文章来源于互联网:2022全球领先VR触觉技术创新:(1)气动触觉

维克多专栏

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VR 交互不使用传统的物理输入技术,如键盘、鼠标、手柄或触摸屏等,而是通过触觉技术,使用户完成输入,以达到在虚拟空间交互中,能够再现触觉感受。

据国际著名技术研究与咨询公司Technavio 分析,预计 2021 年到 2025 年间,VR触觉技术市场增长将超158.4亿美元,年复合增长率高达15.96%。

图:Technavio的分析报告

近年来,在全球崭露头角的一些最具创新性的VR 触觉技术,将会塑造行业的未来。

首先,介绍英国格拉斯哥大学新近研发完成的气动触觉技术。

几个月前,格拉斯哥大学的一个科研团队――可弯曲电子和传感技术(BEST)研究小组,公布了一项VR触觉技术创新成果。他们开发出一种可触摸的新型全息投影装置,比传统的VR/AR系统更加轻便,如拍击虚拟篮球时,不需要穿戴手套或其他手持设备,就能产生触及真球的感觉。

图:气动触觉全息技术示意图

去年9月1号,这个研究团队在人工智能旗舰期刊Advanced Intelligent Systems上,发表论文《交互式体积显示中带气动触觉反馈的伪全息图》(Pseudo-Hologram with Aerohaptic Feedbackfor Interactive Volumetric Displays),向外界详细披露了这项科研成果。

图:论文《交互式体积显示中带气动触觉反馈的伪全息图》

论文通讯作者是格拉斯哥大学电子与纳米工程教授拉文德・达希亚(Ravinder Dahiya),他是可弯曲电子和传感技术(BEST)研究小组的负责人。该研究项目得到了英国工程和物理科学研究委员会(EPSRC)的资助。

图:拉文德・达希亚教授

论文介绍了这种名为“气动触觉”(Aerohaptic)的新技术。该项技术由伪全息显示、手势识别模块和触觉反馈设备三个模块构成。这些模块被连接到主计算机,并通过基于Unity平台的内部构建程序进行控制。操作时,研究人员在手部标志模式下,能够感受到算法提供的气动触觉反馈。其基于3D虚拟成像的拓扑,可以与用户手部运动进行交互,使人感觉像触碰到真实存在的物体。

气动触觉系统基于伪全息显示器,通过使用玻璃或镜子等工具,使二维图像看起来似乎在虚空中盘旋。达希亚教授说:“这项技术是与虚拟对象交互的新方法。”这种新方法的灵感,来自一种被称为 “Pepper's Ghost” 古老幻术。“Pepper's Ghost”起源于 19 世纪,又称作佩珀尔幻象。这是一种光学错觉技术,通常借由玻璃和特定光源,利用人眼视觉的偏差,制造出一种奇特的幻觉效果,常被用于魔术表演。还可以应用于大型博物馆中,能够有效地还原历史情景,而且费用比较低廉。

在 BEST 研究小组的实验中,气动触觉系统表现出了令人惊喜的变化。它可以和一个传感器形成完美配合,以跟踪体验者的手部运动,并通过一个可移动的空气喷嘴,将气流引导到其手掌或指尖,从而使其感到逼真的触感。在论文中,研究团队提供了一个示例,将计算机生成的篮球 3D 图像显示在空中,并借实验证明了他们是如何通过改变气流的方向和力量,来创造一种真实的篮球的弹跳感。

图:气动触觉技术下拍击虚拟篮球

气动触觉系统,用比VR、AR 更轻便的虚拟交互方式,将传统 2D 图形在虚空中显示为具有真实物理尺寸的 3D 虚拟对象,这极有可能成为下一代虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术发展的有趣方向。它不仅极大地增强了用户的沉浸式体验,也将会在机器人技术、自动驾驶和医疗康复等多个领域引起了人们的极大兴趣。

不过,要在一个完整的系统中结合众多交互体验,往往会面临技术复杂性、成本、实施和安全等方面的重大挑战。目前研究者们在这些方面已经进行了很多尝试,包括伪全息图、扫描体积、静态体积和自由空间显示等。遗憾的是,当前大多数的立体显示器仅能提供视觉体验,而无法通过触摸感受虚拟物体。尽管一些可穿戴设备宣称可触摸,但实际上它们仅限于控制正在显示的虚拟对象,并不能真实感受施加给对象的压力或触碰的温度。

近年来,触觉反馈和显示技术取得了长足的进步,人们更接近于能够令人信服地与虚拟对象进行交互。然而,当前的触觉技术通常仍然涉及可穿戴或手持设备,这会增加成本和复杂性,并可能阻碍这项技术的广泛应用。

格拉斯哥大学的气动触觉技术恰好以相对较低的成本,创造了令人信服的物理交互感觉,最重要的是,这个技术不需要穿戴或手持设备。目前,该研究小组已经在考虑为新系统添加其他功能。例如,在气流中添加温度控制,借以加深与热或冷的物体交互时的感觉。

我们相信,气动触觉技术可以成为未来许多新应用的基础,比如为电话会议创建令人信服的真人交互式 3D 渲染,或者在虚拟空间中帮助外科医生训练如何实施棘手的手术,为运动员、驾驶员提供更为逼真的模拟训练等。随着这项技术的持续开发,我们可以期待更多惊喜出现。

       原文标题 : 2022全球领先VR触觉技术创新:(1)气动触觉