美国亚利桑那大学怀恩特光学科学学院的科研团队，成功研发出一项具有变革性意义的3D 成像技术，有望重塑眼球追踪技术的格局。眼球追踪技术在虚拟与增强现实头显领域，以及娱乐、医疗、汽车工程等诸多行业中，均占据着举足轻重的地位。然而，尽管其意义重大，精确捕捉眼球运动轨迹却始终是一个亟待攻克的难题。
传统的眼球追踪方法，主要依靠少数几个（通常仅有十几个）表面点的方向数据来进行分析。与之形成鲜明对比的是，全新的技术方案引入了一种名为偏折测量的先进成像手段。借助这一技术，研究人员能够在单张相机图像中，一次性捕获超过40000个，甚至数百万个表面点的数据，为大幅提升追踪精度带来了前所未有的可能。
偏折测量法，作为一种高精度的3D成像技术，能够对反射表面进行极为精准的测量。来自 Willomitzer实验室的博士后研究员Jiazhang Wang，同时也是该项研究的第一作者，指出：“更多的数据点意味着更丰富的信息，这对于显著提升凝视方向估计的准确性具有关键作用。特别是在推动下一代虚拟现实应用的发展方面，这种改进尤为重要。我们的研究表明，相较于传统方法，新方法能够轻而易举地将获取的数据点数量提升3000倍以上。”
将偏折测量技术的应用范围拓展至工业表面检测之外的领域，一直是阿尔伯塔大学计算三维成像与测量实验室Willomitzer研究团队的核心研究方向。他们创新性地将偏折测量法与计算机视觉领域的前沿计算技术深度融合，从而催生了“计算偏折测量法”这一全新概念。目前，该方法已成功应用于艺术品分析、皮肤病变3D成像检测方法的开发，以及眼动追踪技术的优化等多个领域。
“精准测量技术与先进计算能力的独特融合，赋予了机器‘洞察无形’的能力，使其具备超越人类感知的‘超视能力’。”在本次研究中，科研人员使用人类志愿者以及真实的眼睛模型，对新开发的眼球追踪方法进行了全面测试。测试结果令人瞩目：在追踪人类注视方向时，精度可达0.46至0.97度之间；而在人造眼模型测试中，精度更是高达0.1度。
新技术摒弃了传统依赖少量红外光点的做法，转而采用能够显示结构光图案的屏幕。每块屏幕的 100 多万像素均可视为独立的光源。通过细致分析这些图案在眼睛角膜和巩膜上的反射情况，研究人员能够构建出详尽的3D表面数据，进而实现高精度的视线追踪。
计算重建过程则通过巧妙结合3D表面数据与眼睛光轴的几何约束条件，精准预测注视方向。前期研究已证实，该技术能够无缝嵌入虚拟和增强现实系统之中。未来，该技术有望进一步优化，采用红外光替代现有的可见图案，从而在不干扰用户注意力的前提下，实现更高效的追踪功能。此外，将相关图案嵌入耳机框架，或是利用图像、视频等视觉内容进行反射，也将极大地简化系统设计，为该技术的广泛应用奠定坚实基础。
