Meta研究提出旋转运动补偿新方法，提升动态3D眼睛重建精度
提升动态3D眼睛重建精度
（映维网Nweon 2026年08月03日）韩国延世大学与Meta Reality Labs的研究人员合作，提出了一种针对动态3D眼睛重建的旋转运动误差补偿方法。
随着XR头显的普及，高精度的眼动追踪正变得越来越重要。传统的基于二维图像的眼动追踪方法虽然系统复杂度较低，但在稳定性、准确性和鲁棒性方面存在局限。获取眼睛的三维表面信息能够提供更丰富的几何数据，其中，相移轮廓测量法（Phase-Shifting Profilometry, PSP）因其能实现高精度、高密度的表面测量而备受关注。
然而，PSP技术需要顺序采集多幅条纹图像，如果眼睛在图像采集过程中发生旋转，就会引入运动误差。即使是微小的帧间旋转，也可能导致相机像素失配和相移变化，使重建的3D表面出现变形。传统的运动误差补偿方法，例如使用外部编码器测量位移，主要针对平移运动设计。但眼睛的运动以旋转为主，且在实际HMD环境中无法通过外部编码器直接测量，因此需要新的补偿方案。
针对这一问题，研究团队提出了一套无需外部编码器的运动补偿框架。所述方法的核心思路是从图像中估计眼睛的旋转运动，并基于此进行误差补偿。
具体而言，研究人员首先通过校准构建一个用户特定的三维眼模型，并将其置于球坐标系中。在动态测量时，通过分析连续帧间的图像信息来估计眼睛的相对旋转。随后，利用这些估计出的旋转参数，分别补偿由帧间旋转造成的相机像素坐标失配和投影条纹的相移误差。
另外，研究引入了区域优化策略。由于虹膜和巩膜（眼白）区域具有不同的几何和光学特性，统一应用相同的补偿参数可能效果不佳。因此，所述方法独立地为虹膜和巩膜区域细化补偿强度，以减少残留的伪影。
实验结果显示，在高速旋转条件下，重建眼表（尤其是虹膜区域）的变形得到了显著抑制。
研究团队进一步评估了该方法在不同帧率下的表现，并模拟了低帧率（如100 FPS和60 FPS）的场景。结果显示，在低帧率条件下，仅靠运动补偿可能会在巩膜区域引入残余的波纹状伪影。结合区域优化后，这些残留误差被有效抑制，整体重建精度得到改善。
定量评估显示，与传统三步PSP方法相比，结合运动补偿与区域优化的新框架将重建结果与静态真值之间的均方根误差（RMSE）平均降低了41.64%（从0.3660毫米降至0.2136毫米）。
另外，研究人员使用一个非球面的刚性物体进行了额外实验，以检验补偿原理的通用性。结果表明，所述方法同样能够减少该物体因旋转运动引起的重建误差，说明该补偿原理不仅限于球形眼睛的几何形状。
总的来说，这项研究为基于PSP的动态3D眼睛重建提供了一种有效补偿旋转运动误差的方案，结合区域优化策略，提高了在动态条件下的重建稳定性和精度。研究人员表示，所述方法为未来在沉浸式VR/AR环境中实现高精度眼动追踪提供了技术基础。
目前实验使用的是无角膜的假眼，以隔离旋转运动本身的影响。未来研究将考虑角膜折射、眼睑遮挡以及个体解剖差异等更复杂的因素，并计划在真实人眼上进行验证。
