VR成為下一代計算平台的關鍵技術：面部追蹤

一些業內人士認為，目前的虛擬現實頭顯笨重、佩戴起來就像面具蓋在臉上極其不舒服，因此不可能會進入普通人們的家庭中。是的，這種情況確實是存在的，但一切都在發生快速的變化。

即使你是一個真正的VR鐵粉，你也得必須承認現在的頭顯永遠不會被大眾接受。因為現在虛擬現實意味著被捆綁到一台昂貴的個人電腦上，在一個監護系統的「牢房」里行動。這並不是我們理想中的虛擬自由。然而，有一件重要的事情我們忘記了：技術的快速發展和迭代。這足以「摧毀」一切障礙和困難。

在消費者VR進入大眾視野的兩年時間裡，VR頭顯已經擺脫繩線變為無線，視場角FOV增長了一倍，像素也翻倍。事實上，虛擬現實技術的發展速度遠遠快於消費者版本的頭顯的迭代速度。

筆者接下來將為大家介紹一些最新的、最有希望讓VR成為下一個計算平台的技術。所有這些技術將在未來10年的消費者版本VR頭顯中實現。或許，有些早,有些晚而已。包括但不局限於以下技術：面部追蹤、虛擬化身、全沉浸、腦控技術、全息技術、人工智慧、無線技術、真實感圖形以及輸入控制。

在這篇文章里，筆者將主要介紹面部追蹤技術。

在現實生活中，你的臉每天都在移動無數次:當你說話、微笑、盯著某個東西看或張開嘴在Snapchat上拍張照片時，人臉都在移動。是的，你可能已經猜到了，面部跟蹤是主要應用於虛擬社交，然而現在主要的問題是:目前的虛擬現實頭盔裡面沒有這樣的技術。在很多社會經驗中，積極地揮手或從菜單中選擇一種食物都是一種選擇，但在VR中並不能做到無縫銜接。

很多公司知道這些VR的痛點，因此也在積極推動這些技術的進步。其中一個最具消費者準備的解決方案是一組紅外攝像機，捕捉眼球運動以及嘴唇和下巴的運動。

這種紅外攝像機通常以一種顛倒的獨角獸的風格從頭盔上伸出，能識別人的下巴輪廓，並追蹤其幾何形狀的變化，然後將這些變化轉移到虛擬化身的臉上。正如你所看到的，Oculus公司肯定在華盛頓雷德蒙德的Oculus研究實驗室里試驗這種技術。

肌電信號EMG

另一種方法是在頭顯的泡沫襯墊上放置感測器，可以通過皮膚測量面部肌肉活動。人體的動作由骨骼和肌肉配合產生，肌肉的兩端肌腱附著在骨骼上，中間是肌肉纖維，神經系統發送到肌肉的控制信號最終的表現是一種電流，當肌肉纖維受到電流刺激時，產生收縮，通過肌腱帶動骨骼，最終產生動作。起到關鍵作用的這種電流被稱為肌電信號（EMG）。

這種感測器能夠「聽到」面部肌肉每秒激活1000次，使用電極並通過智能演算法對其進行分析，從而在不經過訓練或校準的情況下，創建一個人的表情的神經信號。

EMG是一種更快速、更準確的跟蹤面部活動的方法。然而，與紅外相機不同的是，它們只跟蹤臉部的部位，並將其與皮膚緊密貼合。

這樣以來眼睛怎麼追蹤呢？這時紅外攝像機就是派上用場的時候了。FOVE頭顯就使用了這種技術。該設備內部在每個眼睛附近內置了6個紅外線感測器來跟蹤用戶的目光，可以高精度跟隨目光轉換焦點，營造與虛擬世界及人物的無縫自然交互感。通過緊隨用戶的視線，FOVE可以模擬景深，模糊視線周邊區域來生成更加自然的圖像。同時，還可以通過減少不自然的頭部移動來最大程度緩解暈動症。

Oculus也收購了一家使用類似工作原理的眼球追蹤公司The Eye Tribe。該公司開發的產品中，包括了一款面向眼球追蹤裝置開發人員的工具包軟體，該軟體能夠將基於眼球注視的介面技術嵌入智能手機和潛在的虛擬現實眼罩產品上。The Eye Tribe還開發有「視網膜凹式渲染（Foveated Rendering）」技術，在該技術的支持下，用戶通過虛擬現實系統尋找目標時，由於只是把最細膩的畫質呈現在視野中心，視野以外的畫質細膩度逐步減少，從而大大節省系統的計算能力，讓電腦的資源釋放來做其他事情。

微機電系統MEMS

另外一種追蹤眼睛的方式是使用微機電系統（MEMS）設備。MEMS感測器、驅動器同樣可以實現眼球追蹤功能，並且具有極大的發展潛力。MEMS器件的特徵長度從1毫米到1微米，相比之下頭髮的直徑大約是50微米。MEMS器件主要優點是體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、靈敏度高、易於集成等，是微型感測器/驅動器的主力軍，正在逐漸取代傳統機械器件。

成本有可能通過工藝優化、批量生產大幅度降低，主要原因是由於MEMS生產不同於傳統加工製造生產，MEMS採用類似於集成電路的製造工藝，由於產品體積小，在一個二十厘米的矽片上可一次性生產出上千器件。

因此，基於MEMS的眼動追蹤系統在AR/AR系統中具有不可比擬的優勢，也將成為VR/AR裝置小型化、低成本化重要資本。

英特爾收購的AdHawk就是使用了MEMS技術。AdHawk的眼球追蹤器使用超緊湊型的MEMS系統來取代了攝像機，解決了圖像處理極其費電的問題，極大提高了速度與效率，並改善了體積。

MEMS眼球追蹤技術的基本原理是利用眼睛與眼角膜具有不同的直徑。使用低功率紅外二極體發射紅外光，紅外光發出後射向MEMS平面鏡面，MEMS平面鏡面將紅外光反射。同時MEMS平面鏡面會操控該紅外光射向眼角膜，然後從角膜表面反射（在掠射角從60到90）到一個光電二極體。光電二極體的作用為接受光信號，產生電信號。輸出電信號隨輸入光強增大而增大。隨著眼睛的轉動，掃描儀scanner控制光束追蹤眼角膜上能夠使光電二極體接受到最大信號的點。

總之，MEMS技術將通過其不可比擬的體積和功耗優勢為眼球追蹤提供重大改進，打造出更具便攜性的AR/VR/移動設備，從而大幅提升用戶苛刻的體驗訴求，在AR/VR/移動設備中進一步幫助用戶達到真實的感受。

【資訊編譯自：hackernoon】

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