虛擬現實也能有觸覺,研究人員開發出超輕量VR觸覺反饋設備
當今虛擬現實(Virtual Reality,VR)系統可創造沉浸式身臨其境視覺體驗,但很少能讓用戶感受到物品的觸感,特別是牆壁、設備和傢具。如今卡內基梅隆大學(Carnegie Mellon University,CMU)開發一種新設備,使用許多樣附在手腕和手指的細鐵絲,模擬障礙物和重物的觸感。
如當用戶的手貼近虛擬牆壁時,通過細鐵絲拉緊,可模擬觸碰牆壁的感覺。類似情形,細鐵絲機制使人們感覺到虛擬雕像的輪廓,和推動某件傢具時的阻力,甚至提供和虛擬角色擊掌的感覺。
看得到也摸得到更沉浸的虛擬現實體驗
5月將從CMU大學畢業並獲得機械工程與人機交互聯合學位(Joint Degree)的Cathy Fang表示,這種肩扛式設備利用彈簧加壓的細鐵絲減輕重量、消耗更少電量,並保持較低成本。
「牆壁、傢具和虛擬角色等元素是打造沉浸式虛擬世界的關鍵,然而當代VR系統只能提供讓手有震動感覺的控制器。」CMU人機交互研究所(Human -Computer Interaction Institute,HCII)助理教授Chris Harrison表示。共同作者之一的Harrison、Fang、機器人技術研究所工程師Matthew Dworman和HCII博士生Yang Zhang論文指出,用戶對多鐵絲設備的評估發現,比其他觸覺技術更真實。「我認為這種體驗會帶來驚喜,比如當你與欄杆交互,可感受到手指握住欄杆時的握感。」Fang指出:「探索像是雕像之類不規則物體的感覺也很有趣。」
團隊的研究論文被CHI 2020(Conference on Human Factors in Computing Systems)全球人機交互大會評為最佳論文,大會原定4月舉行,但因COVID-19流行取消。論文現已發布在美國計算機協會(Association for Computing Machinery)數字圖書館(Digital Library)的大會論文集。
彈簧加壓卷線器取代馬達既省電又輕量
其他研究人員也曾在虛擬世界使用細鐵絲創建反饋式觸覺,但通常使用馬達控制細鐵絲。馬達對CMU研究人員來說行不通,設想的系統不但要輕便讓用戶方便佩戴,又要讓消費者負擔得起。「馬達的一大缺點莫過於非常耗電,」Fang表示:「而且馬達很重。」
團隊沒有使用馬達,而是採用彈簧加壓卷線器,類似鑰匙鏈或身份吊牌使用可伸縮的卷線設備。他們增加一個棘輪機構(Ratchet Mechanism),可通過電控鎖快速鎖緊。換言之,是通過彈簧而不是馬達繃緊細鐵絲。電控鎖只會耗費極少量電力,所以還滿節能的,且可由電池供電。
研究人員實驗多種不同的細鐵絲和鐵絲位置,最終得出結論,也就是細鐵絲分別系至每隻指尖、手掌,以及手腕,便能提供最佳體驗。在VR頭戴式設備安裝可關注手部和手指運動的Leap Motion感測器,當感測到用戶的手貼近虛擬牆壁或其他障礙物時,棘輪就會按適合這些虛擬物體的順序嚙合。當用戶將手縮回時,電控鎖便會鬆開。整個設備的重量不到10盎司(約0.28公斤),研究人員估計,量產版價格花費不到50美元。
Fang表示,此系統將適用於涉及與實體障礙物和物體(例如迷宮)交互的VR遊戲和體驗,也可能用於參觀虛擬博物館。目前不太可能前往實體零售店的敏感時期,「你也可以通過它在線上傢具店買東西。」她補充。
(首圖來源:視頻截屏)