image: The tracking of eye movement is one of the key elements of virtual and amplified reality technologies (VR/AR). A team from MSU together with a professor from RUDN University developed a mathematical model that helps accurately predict the next gaze fixation point and reduces the inaccuracy caused by blinking. The model would make VR/AR systems more realistic and sensitive to user actions. view more
Credit: RUDN University
Una de las etapas clave de las tecnologías de realidad virtual y aumentada (VR/AR) es seguir la mirada de una persona. Por tanto, científicos de la Universidad Estatal de Moscú M.V. Lomonosov y un catedrático de RUDN University han desarrollado un modelo matemático que permite predecir con mayor precisión en qué se enfocará la mirada en el próximo momento. El error de cálculo que se produce debido al parpadeo se redujo 10 veces. Esto hará que los sistemas VR/AR sean más realistas y receptivos a las acciones del usuario. Los resultados fueron publicados en SID Symposium Digest of Technical Paper.
El renderizado foveal es una de las tecnologías básicas de la realidad virtual. Este considera que la mirada de una persona se enfoca solo en la zona foveal y el resto del espacio lo ocupa la visión periférica. Los recursos informáticos se concentran en mostrar la imagen en la zona foveal mientras que el resto se muestra en menor detalle. Este enfoque permite ahorrar capacidad computacional y resuelve el problema de la disminución de capacidad de los GPU debido al aumento de la resolución de pantalla. Sin embargo, la tecnología de renderizado foveal tiene limitaciones en la precisión y la velocidad de pronóstico del siguiente punto de fijación de la mirada, porque el movimiento de la mirada es un proceso complejo y en gran parte aleatorio. Para resolver este problema, investigadores de la Universidad Estatal de Moscú M.V. Lomonosov junto con un investigador de RUDN University propusieron un método que permite calcular previamente los puntos de enfoque utilizando modelos matemáticos.
"Uno de los problemas del renderizado foveal es la predicción oportuna del siguiente punto de fijación de la mirada, porque la percepción visual es un proceso estocástico complejo. Así, nosotros proponemos un modelo matemático que predice un cambio en el punto de fijación", dijo Viktor Belyaev, Doctor en Ciencias Técnicas, catedrático del Departamento de Mecánica y Mecatrónica de RUDN University.
La predicción de este modelo matemático se basa en el estudio de los movimientos oculares rápidos y rítmicos (movimientos sacádicos). Estos movimientos acompañan el desplazamiento de la mirada de un objeto a otro y pueden dar una idea sobre el siguiente punto de fijación. Existen patrones empíricos que determinan la relación entre duración, amplitud y velocidad máxima del movimiento ocular en un movimiento sacádico. Sin embargo, para predecir el movimiento ocular usando dispositivos "eye tracker", estos modelos no son aptos debido a una insuficiente precisión. Por tanto, los investigadores no utilizaron un modelo empírico, sino uno matemático. Mediante este modelo los científicos calcularon los parámetros de los movimientos sacádicos y luego usaron estos datos para calcular la región foveal de la imagen.
El método fue comprobado en un experimento. Para esto se utilizó un casco de realidad virtual y unas gafas de realidad aumentada. El dispositivo "eye tracker" que funcionaba basándose en el modelo propuesto fue capaz de distinguir pequeños movimientos oculares en 3.4 minutos (0.05 grados) y el error fue de 6.7 minutos (0.11 grados). Además, los científicos lograron resolver el error de cálculo que se produce debido al parpadeo. Con la ayuda de un "filtro" integrado en el modelo, este error se redujo 10 veces. Estos resultados se pueden utilizar para la simulación de la realidad en videojuegos, en medicina durante operaciones y diagnóstico de problemas de visión.
"Hemos resuelto el problema de la técnica de renderizado foveal en la producción masiva de sistemas de realidad virtual. Ahora estamos planeando calibrar el dispositivo "eye tracker" para reducir el efecto de los movimientos de la pantalla fijada en la cabeza o del casco en relación con la cabeza", expresó Viktor Belyaev, Doctor en Ciencias Técnicas, catedrático del Departamento de Mecánica y Mecatrónica de RUDN University.
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Journal
SID Symposium Digest of Technical Papers