Yeni 3D Teknoloji ile Göz Takibi Devrimi

Yeni 3D Teknoloji, Gelecek Nesil Göz Takibi İçin Yol Açıyor

Göz Takibinde Yeni Bir Çağ

Göz takibi, sanal gerçeklik (VR) ve artırılmış gerçeklik (AR) kulaklıklarında kritik bir rol oynuyor ve eğlence sektörü, bilimsel araştırmalar, tıp, davranış bilimleri, otomotiv sürüş destek sistemleri ve endüstriyel mühendislik gibi alanlarda önemli bir teknoloji olarak öne çıkıyor. Ancak insan gözünün hareketlerini yüksek doğrulukla izlemek zorlu bir görev. Arizona Üniversitesi Wyant Optik Bilimler Fakültesi’nden araştırmacılar, bu zorluğu aşmak için yenilikçi bir yaklaşım geliştirdi. Nature Communications dergisinde yayımlanan çalışmaları (DOI: 10.1038/s41467-025-56801-1), deflektometri adı verilen güçlü bir 3D görüntüleme tekniğini gelişmiş hesaplama yöntemleriyle birleştirerek göz takibi teknolojisinde çığır açma potansiyeline sahip.

Çalışmanın baş araştırmacısı ve optik bilimler doçenti Florian Willomitzer, “Mevcut göz takibi yöntemleri, göz küresinin yön bilgisini yalnızca birkaç seyrek yüzey noktasından, en fazla bir düzine kadar, elde edebiliyor. Deflektometri temelli yöntemimizle ise tek bir anlık kamera görüntüsünden 40.000’den fazla yüzey noktasından bilgi alabiliyoruz; teorik olarak bu sayı milyonlara ulaşabilir,” diyor.

Daha Fazla Veri, Daha Yüksek Doğruluk

Çalışmanın ilk yazarı ve Willomitzer’in laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı Jiazhang Wang, “Daha fazla veri noktası, bakış yönü tahmininin doğruluğunu önemli ölçüde artırabilecek daha fazla bilgi sağlıyor. Bu, örneğin sanal gerçeklikte yeni nesil uygulamaları mümkün kılmak için kritik. Yöntemimizin, geleneksel yaklaşımlara kıyasla elde edilen veri noktalarını 3.000 kattan fazla artırabileceğini gösterdik,” diye ekliyor.

Deflektometri, yansıtıcı yüzeylerin çok yüksek doğrulukla ölçülmesini sağlayan bir 3D görüntüleme tekniği. Genellikle büyük teleskop aynalarını veya yüksek performanslı optikleri ince kusurlar açısından taramak için kullanılıyor. Arizona Üniversitesi Hesaplamalı 3D Görüntüleme ve Ölçüm Laboratuvarı’nda Willomitzer’in ekibi, bu tekniği endüstriyel yüzey denetimlerinin ötesine taşıyarak, sanat eserlerinin analizi, deri lezyonlarının şeklinin ölçümü ve göz takibi gibi alanlarda uyguluyor. Willomitzer, bu araştırma yolunu “hesaplamalı deflektometri” olarak adlandırıyor ve makinelere insan algısının ötesinde “süper insan görüşü” kazandırdığını söylüyor.

Yöntemin İşleyişi

Ekip, insan katılımcılar ve gerçekçi bir yapay göz modeli üzerinde deneyler gerçekleştirdi. Katılımcıların bakış yönünü ölçen araştırmacılar, 0.46 ile 0.97 derece arasında doğruluk elde etti; yapay göz modelinde ise hata yalnızca 0.1 derece civarındaydı. Geleneksel yöntemlerin aksine, göz yüzeyinden yansımaları almak için birkaç kızılötesi ışık kaynağına dayanmak yerine, yeni yöntem bilinen yapılı ışık desenleri gösteren bir ekranı aydınlatma kaynağı olarak kullanıyor. Ekrandaki 1 milyondan fazla piksel, her biri ayrı bir ışık kaynağı gibi davranabiliyor.

Jiazhang Wang, “Gösterilen desenlerin göz yüzeyinden yansıdıkça deformasyonunu analiz ederek, hem kornea (göz bebeğini kaplayan alan) hem de sklera (göz bebeği çevresindeki beyaz alan) üzerinden doğru ve yoğun 3D yüzey verileri elde ediyoruz. Hesaplamalı rekonstrüksiyonumuz, bu yüzey verilerini gözün optik ekseni hakkındaki bilinen geometrik kısıtlamalarla birleştirerek bakış yönünü hassas bir şekilde tahmin ediyor,” diye açıklıyor.

VR ve AR ile Entegrasyon Potansiyeli

Ekip, önceki bir çalışmada bu teknolojinin VR ve AR sistemleriyle nasıl entegre olabileceğini araştırmıştı. Kulaklık çerçevesine sabit bir desen yerleştirerek veya kulaklığın görsel içeriğini (fotoğraf veya video) yansıma deseni olarak kullanarak sistem karmaşıklığını azaltmayı öneriyorlar. Gelecekte, görünür ışık yerine kızılötesi ışık kullanılarak kullanıcıları rahatsız eden desenler olmadan sistemin çalışması sağlanabilir.

Wang, “Kornea ve skleradan mümkün olduğunca fazla yön bilgisi elde etmek için, stereo-deflektometriyi yeni yüzey optimizasyon algoritmalarıyla eşleştirdik. Bu teknik, diğer bazı yöntemlerin yaptığı gibi gözün şekli veya yüzeyi hakkında güçlü varsayımlarda bulunmuyor; çünkü bu parametreler kullanıcıdan kullanıcıya değişebilir,” diyor.

Ek Faydalar ve Gelecek Uygulamalar

Yöntemin beklenmedik bir yan etkisi, gözün yoğun ve doğru bir yüzey rekonstrüksiyonunu oluşturması. Bu, gelecekte göz bozukluklarının anlık teşhisi ve düzeltilmesi için kullanılabilir. Araştırmacılar, deflektometrinin göz takibi için ilk kez kullanıldığını belirtiyor. Wang, “Erken uygulamamızın, gerçek insan gözü deneylerinde ticari sistemlerle karşılaştırılabilir veya daha iyi doğruluk gösterdiğini görmek cesaret verici,” diyor.

Teknolojinin Geleceği

Patent başvurusu yapılmış ve Tech Launch Arizona aracılığıyla ticarileştirme planları olan bu araştırma, sağlam ve doğru göz takibi için yeni bir dönemin kapısını aralıyor. Ekip, mühendislik iyileştirmeleri ve algoritma optimizasyonlarıyla sınırları zorlamayı hedefliyor. Willomitzer, “Amacımız, yapay göz deneylerinde elde edilen 0.1 derecelik doğruluk seviyesine yaklaşmak. Yeni yöntemimizin, nörobilim araştırmaları ve psikoloji gibi alanlarda yeni nesil göz takibi teknolojilerini mümkün kılacağını umuyoruz,” diyor.

Çalışmanın ortak yazarları arasında, projenin başlangıç noktası olan Northwestern Üniversitesi’nden Oliver Cossairt ile eski öğrenciler Tianfu Wang ve Bingjie Xu yer alıyor.

Yayın Tarihi ve Kaynak:

• Tarih: 1 Nisan 2025
• Kaynak: Arizona Üniversitesi
• Referans: Wang, J., Wang, T., Xu, B., Cossairt, O., & Willomitzer, F. (2025). Accurate eye tracking from dense 3D surface reconstructions using single-shot deflectometry. Nature Communications, 16(1). DOI: 10.1038/s41467-025-56801-1