到国际水平<0.5°,追踪速度为120Hz-380Hz,延迟低于5毫秒。

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结语:VR头显的“下一个重大突破”

作为与“看”息息相关的技术,眼球追踪自然是VR巨头们的兵家必争之地。不过需要再次强调的是,眼动追踪暂时还不足以作为直接输入设备使用。但它能够优化图像渲染,降低CPU计算负载,优化头显的佩戴舒适度,因此常有VR头显技术的“下一个重大突破”之称。

目前,横亘在眼动追踪面前的最大难题是——普适性。Tobii Tech总裁Oscar Werner先生告诉智东西,想要完成对一个人的眼动追踪很容易,但让同一个系统完成对所有人的眼动追踪很难;头部动作、光影、眼球活动范围、种族等问题都会造成影响。普适化的过程需要大量的实验数据积累,而这也是眼动技术发展较为缓慢的原因。

不过,无论是Google和Oculus对眼控创企的收购、FOVE 0头显的正式发售、还是Tobii的成功上市与融资,无一不预示着这项经过数十年沉淀积累的技术正不断升温,即将步入一个更大的商业舞台。


 

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