美國亞利桑那大學(xué)懷恩特光學(xué)科學(xué)學(xué)院的科研團(tuán)隊，成功研發(fā)出一項具有變革性意義的3D 成像技術(shù)，有望重塑眼球追蹤技術(shù)的格局。眼球追蹤技術(shù)在虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實頭顯領(lǐng)域，以及娛樂、醫(yī)療、汽車工程等諸多行業(yè)中，均占據(jù)著舉足輕重的地位。然而，盡管其意義重大，精確捕捉眼球運動軌跡卻始終是一個亟待攻克的難題。?

傳統(tǒng)的眼球追蹤方法，主要依靠少數(shù)幾個（通常僅有十幾個）表面點的方向數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析。與之形成鮮明對比的是，全新的技術(shù)方案引入了一種名為偏折測量的先進(jìn)成像手段。借助這一技術(shù)，研究人員能夠在單張相機(jī)圖像中，一次性捕獲超過40000個，甚至數(shù)百萬個表面點的數(shù)據(jù)，為大幅提升追蹤精度帶來了前所未有的可能。?

偏折測量法，作為一種高精度的3D成像技術(shù)，能夠?qū)Ψ瓷浔砻孢M(jìn)行極為精準(zhǔn)的測量。來自 Willomitzer實驗室的博士后研究員Jiazhang Wang，同時也是該項研究的第一作者，指出：“更多的數(shù)據(jù)點意味著更豐富的信息，這對于顯著提升凝視方向估計的準(zhǔn)確性具有關(guān)鍵作用。特別是在推動下一代虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的發(fā)展方面，這種改進(jìn)尤為重要。我們的研究表明，相較于傳統(tǒng)方法，新方法能夠輕而易舉地將獲取的數(shù)據(jù)點數(shù)量提升3000倍以上?！?

將偏折測量技術(shù)的應(yīng)用范圍拓展至工業(yè)表面檢測之外的領(lǐng)域，一直是阿爾伯塔大學(xué)計算三維成像與測量實驗室Willomitzer研究團(tuán)隊的核心研究方向。他們創(chuàng)新性地將偏折測量法與計算機(jī)視覺領(lǐng)域的前沿計算技術(shù)深度融合，從而催生了“計算偏折測量法”這一全新概念。目前，該方法已成功應(yīng)用于藝術(shù)品分析、皮膚病變3D成像檢測方法的開發(fā)，以及眼動追蹤技術(shù)的優(yōu)化等多個領(lǐng)域。?

“精準(zhǔn)測量技術(shù)與先進(jìn)計算能力的獨特融合，賦予了機(jī)器‘洞察無形’的能力，使其具備超越人類感知的‘超視能力’。”在本次研究中，科研人員使用人類志愿者以及真實的眼睛模型，對新開發(fā)的眼球追蹤方法進(jìn)行了全面測試。測試結(jié)果令人矚目：在追蹤人類注視方向時，精度可達(dá)0.46至0.97度之間；而在人造眼模型測試中，精度更是高達(dá)0.1度。?

新技術(shù)摒棄了傳統(tǒng)依賴少量紅外光點的做法，轉(zhuǎn)而采用能夠顯示結(jié)構(gòu)光圖案的屏幕。每塊屏幕的 100 多萬像素均可視為獨立的光源。通過細(xì)致分析這些圖案在眼睛角膜和鞏膜上的反射情況，研究人員能夠構(gòu)建出詳盡的3D表面數(shù)據(jù)，進(jìn)而實現(xiàn)高精度的視線追蹤。?

計算重建過程則通過巧妙結(jié)合3D表面數(shù)據(jù)與眼睛光軸的幾何約束條件，精準(zhǔn)預(yù)測注視方向。前期研究已證實，該技術(shù)能夠無縫嵌入虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)之中。未來，該技術(shù)有望進(jìn)一步優(yōu)化，采用紅外光替代現(xiàn)有的可見圖案，從而在不干擾用戶注意力的前提下，實現(xiàn)更高效的追蹤功能。此外，將相關(guān)圖案嵌入耳機(jī)框架，或是利用圖像、視頻等視覺內(nèi)容進(jìn)行反射，也將極大地簡化系統(tǒng)設(shè)計，為該技術(shù)的廣泛應(yīng)用奠定堅實基礎(chǔ)。