Kai kompiuteris stebi, kur žiūri
Turbūt daugelis esate matę mokslo fantastikos filmuose, kaip personažai valdo kompiuterius vien akių judesiais. Tačiau tai jau seniai nebe fantastika – akių sekimo technologija šiandien naudojama nuo išmaniųjų telefonų iki medicinos įrangos. Bet kaip iš tikrųjų veikia šis beveik magiškas dalykas, kai mašina gali suprasti, kur žiūrite?
Pirmiausia reikia suprasti, kad akių sekimo sistema nėra vienas konkretus įrenginys. Tai visuma technologijų, kurios kartu leidžia nustatyti žvilgsnio kryptį ir sekti akių judesius. Pagrindinis principas gana paprastas – sistema nušviečia jūsų akis, fiksuoja atspindį ir pagal tam tikrus akies anatominius taškus apskaičiuoja, kur tiksliai žiūrite. Tačiau, kaip ir daugelyje technologijų, velnias slypi detalėse.
Infraraudonieji spinduliai ir vyzdžio paslapties
Dauguma šiuolaikinių akių sekimo sistemų naudoja infraraudonąją šviesą. Kodėl būtent ją? Visų pirma, ji nemato žmogaus akis – tai reiškia, kad jums netrukdys jokia blaškanti šviesa. Antra, infraraudonoji šviesa puikiai atsispindi nuo akies paviršiaus ir sukuria labai aiškius atspindžius.
Sistema paprastai turi vieną ar kelis infraraudonųjų spindulių šaltinius, kurie nukreipti į jūsų veidą. Kai ši šviesa pataiko į akį, įvyksta keli dalykai vienu metu. Pirmiausia, šviesa atsispindi nuo ragenos – skaidrios akies dalies. Šis atspindys vadinamas Purkinje atspindžiu (pavadinimu gydytojo, kuris tai pastebėjo dar XIX amžiuje). Iš tikrųjų tokių atspindžių gali būti net keturi, nes šviesa atsispindi nuo skirtingų akies sluoksnių, bet praktikoje dažniausiai naudojamas pirmasis.
Antrasis svarbus elementas – vyzdys, ta juoda apskritimo dalis akies centre. Iš tikrųjų vyzdys nėra juodas – jis tik atrodo toks, nes šviesa patenka į akies vidų ir nesugražinama atgal. Tačiau infraraudonosios kameros tai mato kitaip – vyzdys jai atrodo kaip tamsus apskritimas su aiškiomis ribomis.
Matematika, kuri perskaito jūsų žvilgsnį
Dabar prasideda įdomiausia dalis. Sistema turi du pagrindinius orientyrus: šviesų tašką (Purkinje atspindį) ir tamsų apskritimą (vyzdį). Pagal šių dviejų elementų tarpusavio padėtį galima apskaičiuoti, kur nukreiptas žvilgsnis.
Kai žiūrite tiesiai į kamerą, Purkinje atspindys yra beveik vyzdžio centre. Bet kai žvilgsnis nukrypsta į šoną, vyzdys juda viena kryptimi, o atspindys lieka santykinai toje pačioje vietoje (nes jis atsispindi nuo ragenos paviršiaus). Būtent šis poslinkis tarp vyzdžio centro ir atspindžio padėties leidžia sistemai apskaičiuoti žvilgsnio kampą.
Žinoma, tai nėra paprasta geometrija. Kiekvieno žmogaus akys skirtingos – skiriasi dydis, forma, net tai, kaip toli viena nuo kitos jos išdėstytos. Todėl prieš naudojant akių sekimo sistemą, paprastai reikia atlikti kalibravimą. Jums paprašo pažiūrėti į kelis taškus ekrane, ir sistema “išmoksta” jūsų konkrečių akių ypatybių.
Nuo paprasto sekimo iki minčių skaitymo
Pirmosios akių sekimo sistemos atsirado dar septintajame dešimtmetyje ir buvo gana barbariškas. Žmonėms ant akių tiesiogiai dedavo specialius kontaktinius lęšius su magnetais ar net mažytėmis veidrodėliais. Galite įsivaizduoti, kaip malonu buvo dalyvauti tokiuose eksperimentuose!
Pirmasis didelis proveržis įvyko devintajame dešimtmetyje, kai mokslininkai pradėjo naudoti vaizdo kameras ir kompiuterinę regą. Nereikėjo nieko liesti prie akių – pakako nufilmuoti veidą ir analizuoti vaizdą. Tiesa, tokios sistemos buvo didžiulės, brangios ir reikalavo, kad žmogus sėdėtų beveik nejudėdamas su galva pritvirtinta specialiame įtaise.
Tikroji revoliucija prasidėjo XXI amžiaus pradžioje, kai kompiuteriai tapo pakankamai galingi apdoroti vaizdo informaciją realiuoju laiku, o kameros – pakankamai mažos ir pigios. Staiga akių sekimas tapo įmanomas ne tik laboratorijose, bet ir kasdieniuose įrenginiuose.
Kur šiandien slepiasi akių sekimo technologija
Turbūt labiausiai žinomas akių sekimo panaudojimas – virtualiosios realybės akiniai. Beveik visi naujausi VR įrenginiai turi integruotą akių sekimą. Kodėl tai svarbu? Pirmiausia, tai leidžia sistemai žinoti, kur tiksliai žiūrite, ir atvaizduoti tą vietą aukščiausia kokybe, o periferinį regėjimą – žemesne. Tai vadinama foveated rendering ir leidžia sutaupyti didžiulį kiekį skaičiavimo galios.
Bet tai ne viskas. Akių sekimas VR leidžia sukurti daug natūralesnę sąveiką – galite pasirinkti meniu elementus tiesiog pažvelgdami į juos, arba žaidime personažai gali reaguoti į tai, kur žiūrite. Tai sukuria neįtikėtiną panardinimo jausmą.
Išmaniosios telefonuose ir planšetėse akių sekimas naudojamas subtiliau. Samsung ir Apple įrenginiai naudoja primityviausią akių sekimo formą – tiesiog nustato, ar žiūrite į ekraną. Jei taip, ekranas neužgęsta, net jei neliečiate telefono. Kai kurie įrenginiai gali net automatiškai slinkti puslapį žemyn, kai jūsų žvilgsnis pasiekia ekrano apačią.
Medicinos srityje akių sekimas tapo neįkainojama priemone. Žmonės su judėjimo sutrikimais gali valdyti kompiuterį vien akimis – rašyti tekstus, naršyti internete, net piešti. Yra specialių klaviatūrų, kur raidės pasirenkamos žvilgsniu. Iš pradžių tai atrodo lėta, bet įgudę vartotojai gali “rašyti” akimis beveik taip greitai, kaip kiti pirštais.
Kai akys išduoda daugiau nei norėtumėte
Akių sekimas nėra tik apie tai, kur žiūrite. Vyzdžio dydis, mirkčiojimo dažnis, akių judesių greitis – visa tai gali atskleisti daug informacijos apie jūsų būseną. Pavargę žmonės mirkčioja dažniau. Suinteresuoti kažkuo – vyzdžiai išsiplečia. Meluojantys žmonės turi skirtingus akių judesių šablonus nei sakantys tiesą (nors tai ne toks patikimas metodas, kaip rodo filmuose).
Reklamos ir rinkodaros srityje akių sekimas naudojamas jau dešimtmečius. Įmonės nori žinoti, į ką žmonės žiūri prekybos centre, kokią reklamos dalį jie iš tikrųjų mato, kiek laiko praleidžia žiūrėdami į konkretų produktą. Yra specialių laboratorijų, kur žmonės dėvi akių sekimo akinius ir vaikšto po dirbtines parduotuves, o mokslininkai analizuoja kiekvieną jų žvilgsnį.
Tai kelia ir privatumo klausimų. Jūsų akių judesiai yra labai asmeninė informacija. Jie gali atskleisti, kas jus domina, kas jaudina, net kokias turite sveikatos problemų. Kai kurios neurologinės ligos pasireiškia specifiniais akių judesių sutrikimais dar prieš atsirandant kitiems simptomams. Ar norite, kad jūsų išmanusis telefonas ar VR akiniai žinotų visa tai apie jus?
Technologiniai iššūkiai ir ateities perspektyvos
Nors akių sekimo technologija labai pažengė, ji vis dar nėra tobula. Viena didžiausių problemų – akiniai. Stiklai atspindi infraraudonąją šviesą ir sukuria papildomus atspindžius, kurie gali suklaidinti sistemą. Kontaktiniai lęšiai taip pat gali keisti ragenos atspindžio savybes. Todėl daugelis sistemų turi specialius algoritmus, skirtus “išfiltruoti” tokius trukdžius.
Kita problema – apšvietimas. Ryškioje saulės šviesoje, kur yra daug natūralios infraraudonosios spinduliuotės, sistemai sunkiau atskirti savo šviesos atspindį nuo aplinkos triukšmo. Priešingai, tamsoje vyzdys išsiplečia taip stipriai, kad gali būti sunku tiksliai nustatyti jo centrą.
Yra ir kultūrinių skirtumų. Skirtingų etninių grupių žmonės turi skirtingą akių formą, vyzdžio spalvą, net skirtingą akių judesių elgseną. Sistema, sukalibruota vienai grupei, gali blogiau veikti kitai. Tai rimta problema, kurią kūrėjai stengiasi spręsti.
Ateityje akių sekimas taps dar tikslesnių ir subtilesnių. Jau dabar kuriamos sistemos, galinčios nustatyti ne tik kur žiūrite, bet ir kaip aštrioje fokusavimo būsenoje yra jūsų akys – ar žiūrite į kažką arti, ar toli. Tai leistų VR sistemoms automatiškai reguliuoti virtualaus vaizdo fokusą, sukuriant dar realistiškesnį pojūtį.
Kai kurie mokslininkai dirba prie sistemų, galinčių nustatyti net mikroskopines akių drebules – saccades. Tai neįtikėtinai greiti, beveik nepastebimi akių judesiai, kuriais mes skenuojame aplinką. Jų analizė galėtų atskleisti dar daugiau informacijos apie tai, kaip smegenys apdoroja vizualinę informaciją.
Kai technologija tampa nematomu pagalbininku
Grįžtant prie pradžios klausimo – akių sekimo sistema veikia kaip labai išmanus stebėtojas, kuris stebi jūsų akis šimtus kartų per sekundę, analizuoja atspindžius ir vyzdžio padėtį, ir iš to apskaičiuoja, kur nukreiptas jūsų žvilgsnis. Tai sudėtinga technologija, bet jos pagrindinis principas gana paprastas – šviesa, atspindys ir matematika.
Įdomiausia, kad geriausia akių sekimo sistema yra ta, kurios visai nepastebite. Ji tiesiog veikia fone, padarydama jūsų sąveiką su technologija natūralesnę ir patogesnę. Ar tai būtų VR žaidimas, kuris reaguoja į jūsų žvilgsnį, telefonas, kuris neužgęsta, kol skaitote, ar komunikacijos įrankis žmogui, kuris negali judinti rankų – visais atvejais tikslas tas pats: technologija prisitaiko prie žmogaus, o ne atvirkščiai.
Ir nors vis dar yra iššūkių – nuo techninių apribojimų iki privatumo klausimų – akių sekimas jau tapo neatskiriama šiuolaikinių technologijų dalimi. Kas žino, galbūt po dešimties metų valdyti įrenginius akimis bus taip pat įprasta, kaip šiandien valdyti juos lietimų ekranais. O gal net įprastesnė – juk žvilgsnis yra vienas natūraliausių būdų parodyti, ko norime.