（映維網Nweon 2022年02月09日）國際調研機構Moor Insights & Strategy的AR/VR分析師Anshel Sag在2020年6月發布了《TOBII 基準測試驗證動态注視點渲染的益處》。所述報告主要驗證了Tobii用以測試動态注視點渲染的基本方法和數據，并說明了将Tobii Spotlight技術與英偉達可變速率色技術結合起來的益處。

盡管報告發表時市場僅有HTC VIVE Pro Eye和Pico Neo 2 Eye兩款搭載了Tobii眼動追蹤的VR頭顯設備，但随着HP Reverb G2 Omnicept Edition和Pico Neo 3 Pro Eye于2021年發售，Tobii又補充了後兩款設備的基準測試數據。

下面是報告的完整内容：

《TOBII 基準測試驗證動态注視點渲染的益處》

1. 簡介

受到企業使用案例的引領，VR市場正在湧現出一批新生态設備。這些設備搭載了眼動追蹤和注視點渲染（FR）技術，因此具有創新功能。這些技術最早于2019年年中被使用在商業化VR頭顯設備中。雖然當時這些還是相對較新的技術，但這些技術能夠顯著改進頭顯設備的性能；并能夠生成諸多精确以及可執行的信息和洞見。在眼動追蹤這個行業出現了重大的企業并購交易，這一過程整合了市場，留存了少數幾家公司。Tobii就是經曆了市場整合之後繼續留在業界的眼動追蹤獨立企業，能夠為OEM廠商提供機遇，将眼動追蹤技術集成到他們的産品當中并以此收獲眼動追蹤技術所帶來的益處。

例如，HTC的Vive Pro Eye頭盔現在能夠通過Tobii Spotlight技術以及英偉達的可變速率着色（ VRS）技術進行動态注視點渲染。這兩種技術都已經發揮了很長時間的作用了。通過利用用戶正在看向哪裡這一信息，動态注視點渲染技術将高清畫質渲染僅局限在用戶的凝視點上。固定注視點（FFR）渲染降低了對于用戶不太關注的區域進行高清畫質渲染的需求，這樣做并不會對性能産生較大影響，但是這種固定注視點渲染技術不能随着眼部的動作而進行動态變化。除了HTC的PC平台，Tobii 還與高通公司合作，将其眼動追蹤解決方案集成到高通的獨立式擴展現實（XR）平台，包括最新款的骁龍（Snapdragon） XR2參考設計當中。對于獨立式VR頭顯設備，Pico的Neo 2 Eye頭盔是搭載了Tobii眼動追蹤解決方案的第一款商業化VR頭顯設備。越來越多的擴展現實頭顯設備都集成了眼 動追蹤技術，人們現在已經開始認為眼動追蹤是頭顯設備的标配技術了，對于企業用戶來說尤其如此。

2. 基準測試的目的

注視點渲染的主要益處是降低GPU負載。為了實現這個目标，高清畫質渲染僅局限于屏幕上的一小塊區域，而其餘的區域都采用中清或低清畫質來渲染以降低成本。有了動态注視點渲染技術，高清渲染可以緊密追蹤用戶的凝視點，最大限度地提升用戶體驗的品質。為了在HTC的新型Vive Pro Eye頭盔上啟用注視點渲染技術，Tobii與英偉達聯手使用可變速率着色技術。可變速率着色技術是英偉達VRWorks的組成部分。

現在商業化的VR頭顯設備搭載注視點渲染技術以及基于注視點渲染技術的圖形顯卡，我們現在可以将注視點渲染的益處量化。Tobii進行了基準測試，以說明将Tobii Spotlight技術與英偉達可變速率色技術結合起來的益處。基準測試通過注視點渲染所帶來的工作負載改進來衡量益處。

3. 基準測試需要的組件

3.1 硬件

基準測試測量了HTC Vive Pro Eye頭盔的動态注視點渲染能力。測試使用了一台Alienware Aurora台式遊戲個人電腦，其配置如下表所示：

ALIENWARE AURORA 個人電腦硬件配置

中央處理器 CPU：英特爾 酷睿 i7 處理器 8700K圖形處理器 GPU： ASUS GeForce RTX 2070 以及 2080 Ti内存：16GB 雙通道 DDR4 工作頻率 2666MHz存儲：512GB M.2 PCIe 固态硬盤圖形顯卡模型：英偉達 RTX 技術與 Turing 架構支持的 RTX 2070 與 2080 Ti圖形顯卡，能夠支持可變速率着色（VRS）輸入／輸出設備：DP 接口

除了在個人電腦上進行測試，Tobii還在Pico Neo 2 Eye頭盔上使用Tobii開發的注視點渲染演示進行了類似測試。

PICO NEO 2 EYE 頭盔系統配置

中央處理器 CPU： 骁龍 845圖形處理器 GPU： Adreno 630内存： 4GB存儲： 128GB圖形顯卡模型： Adreno 630輸入／輸出設備：不适用

3.2 軟件

Tobii在測試中使用的軟件包括：微軟Windows 10系統結合英偉達圖形驅動器作為基礎安裝；Unreal引擎（Unreal 引擎 v4.2）作為主控引擎用以進行基準測試／演示。Unreal引擎演示是一個開源演示，這個開源演示是由Epic Games首先開發的，名字叫做Showdown; 當Unreal引擎更新了專門用于早期VR平台的新功能時，這個演示最初被用于VR的圖形演示。為了捕捉性能數據，Tobii使用了 Unreal分析器以收集有關每一幀畫面狀态的精準信息。這些信息是由GPU生成，并通過遊戲引擎傳輸到頭顯設備上的。Tobii為VR創建了自己的Unity 測試情境，可以生成重複的結果，并在不同的遊戲引擎上開展性能一緻性的驗證。SteamVR也是測試配置中的一個關鍵組成部分，因為它能使 HTC Vive Pro Eye頭顯設備與操作系統以及具有最優性能的圖形顯卡進行無縫溝通。

ALIENWARE AURORA 個人電腦軟件配置操作系統 Windows 10 v 1903圖形驅動器 英偉達(416.34)主控引擎 Unreal 引擎(4.20)；Unity 引擎(2019.2.9f1)演示：Showdown (開源演示，來自 Epic Games)；Adam 内部環境 (Unity)GPU分析器： Unreal 分析器；Unity 分析器HTC Vive Pro Eye 頭盔驅動：SteamVR (1.6.10)

4. 配置/安裝

測試中使用的HTC Vive Pro Eye頭盔，是通過USB以及DP接入到英偉達RTX2070 GPU 或者 RTX2080 Ti；通過運行時（runtime）連接到頭顯設備上的傳感器，運行演示并啟用眼動追蹤。Tobii還将一個監測器與Alienware Aurora内部的RTX2070或者RTX2080 Ti進行連接；監測器掃描演示／基準測試以複制一個普通用戶的安裝并實時顯示演示的運行。然而，由于沒有進行任何3D渲染，連接一台監測器并不會對整體性能造成實際影響。

該測試要求進行三次不同的運行，每一次運行都會帶來不同的着色密度：首次運行沒有啟用可變速率着色的基線情境（即完全渲染）；第二次則使用了可變速率着色靜态注視點渲 染（FFR）；第三次使用了Tobii Spotlight技術驅動的可變速率着色動态注視點渲染（DFR）。如果沒有啟用可變速率着色，結果就是100%的着色密度；使用可變速率着色靜态注視點渲染的的結果是41.25%的着色密度；使用了Tobii技術的動态注視點渲染結果是16%的着色密度。

為了模拟更大量複雜的内容，測試對Showdown演示中的一些場景進行了修改，包括加入了額外的光并且提高了畫質分辨率。測試時啟用了基于物理的渲染，紋理尺寸的範圍是從1024到4096。Tobii也在SteamVR中啟用了超級采樣（super sampling），允許更高清畫質的測試以對圖形進行更有效的強調。對于RTX2070以及RTX2080Ti，也都采用了上述這種配置。

對于獨立式平台，Tobii在對Pico Neo 2 Eye頭盔進行測試的時候使用了Adreno注視點 渲染。Adreno 注視點渲染利用了Tobii Spotlight技術來追蹤用戶的眼部運動，僅對用戶 正在注視的區域進行高質渲染。Adreno注視點渲染是高通公司Snapdragon SoC GPU的功能，與英偉達具有可變速率着色功能的GPU類似。雖然在硬件上啟用了這些功能，開發者仍然需要修改應用以利用這些功能。

5. 基準測試流程

在将HTC Vive Pro Eye頭盔接入系統之後（假定其安裝正确），必須打開Unreal引擎分析器以捕捉幀率和幀數。測試者需要将VR頭顯設備放置在一個靜态的表面，并在基準測試的過程中不得有任何移動。這會生成一個穩定且可重複的基準數據，而去除潛在的變數。Tobii在各種不同的頭部位置都進行了這個基準測試，以去除某一個頭部位置可能會對測試結果帶來的任何偏見，因為不同的位置可能會引發細節變化。另外，因為并沒有用戶戴着VR頭顯設備用他們的凝視來指明注視點區域，眼動追蹤會将中央位置作為默認的注視點位置，在顯示區域的中心部分進行注視點渲染。然而，Tobii 同樣也對十位不同的用戶進行了測試，這十位用戶戴着VR頭顯設備來驗證這些結果。雖然在真人身上進行基準測試會使測試環境不是非常一緻，但這也對上述結果提供了對現實世界的重要驗證。

Unreal引擎Showdown演示是按照一個預設路徑來運行的，以保證在每一次測試中，同樣的效果、動畫都會在一模一樣的時刻出現，這樣就不太需要為任何潛在的遊戲或者應用程序來生成一個腳本化路徑。Tobii基準測試捕捉了Unreal引擎分析器的數據：幀數與幀率以及GPU着色負載，這些數據都是CSV格式。在運行基線情境的基準測試時，測試者沒有啟用英偉達的可變速率着色功能，所測試出的性能表現并沒有注視點渲染或者可變速率着色。在測試者設定了這個基線情境之後，他們啟用了英偉達可變速率着色功能來進行基準測試的運行。這個測試得出的性能表現具有靜态注視點渲染效果，測試性能得到了改進；雖然沒有進行眼動追蹤，但是擁有注視點渲染的效果提升。

一旦測試者建立了這兩種性能表現水平，第三次、也就是最後一次基準測試時他們啟用了Tobii Spotlight技術以及可變速率着色功能，使得測試結果能夠獲取動态注視點渲染的性能表現信息。然後測試者将第三次測試的結果與基線結果相比較；基線結果也就是最差的性能表現水平。他們能夠在運行基準測試的同時從Unreal引擎分析器獲取GPU渲染負 載，而測試者也能使用分析器測算出來的渲染負載信息很輕易地将所獲取的數據進行比較。

測試者使用了一系列Unity遊戲資源商店中的樣本來建立 Unity 演示，這些樣本包括 Unity 為一個航空器裡的機器人所創建的Adam演示，用以描繪一個非常高質量的機器人3D模 型。Unity 演示同樣也使用了英偉達的可變速率着色技術，這與 Unreal 引擎演示所采用的方法是一樣的。另外，Tobii使用SteamVR ，用更高清的分辨率運行了所有以上三種基準 測試，通過超級采樣來模拟更高清的VR頭顯設備（範圍從 1x 到 3x 的自身分辨率）。

6. 基準測試結果

為了觀察着色負載的改進，每個情境的負載都與基線情境的負載進行了比較。基于Tobii的基準測試及其結果，着色負載有了大幅降低。當測試者将動态注視點渲染的結果與沒有啟用可變速率着色的情境進行比較時，降幅達到57%。這種大幅降低是在平均着色率為16%時所獲得的（而在沒有啟用可變速率着色時的基線情境中，平均着色率為100%）。Moor Insights & Strategy在基準測試的過程中親眼見證了這些結果，我們也審核了支持上述結論的相關數據。

這些結果說明：制造商可以通過在他們的頭顯設備上安裝Tobii Spotlight技術。并在使用應用程序的時候啟用英偉達可變速率着色技術或者Adreno注視點渲染技術，從而大幅降低GPU負載。這樣的負載降低能夠帶來激動人心的諸多可能性：例如在不那麼強大的GPU系統上運行頭顯設備；無須使用更加強大的GPU系統的情況下在頭顯設備上啟用更高分辨率；解鎖其它諸如光線追蹤（ray tracing）的功能，這種功能可以渲染寫實的高質量圖形。

對于獨立式VR頭顯設備，例如Pico Neo 2 Eye頭盔，注視點渲染可以使得設備在一個可靠的幀率水平為用戶提供更加一緻性的體驗，而降低對場景複雜程度的依賴。因為獨立式VR頭顯設備性能強大，并且對性能表現較為敏感，所以如果有一項技術能夠使幀率提高 并保持穩定一緻，那就是一個令人可喜的進步。使用Tobii Spotlight技術的注視點渲染功 能，如果在移動平台上得到啟用，這将會給用戶體驗帶來更多的益處。基于注視點渲染來對一個設備的性能表現以及電池壽命進行調整，這種能力将使OEM廠商制造出更舒适以 及更有價格競争力的VR頭顯設備。

例如，注視點渲染能夠改進VR遊戲以及企業應用的質量，而不會影響其性能表現。同樣， 這也能夠幫助更低價格的頭顯設備在運行遊戲或者應用時，表現出與沒有啟用注視點渲染功能的更高性能頭顯設備相類似的質量水平。有了這個能力，一些OEM廠商在市場上就能夠更具競争力。在虛拟現實這個市場上，分辨率是一個很受歡迎的功能，但如果沒有眼動追蹤這一功能，高清分辨率通常也被認為會拉低性能表現。

值得一提的是，由于驗證報告發布時市場僅有HTC Vive Pro Eye和Pico Neo 2 Eye兩款搭載Tobii Eye Tracking的頭顯設備，而HP Reverb G2 Omnicept Edition和Pico Neo 3 Pro Eye則于2021年相繼發布，所以Tobii依照報告所驗證的基準測試方法，在産品發布之初測試了其動态注視點渲染效果，以下為相關測試數據：

注：

Pico Neo 3 Pro Eye 數據：基于 Qualcomm 的 Adreno foveation 在 Spot’s Apartment 中進行的基準測試數據。

HP Reverb G2 Omnicept Edition數據：基于 NVIDIA VRS 在 Showdown VR中進行的基準測試數據。

FPS提高幅度：在運行相同預設和場景複雜度時，動态注視點渲染相較于沒有注視點渲染情況下的計算幀率增加。

GPU 着色負載降低：在運行相同的預設和場景複雜度時，計算得出的 GPU 基礎通道着色負載相較于沒有注視點渲染情況下的減少量。

功耗節省：在運行相同的場景複雜度和最大 FPS 的情況下，計算出電池功耗相較于沒有注視點渲染情況下的減少量。

7. 評估

在我們看來，在個人電腦以及獨立式VR頭顯設備上測試Tobii Spotlight技術，對于現有發展階段的注視點渲染是一個很好的基準測試。完全能夠量化動态注視點渲染為GPU節約了多少渲染負載。我們認為該測試使用了标準的、業界認可的軟件、硬件以及方法來準确比較了啟用動态注視點渲染的VR頭顯設備和沒有搭載動态注視點渲染的VR頭顯設備。現有可用的硬件和軟件有限，因此完整安裝測試僅限于少數配置。我們認為Tobii在測試這些可能性方面表現優異。

Tobii對于Unity引擎以及Unreal引擎的測試可以很好地幫助開發者理解這個事實：不論使用哪一種引擎都會獲得益處；幾乎任何VR應用都能夠從動态注視點渲染這一技術中獲得顯著的益處。同樣，這個基準測試也很好地顯示出Tobii公司是啟用并量化動态注視點渲染功能的領軍者，給業界提供了一個良好的起點，并以此為基礎進一步優化。Tobii在虛拟現實/增強現實這個行業的領導者地位是非常重要的，因為我們需要可量化的方式來衡量VR頭顯設備在啟用了注視點渲染功能時的表現。

Tobii對于不啟用可變速率着色、使用靜态注視點渲染以及使用動态注視點渲染的測試是一個很好的選擇和做法，因為這樣的測試為我們提供了最佳情境、最差情境以及中等情境。我們認為Tobii使用 HTC的Vive Pro Eye頭盔以及Pico Neo 2 Eye頭盔這樣的設備也是很好的決定，因為這兩個設備的分辨率以及内置的Tobii Spotlight技術。另外，不讓用戶戴着VR頭顯設備來運行測試也是很明智的決定，這可以将可能發生的變數最小化，因為人類頭部的運動是很難被控制的。我們認為Tobii的測試流程很深入全面，并且其測試結果能夠被輕易重複，這一點非常重要。在對Tobii Spotlight這樣的技術進行重要評估時， 結果的可重複性極為關鍵。

Tobii同樣也進行了真人用戶測試，以觀測當用戶戴着VR頭顯設備時，測試結果是否還能重現。絕大多數情況下，結果是可複制的。真人用戶測試的主要問題是：人們會在進行 基準測試的過程中，在這一次和下一次測試時看向不同的東西。這就潛在地影響了到底哪些畫面得到了渲染，進而影響到可以達到什麼樣的幀率。話雖如此，在一個基準測試中， 能夠讓一位真人用戶戴着VR頭顯設備來進行測試，這已經是絕大程度地接近了真實世界的效果。

8. VR行業成果

Tobii Spotlight技術基準應當成為虛拟現實行業的一個标準，因為眼動追蹤越來越成為擴展現實頭顯設備的标配功能，而用戶對此的期待也是與日劇增。Tobii的基準使得VR頭顯設備的OEM廠商能夠理解這一點：将基于Tobii Spotlight技術的動态注視點渲染功能集成到他們的産品中具有可量化的價值。這個基準測試使得Tobii成為增強現實/虛拟現實（AR/VR）行業的思想領袖；該測試也為行業改進的方向設定了一個标準，并能夠提供更好的用戶體驗并生産更好的設備。

個人電腦以及獨立式VR OEM廠商能夠從這項基準測試的結果中受益良多，因為具備動态注視點渲染功能的VR頭顯設備可以呈現一系列高低不同的性能表現水平，而非隻能發揮最優性能。現在這一點還是大家都在讨論的問題。OEM廠商如果打算使用Tobii Spotlight技術，也可以在生産他們的下一代VR頭顯設備時，做出相應的設計、性能以及成本相關決策，考慮應當采購什麼組件。另外，幀率得到提高；GPU渲染負載得到節省， 開發者也能加入先進的圖形功能或者利用更高的分辨率紋理改進圖像質量。

上述這些優勢僅僅是通過動态注視點渲染技術節約GPU圖形渲染負載後所得到的一部分益處。我們也認為眼動追蹤能夠為用戶體驗、用戶界面以及其它分析數據提供可衡量的好 處，而這些都是企業賴以取得成功的因素。對于消費者個人用戶以及企業用戶來說，這能夠使他們負擔得起高質量頭顯設備；高端頭顯設備也可以繼續提升像素密度，而不會對系統性能表現産生顯著影響。

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