早期的视线追踪技术在疾病诊断和心理研究方面的应用比较广泛,后来扩展到其他领域,如图像压缩技术和新型人机交互等。近年来,视线追踪技术的研究受到国内外相关研究人员的普遍关注。国外出现了一些基于视线追踪技术的实际应用系统和产品,如眼控打字系统、视线辅助绘图系统等。尤其在一些发达国家,视线追踪相关技术已经日趋成熟。我国在这一领域的起步较晚,视线追踪技术的研究和相关眼控产品的研究与开发正逐步展开。不久的将来,市场中可能会出现面向助老助残的由视线通道和语音通道联合控制的数字家居人机交互系统,以方便残疾人士或老人在日常生活中对家电设备进行控制或获取各种信息。利用视线追踪技术,人与机器人或虚拟人的交互也将更加自然和便捷。通过检测视线方向、眨眼频率和瞳孔大小变化,未来的汽车也会“观察和监测”驾驶员的驾驶状态和驾驶行为,识别驾驶员是否处于驾驶疲劳等状态,进而警示驾驶员采取相应的措施避免交通事故[3]。利用对人视线特征的检测,还可以帮助医生有效诊断认知疾病障碍或帮助警察进行刑事测谎。利用视线追踪技术,还可以从用户注视信息推断人们感兴趣或引起注意的内容,用来了解用户的状态、意图、认知负荷、紧张程度,并自动调整对用户的反应。
大量研究和实验表明,在虚拟环境中利用视线进行人机交互比指点式交互效率更高,尤其在远距离操作情况下视线交互的优势更加明显。在与虚拟环境的交互实验中[2],用户可以通过视线扫视和盯视及语音完成与虚拟人的交流,这一过程更加贴近于自然人的交流。整个过程中,虚拟人可以通过视线追踪技术了解用户的意图并做出相应的反应。在虚拟现实领域,增强现实系统可以根据用户当前注视状态,向用户提供相应注视方位的场景信息,或展示注视点的详细信息。这样用户可以在不同方位看到不同的场景,或者获取关注点的信息,达到身临其境的沉浸效果。在机器人上安装主动视线追踪设备,可以方便机器人捕捉操作者所感兴趣的事物,之后执行一系列的命令。
多通道交互是人机交互的研究热点,而视线交互技术作为一种新型的交互手段可以和其他人机交互技术相结合,形成更贴近人类自然交流的人机交互系统。实现设备的智能化,使其更好地了解用户的意图,实现与用户之间自然便捷的交流。视线追踪技术在人因分析中还有广泛的应用,如网页的可用性研究。
综上所述,视线跟踪技术的应用可以大致归纳为以下几点。
1.人机交互
(1)助老助残
将视线追踪技术与语音识别等技术综合形成多通道技术运用到一些特殊的交互设备当中,使行动不方便的老年人和残疾人可以通过视线的扫视和盯视或语音信息完成与计算机的交互。从而达到利用计算机进行信息搜索和家居环境控制的作用。
(2)公共设施中的数字信息服务
如路边的数字信息亭,它为公众提供电子地图查询和公交路线查询等服务;博物馆中的各种展示介绍;饭店中的各种服务查询等,都可以通过视线来方便地达到搜索目的。(www.daowen.com)
(3)虚拟环境中的交互
在虚拟环境中,用视线等更自然的方式实现和虚拟人或界面的交互,可以增强用户的沉浸感和舒适感。
2.疾病诊断
视线追踪技术的早期应用就是有关认知障碍疾病的诊断,通过分析受试者的眼动信息来判断是否有某些疾病的征兆。也有研究人员将视线追踪技术用于刑事测谎和甄别吸毒人员。
3.工业工程与人因分析
在汽车、飞机等交通工具中嵌入视线追踪技术,可以起到辅助驾驶、降低意外事故发生率等作用。在一些产品设计和建造过程中,可以通过视线追踪技术了解用户的动作习惯、技能特征参数,分析人在工作劳动时生理变化、能量消耗、疲劳机理和对劳动负荷的适应能力,为实现产品的高效率和人性化设计提供依据。
心理学和生理学检测是视线追踪系统最早的应用之一。早在19世纪就有人通过考察人的眼球运动来研究人的心理活动。通过分析和记录人的眼动数据,如眼动轨迹、眼跳、瞳孔大小、时间等参数,来研究人的心理活动,揭示认知加工的心理机制。例如,阅读速度与阅读质量一直是学生比较关注的学习问题,测量眼动能反映和揭示阅读的内部过程和规律。在阅读过程中,视线追踪技术可以将眼球的即时数据记录下来,反映读者真实的阅读加工过程。通过注视次数、注视频率、注视点持续时间等数据,可以判断阅读的效果和阅读过程中出现的问题。
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