VR成为下一代计算平台的关键技术：面部追踪

　即使你是一个真正的VR铁粉，你也得必须承认现在的头显永远不会被大众接受。因为现在虚拟现实意味着被捆绑到一台昂贵的个人电脑上，在一个监护系统的“牢房”里行动。这并不是我们理想中的虚拟自由。然而，有一件重要的事情我们忘记了：技术的快速发展和迭代。这足以“摧毁”一切障碍和困难。

　　在消费者VR进入大众视野的两年时间里，VR头显已经摆脱绳线变为无线，视场角FOV增长了一倍，像素也翻倍。事实上，虚拟现实技术的发展速度远远快于消费者版本的头显的迭代速度。

　　笔者接下来将为大家介绍一些最新的、最有希望让VR成为下一个计算平台的技术。所有这些技术将在未来10年的消费者版本VR头显中实现。或许，有些早,有些晚而已。包括但不局限于以下技术：面部追踪、虚拟化身、全沉浸、脑控技术、全息技术、人工智能、无线技术、真实感图形以及输入控制。

　　在这篇文章里，笔者将主要介绍面部追踪技术。

　　在现实生活中，你的脸每天都在移动无数次:当你说话、微笑、盯着某个东西看或张开嘴在Snapchat上拍张照片时，人脸都在移动。是的，你可能已经猜到了，面部跟踪是主要应用于虚拟社交，然而现在主要的问题是:目前的虚拟现实头盔里面没有这样的技术。在很多社会经验中，积极地挥手或从菜单中选择一种食物都是一种选择，但在VR中并不能做到无缝衔接。

　　很多公司知道这些VR的痛点，因此也在积极推动这些技术的进步。其中一个最具消费者准备的解决方案是一组红外摄像机，捕捉眼球运动以及嘴唇和下巴的运动。

　　这种红外摄像机通常以一种颠倒的独角兽的风格从头盔上伸出，能识别人的下巴轮廓，并追踪其几何形状的变化，然后将这些变化转移到虚拟化身的脸上。正如你所看到的，Oculus公司肯定在华盛顿雷德蒙德的Oculus研究实验室里试验这种技术。

　　肌电信号EMG

　　另一种方法是在头显的泡沫衬垫上放置传感器，可以通过皮肤测量面部肌肉活动。人体的动作由骨骼和肌肉配合产生，肌肉的两端肌腱附着在骨骼上，中间是肌肉纤维，神经系统发送到肌肉的控制信号最终的表现是一种电流，当肌肉纤维受到电流刺激时，产生收缩，通过肌腱带动骨骼，最终产生动作。起到关键作用的这种电流被称为肌电信号（EMG）。

　　这种传感器能够“听到”面部肌肉每秒激活1000次，使用电极并通过智能算法对其进行分析，从而在不经过训练或校准的情况下，创建一个人的表情的神经信号。

　　EMG是一种更快速、更准确的跟踪面部活动的方法。然而，与红外相机不同的是，它们只跟踪脸部的部位，并将其与皮肤紧密贴合。

　　这样以来眼睛怎么追踪呢？这时红外摄像机就是派上用场的时候了。FOVE头显就使用了这种技术。该设备内部在每个眼睛附近内置了6个红外线传感器来跟踪用户的目光，可以高精度跟随目光转换焦点，营造与虚拟世界及人物的无缝自然交互感。通过紧随用户的视线，FOVE可以模拟景深，模糊视线周边区域来生成更加自然的图像。同时，还可以通过减少不自然的头部移动来最大程度缓解晕动症。

　　Oculus也收购了一家使用类似工作原理的眼球追踪公司The Eye Tribe。该公司开发的产品中，包括了一款面向眼球追踪装置开发人员的工具包软件，该软件能够将基于眼球注视的接口技术嵌入智能手机和潜在的虚拟现实眼罩产品上。The Eye Tribe还开发有“视网膜凹式渲染（Foveated Rendering）”技术，在该技术的支持下，用户通过虚拟现实系统寻找目标时，由于只是把最细腻的画质呈现在视野中心，视野以外的画质细腻度逐步减少，从而大大节省系统的计算能力，让电脑的资源释放来做其他事情。

　　微机电系统MEMS

　　另外一种追踪眼睛的方式是使用微机电系统（MEMS）设备。MEMS传感器、驱动器同样可以实现眼球追踪功能，并且具有极大的发展潜力。MEMS器件的特征长度从1毫米到1微米，相比之下头发的直径大约是50微米。MEMS器件主要优点是体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成等，是微型传感器/驱动器的主力军，正在逐渐取代传统机械器件。

　　成本有可能通过工艺优化、批量生产大幅度降低，主要原因是由于MEMS生产不同于传统加工制造生产，MEMS采用类似于集成电路的制造工艺，由于产品体积小，在一个二十厘米的硅片上可一次性生产出上千器件。

　　因此，基于MEMS的眼动追踪系统在AR/AR系统中具有不可比拟的优势，也将成为VR/AR装置小型化、低成本化重要资本。

　　英特尔收购的AdHawk就是使用了MEMS技术。AdHawk的眼球追踪器使用超紧凑型的MEMS系统来取代了摄像机，解决了图像处理极其费电的问题，极大提高了速度与效率，并改善了体积。

　　MEMS眼球追踪技术的基本原理是利用眼睛与眼角膜具有不同的直径。使用低功率红外二极管发射红外光，红外光发出后射向MEMS平面镜面，MEMS平面镜面将红外光反射。同时MEMS平面镜面会操控该红外光射向眼角膜，然后从角膜表面反射（在掠射角从60到90）到一个光电二极管。光电二极管的作用为接受光信号，产生电信号。输出电信号随输入光强增大而增大。随着眼睛的转动，扫描仪scanner控制光束追踪眼角膜上能够使光电二极管接受到最大信号的点。

　　总之，MEMS技术将通过其不可比拟的体积和功耗优势为眼球追踪提供重大改进，打造出更具便携性的AR/VR/移动设备，从而大幅提升用户苛刻的体验诉求，在AR/VR/移动设备中进一步帮助用户达到真实的感受。

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