WebXR Eye Tracking: Blickbaserad interaktion och foveated rendering

WebXR revolutionerar hur vi interagerar med den digitala världen och suddar ut gränserna mellan fysiska och virtuella verkligheter. En av de mest spännande framstegen inom detta område är integrationen av eye tracking-teknik. Genom att förstå vart en användare tittar kan WebXR-applikationer låsa upp kraftfulla nya interaktionsparadigmer och optimera renderingsprestanda, vilket leder till verkligt immersiva upplevelser. Denna artikel utforskar potentialen med eye tracking i WebXR, med fokus på blickbaserad interaktion och foveated rendering, samt deras betydelse för webbens framtid.

Vad är WebXR?

WebXR (Web Extended Reality) är en uppsättning standarder som gör det möjligt för utvecklare att skapa och distribuera upplevelser med virtuell verklighet (VR) och förstärkt verklighet (AR) direkt i webbläsare. Detta eliminerar behovet för användare att ladda ner och installera specialanpassade applikationer, vilket gör VR/AR-innehåll mer tillgängligt och delbart än någonsin tidigare. Se det som HTML5 för den immersiva webben. WebXR stöder ett brett utbud av enheter, från enkla mobiltelefonbaserade VR-headset till avancerade PC VR-system.

Viktiga fördelar med WebXR inkluderar:

• Plattformsoberoende kompatibilitet: Fungerar på olika enheter och operativsystem.
• Enkel åtkomst: Inget behov av att ladda ner eller installera applikationer; nås via en webbläsare.
• Snabb utveckling och distribution: Utnyttjar befintliga kunskaper och verktyg för webbutveckling.
• Säkerhet: Drar nytta av säkerhetsfunktionerna i webbläsare.

Kraften i eye tracking i WebXR

Eye tracking är processen att mäta och registrera en användares ögonrörelser. I samband med WebXR kan denna data användas för att förstå vart användaren tittar i den virtuella eller förstärkta miljön. Denna information kan sedan användas för att skapa mer naturliga och intuitiva interaktioner, samt för att optimera renderingsprestanda. Det går bortom traditionell handkontrollbaserad input och möjliggör helt handsfree-upplevelser.

Hur eye tracking fungerar

Eye tracking-system använder vanligtvis infraröda sensorer och kameror för att upptäcka pupillens position och spåra dess rörelser. Avancerade algoritmer bearbetar sedan denna data för att bestämma användarens blickriktning. Noggrannheten och tillförlitligheten hos eye tracking-system har förbättrats avsevärt de senaste åren, vilket gör dem till ett gångbart alternativ för ett brett spektrum av tillämpningar. Olika tekniker används för eye tracking, inklusive:

• Infraröd (IR) spårning: Den vanligaste metoden, som använder IR-ljus och kameror för att detektera pupillens position.
• Elektrookulografi (EOG): Mäter elektrisk aktivitet runt ögonen för att spåra rörelser. Mindre vanligt i VR/AR på grund av sin invasiva natur.
• Videobaserad eye tracking: Använder standardkameror för att analysera ögonrörelser, används ofta i mobila enheter.

Blickbaserad interaktion: Ett nytt paradigm

Blickbaserad interaktion använder data från eye tracking för att låta användare interagera med virtuella objekt och miljöer helt enkelt genom att titta på dem. Detta öppnar upp en helt ny värld av möjligheter för att skapa intuitiva och engagerande WebXR-upplevelser.

Exempel på blickbaserad interaktion

• Val och aktivering: Titta helt enkelt på ett objekt för att välja det, och blinka sedan eller fixera blicken på det för att aktivera det. Föreställ dig att navigera i en virtuell meny bara genom att titta på önskat alternativ och sedan blinka.
• Navigering: Styr ett fordon eller rör dig genom en virtuell miljö genom att titta i önskad riktning. Detta är särskilt användbart för användare med nedsatt rörlighet.
• Objektmanipulation: Kontrollera virtuella objekt med blicken, till exempel genom att rotera eller ändra storlek på dem.
• Social interaktion: Ögonkontakt spelar en avgörande roll i social interaktion. I virtuella möten kan eye tracking användas för att skapa en mer naturlig och engagerande upplevelse genom att låta avatarer få ögonkontakt med varandra. Detta kan förbättra kommunikationen och bygga relationer. Tänk dig ett fjärrutbildningsscenario där instruktören kan se var varje deltagare fokuserar sin uppmärksamhet, vilket möjliggör personlig vägledning.
• Tillgänglighet: Eye tracking kan erbjuda en alternativ inmatningsmetod för användare med funktionsnedsättningar, vilket gör att de kan interagera med datorer och virtuella miljöer med endast sina ögon. Detta kan vara livsförändrande för individer med motoriska funktionsnedsättningar.
• Spel: Att sikta, rikta och till och med styra karaktärers rörelser kan uppnås med blicken. Tänk dig ett prickskyttespel där precisionen bestäms av hur exakt din blick är.

Fördelar med blickbaserad interaktion

• Intuitivt och naturligt: Efterliknar hur vi interagerar med den verkliga världen.
• Handsfree: Frigör händerna för andra uppgifter eller eliminerar behovet av handkontroller helt.
• Ökad immersion: Skapar en mer sömlös och uppslukande upplevelse.
• Förbättrad tillgänglighet: Ger en alternativ inmatningsmetod för användare med funktionsnedsättningar.

Foveated rendering: Prestandaoptimering med eye tracking

Foveated rendering är en teknik som använder data från eye tracking för att optimera renderingsprestanda i WebXR-applikationer. Människans öga har ett litet område med hög synskärpa som kallas fovea. Endast det innehåll som faller inom fovea uppfattas med hög detaljrikedom. Foveated rendering utnyttjar detta genom att rendera området där användaren tittar (fovea) i hög upplösning, medan periferin renderas i lägre upplösning. Detta minskar dramatiskt renderingsbelastningen utan att avsevärt påverka den upplevda visuella kvaliteten.

Hur foveated rendering fungerar

Eye tracking-systemet ger realtidsdata om användarens blickriktning. Denna information används sedan för att dynamiskt justera renderingsupplösningen och fokusera resurser på intresseområdet. När användarens blick flyttas, flyttas det högupplösta området med.

Processen innefattar vanligtvis följande steg:

1. Insamling av eye tracking-data: Samla in realtidsdata om blicken från eye tracker-enheten.
2. Detektering av fovea: Identifiera det område på skärmen som motsvarar användarens fovea.
3. Upplösningsskalning: Rendera fovea-området i hög upplösning och periferin i successivt lägre upplösningar.
4. Dynamisk justering: Uppdatera kontinuerligt renderingsupplösningen baserat på användarens blickrörelser.

Fördelar med foveated rendering

• Förbättrad prestanda: Minskar renderingsbelastningen, vilket möjliggör högre bildhastigheter och mer komplexa scener.
• Förbättrad visuell kvalitet: Fokuserar renderingsresurser på det område där användaren tittar, vilket maximerar den upplevda visuella kvaliteten.
• Minskad latens: Kan hjälpa till att minska latens, vilket leder till en mer responsiv och bekväm VR/AR-upplevelse.
• Skalbarhet: Gör att WebXR-applikationer kan köras smidigt på ett bredare utbud av enheter, inklusive de med lägre processorkraft.

Att tänka på vid foveated rendering

• Noggrannhet i eye tracking: Noggrannheten hos eye tracking-systemet är avgörande för effektiv foveated rendering. Felaktig spårning kan leda till oskärpa eller förvrängning i användarens synfält.
• Renderingsalgoritmer: De renderingsalgoritmer som används för att skala upplösningen måste väljas noggrant för att minimera visuella artefakter.
• Användarupplevelse: Övergången mellan högupplösta och lågupplösta områden bör vara sömlös för att inte distrahera användaren.

Implementering av eye tracking i WebXR

Implementering av eye tracking i WebXR kräver ett kompatibelt headset med integrerade eye tracking-funktioner och en WebXR-runtime som stöder eye tracking-tillägg. För närvarande erbjuder headset som HTC Vive Pro Eye, Varjo Aero och vissa versioner av HP Reverb G2 inbyggd eye tracking. WebXR-runtimes, som de som tillhandahålls av Mozilla, Google Chrome och Microsoft Edge, utvecklar aktivt stöd för eye tracking-funktioner. Det är viktigt att konsultera den specifika dokumentationen för ditt valda headset och runtime för att förstå tillgängliga API:er och funktioner.

Nyckelsteg för implementering

1. Kontrollera stöd för eye tracking: Verifiera att WebXR-sessionen stöder eye tracking med hjälp av metoden `XRSystem.requestFeature()` med funktionsbeskrivningen `eye-tracking`.
2. Begär eye tracking-data: Hämta eye tracking-data via `XRFrame`-objektet, som ger information om position och orientering av användarens ögon.
3. Bearbeta eye tracking-data: Använd eye tracking-data för att implementera blickbaserad interaktion eller foveated rendering-algoritmer.
4. Optimera prestanda: Profilera din applikation för att identifiera prestandaflaskhalsar och optimera din kod därefter.

Kodexempel (konceptuellt)

Följande kodavsnitt visar ett konceptuellt exempel på hur man får åtkomst till eye tracking-data i WebXR. Detta är ett förenklat exempel och kräver anpassning baserat på den specifika WebXR-runtime och eye tracking-API:et.

            
  // Begär en XR-session med stöd för eye tracking
  navigator.xr.requestSession('immersive-vr', { requiredFeatures: ['eye-tracking'] })
    .then(session => {
      // ...
      session.requestAnimationFrame(function render(time, frame) {
        const pose = frame.getViewerPose(referenceSpace);

        if (pose) {
          const views = pose.views;

          for (let view of views) {
            // Kontrollera om vyn har data för eye tracking
            if (view.eye) {
              // Hämta position och orientering för ögat
              const eyePosition = view.eye.position;
              const eyeRotation = view.eye.rotation;

              // Använd eye tracking-datan för att uppdatera scenen
              // ...
            }
          }
        }
        session.requestAnimationFrame(render);
      });
    });

            

              
                Copy
              
            
          

Obs: Denna kod är endast i illustrativt syfte och behöver anpassas baserat på den specifika WebXR-runtime och eye tracking-API:et. Konsultera dokumentationen för din valda plattform för detaljerade implementeringsinstruktioner.

Utmaningar och överväganden

Även om eye tracking erbjuder betydande potential för WebXR, finns det också flera utmaningar och överväganden som måste hanteras:

• Integritet: Data från eye tracking kan avslöja känslig information om en användares uppmärksamhet, intressen och till och med kognitiva tillstånd. Det är avgörande att hantera denna data ansvarsfullt och etiskt, och säkerställa användarens integritet och transparens. Dataminimering och anonymiseringstekniker bör användas när det är möjligt. Informerat samtycke är av största vikt. Se till att följa globala integritetslagar som GDPR och CCPA.
• Noggrannhet och kalibrering: Eye tracking-system kräver noggrann kalibrering för att säkerställa tillförlitlig data. Kalibreringsprocedurer bör vara användarvänliga och robusta mot variationer i huvudposition och ljusförhållanden. Regelbunden omkalibrering kan vara nödvändig för att bibehålla noggrannheten över tid.
• Latens: Latens i eye tracking-systemet kan introducera märkbara fördröjningar i renderingsprocessen, vilket kan leda till åksjuka och en försämrad användarupplevelse. Att minimera latens är avgörande för att skapa bekväma och immersiva VR/AR-upplevelser.
• Kostnad: Headset med integrerade eye tracking-funktioner är för närvarande dyrare än vanliga VR/AR-headset. När tekniken mognar och blir mer utbredd förväntas kostnaden minska.
• Tillgänglighet: Även om eye tracking kan förbättra tillgängligheten för vissa användare, kanske det inte är lämpligt för alla individer med funktionsnedsättningar. Alternativa inmatningsmetoder bör tillhandahållas för att säkerställa att WebXR-applikationer är tillgängliga för ett brett spektrum av användare.
• Etiska implikationer: Utöver integritet finns det bredare etiska implikationer. Till exempel kan eye tracking användas för att manipulera användares uppmärksamhet eller för att skapa beroendeframkallande upplevelser. Utvecklare bör vara medvetna om dessa potentiella risker och utforma sina applikationer ansvarsfullt.

Framtiden för eye tracking i WebXR

Framtiden för eye tracking i WebXR är ljus. Allt eftersom tekniken mognar och blir mer prisvärd kan vi förvänta oss att se den integrerad i ett bredare utbud av VR/AR-headset och applikationer. Detta kommer att låsa upp nya möjligheter för att skapa mer naturliga, intuitiva och engagerande immersiva upplevelser.

Nya trender

• Förbättrad noggrannhet i eye tracking: Framsteg inom sensorteknik och algoritmer kommer att leda till mer exakta och tillförlitliga eye tracking-system.
• AI-driven eye tracking: Artificiell intelligens (AI) kan användas för att förbättra prestandan för eye tracking, förutsäga användarens avsikter och anpassa VR/AR-upplevelsen.
• Integration med andra sensorer: Att kombinera eye tracking med andra sensorer, såsom handspårning och ansiktsuttrycksigenkänning, kommer att möjliggöra ännu mer sofistikerade och nyanserade interaktioner.
• Molnbaserad eye tracking: Molnbaserade eye tracking-tjänster kommer att göra det möjligt för utvecklare att enkelt integrera eye tracking-funktionalitet i sina WebXR-applikationer utan att behöva hantera komplex infrastruktur.
• Tillämpningar bortom spel och underhållning: Eye tracking kommer att hitta tillämpningar inom en rad olika områden, inklusive utbildning, träning, hälso- och sjukvård samt marknadsföring. Inom hälso- och sjukvården kan eye tracking till exempel användas för att diagnostisera neurologiska sjukdomar eller för att hjälpa patienter med kommunikationssvårigheter. Inom utbildning kan det användas för att bedöma studenters engagemang och identifiera områden där de har svårigheter.

Slutsats

Eye tracking är en banbrytande teknik för WebXR, som möjliggör blickbaserad interaktion och foveated rendering, vilket leder till mer immersiva, effektiva och tillgängliga upplevelser inom virtuell och förstärkt verklighet. Även om utmaningar kvarstår när det gäller integritet, noggrannhet och kostnad, är de potentiella fördelarna enorma. Allt eftersom tekniken mognar och blir mer utbredd kan vi förvänta oss att eye tracking kommer att spela en allt viktigare roll i att forma webbens framtid.

Utvecklare som anammar eye tracking-tekniken nu kommer att vara väl positionerade för att skapa nästa generation av innovativa och engagerande WebXR-applikationer. Håll dig informerad om de senaste framstegen inom eye tracking och WebXR, och experimentera med olika interaktionsparadigmer för att upptäcka nya och spännande sätt att ansluta med användare på den immersiva webben.