Я думаю, что наиболее распространенный способ заключается в освещении объекта точечным источником света и использовании яркого зеркального блика на роговице для определения положения глазного яблока.Тогда расположение зрачка относительно выделения подскажет вам направление.Чтобы упростить обработку изображений, вы используете ИК-свет и ИК-монохромную камеру.
Чтобы решить математику, попробуйте нарисовать ее в 2D с помощью круглого «глазного яблока», источника света с фиксированной точкой, который создает зеркальную подсветку в виде линиимежду светом и центром глаза пересекает круг и заштрихованную дугу, представляющую ученика.