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06.2018

微軟公開四個VR觸覺研究 讓你像《頭號玩家》一樣觸摸VR世界

數碼科技(手機)  
標籤: VR 

斯皮爾伯格的《頭號玩家》熱映,劇中,男主能通過觸感手套、X1體感套裝真切地與虛擬世界互動。電影之外,如何在虛擬現實中獲得觸感,如何更自然地交互是目前的研究者最關切的問題。最近,微軟研究團隊公開了四個最新的虛擬現實研究成果:CLAW、Haptic Wheel、Haptic Links、Canetroller,它們能夠更好地幫助用戶 “觸摸” 到虛擬場景中的物體,盡情感受虛擬世界的奇妙。

 雖然 VR 和 360 vr 在過去 30 年裏取得了巨大的進步——已經能夠爲用戶提供夢幻般的視覺和 3D 音頻世界,但當我們伸出手去觸摸那些虛擬物體時,幻想就會瞬時破滅,用戶觸摸到的只有空氣。

  虛擬觸覺難以實現有很多原因。看過電影的人都明白,眼睛和耳朵可以被每秒 24 幀的電影欺騙,但是觸覺卻很不同,它要更複雜。實現虛擬觸感的一部分挑戰來源于硬件。在實驗室中,設計一個適合個人用戶穿戴的手持式設備往往很困難,目前許多原型設備僅僅能夠模擬特定的感覺,例如質地、溫度或重量,這種設備往往缺乏吸引力。而更加複雜的機械技術則可能導致設備太昂貴,太大或太脆弱而無法出現在消費市場。

 微軟研究團隊一直在探索如何利用現有技術在手持式 VR 控制器上模擬産生多種觸覺感受,使用戶能夠觸摸和抓住虛擬物體,感受指尖在物體表面的滑動。他們的夢想是讓用戶能與虛擬數字世界進行更自然、更多元的交互。

  CLAW 是微軟研究團隊開發的第一款新型多功能觸覺控制器,通過使用單個電機,CLAW 將 VR 控制器的概念擴展至一款多功能觸覺反饋工具。CLAW 有一個獨特的機械臂,當用戶手握手柄、手指轉動時(如下圖),這個機械臂能夠模擬力反饋。

(左)CLAW 的配置和組件;(右)CLAW 模擬用戶抓取物體並觸摸虛擬物體表面

  作爲一個多功能控制器,CLAW 包含普通 VR 控制器的所有功能(拇指按鈕和操縱杆、6DOF(Degree of Freedom)控制、食指觸發器),以及爲最常見的手部交互時啓用的各種觸覺渲染:抓取物體,觸摸虛擬表面,以及接收力反饋。

  CLAW 的獨特之處還在于它能夠通過感知用戶的抓握情況和虛擬情境環境之間的差異來調整觸覺渲染。當用戶嘗試握住虛擬物體時(如下圖),該裝置會在食指和拇指之間産生阻力,模擬出物體被握住的感覺。嵌在食指支架中的力傳感器通過改變電機的反饋讓用戶 “感受” 物體的不同材料。 

  如果用戶握住手柄並做出指向手勢(如下圖),那麽 CLAW 會提供觸摸感覺。手指尖朝向虛擬物體表面移動時,CLAW 會産生阻力,將手指推回並阻止手指穿透虛擬表面。此外,當食指沿著虛擬表面滑動時,安裝在食指尖端下方的音圈會産生小振動來模仿物體的表面結構觸感。

  感知用戶施加的力量也可以幫助用戶與虛擬物體進行交互。例如在虛擬繪畫程序中,程序可以通過感知用戶的手的力度來調整畫筆的力度。

Haptic Wheel

  爲了進一步模擬食指對虛擬物體的材料和表面摩擦的觸覺體驗,微軟還開發了另一種新的觸覺控制器——Haptic Wheel。Haptic Wheel 使用的驅動轉輪通過上下移動來模擬手指與虛擬物體表面的觸碰,並且通過旋轉來模擬用戶沿著虛擬表面滑動時産生的剪應力(she360 vr forces)和滑動感。

  當用戶觸摸虛擬物體表面時,轉輪會上升並接觸到指尖,然後開始旋轉來模擬指尖與虛擬物體表面的摩擦。

  圖 2:(左)當用戶將手指懸停在轉輪的藍色區域表面上方時,渲染引擎將合適的轉輪表面移到手指下方;(中)當用戶在虛擬環境中接近黑色區域邊緣時,渲染引擎會轉動轉輪以使跟黑色邊緣一樣的材質接近手指;(右)在手指懸停在較小的黑色表面上時,渲染引擎會調整轉輪的增益,以便正確模擬出手指接觸兩個邊緣的感覺。

  該設備的轉輪是可替換的,可以包含各種物理觸覺元素,以便在用戶探索虛擬環境時爲用戶提供不同的感受。當用戶探索虛擬環境時,渲染引擎會根據環境爲手指傳遞適當的觸覺感受。例如,在虛擬紙牌遊戲中,當用戶觸摸卡片、撲克籌碼或桌子時,該裝置就會旋轉轉輪以在指尖下面呈現適當的紋理感受。當用戶沿著表面滑動時,轉輪會在手指下面旋轉以産生剪應力和滑動感。

在不同虛擬環境中,Haptic Wheel 定制的包含不同觸覺感受的轉輪

Haptic Links

  在觸覺探索中,另一個難以解決的問題是如何模擬在 VR 或 360 vr 應用程序中使用雙手的情況。 比如說雙手拿著一個盒子感覺它的大小,或者使用雙手在弓箭上感受到那種拉力。

模擬用戶在虛擬環境中雙手使用的工具

  Haptic Links 由幾種類型的連接器組成,這些連接

更多資訊請瀏覽:http://radiance.com.hk/

發表於2018.6.08
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