360度旋轉的“折紙”VR你見過嗎？盤點近五年內超有趣的VR觸覺技術
智東西（公眾號：zhidxcom）
編譯 | 劉柏涵
編輯 | 程茜
智東西11月7日消息，上周，美國虛擬現實媒體Road to VR的記者Ben Lang總結了過去五年內他認為最有趣五種VR觸覺技術，包括帶有力反饋的觸覺操縱桿、VR Touch觸覺反饋系統、ThermoReal熱觸覺技術、3DHaptics控制器和HaptX Gloves觸覺手套。
這五種VR觸覺技術在不同方面取得了一定的成績：帶有力反饋的觸覺操縱桿采用折紙結構，可以360度隨意旋轉并感知物體軟硬;VR Touch觸覺反饋系統看上去只是簡單的塑料片，但它能提供抓取、觸摸和操控等多種觸覺;相比于以往的熱觸覺技術，ThermoReal熱觸覺技術能夠更快、更強的感知冷熱;3DHaptics控制器能讓用戶精準感知力的方向;HaptX Gloves觸覺手套利用微型氣動執行器陣列和機械制動器，可以為用戶提供非常真實的觸覺感受。
現在，VR控制器大多采用震動反饋，但還有許多其他的觸覺技術有待廣泛應用于VR控制器領域，它們相較于震動反饋在為用戶創造沉浸感方面更具優勢。下面就讓我們來看一下哪五種VR觸覺技術能讓Ben Lang覺得印象深刻。
一、力反饋操縱桿：可360度旋轉，感知虛擬物體軟硬
2019年的國際消費電子展會(CES)上，瑞士的VR搖桿設備研發商Foldaway Haptics展示了一種帶有力反饋的觸覺操縱桿。該款設備采用折紙狀結構，可以360度旋轉并向任何方向傾斜。它能夠像一個普通的操縱桿一樣工作，類似于人們用拇指控制無人機控制器、游戲手柄上的搖桿，更重要的是它能夠在任何方向上推拉用戶的拇指，比一般搖桿的運動幅度更大，方便了用戶的操作。
▲設備旋轉示意圖
在本次展會上，Ben Lang使用該款操縱桿和中國臺灣消費電子公司HTC的VIVE頭顯，體驗了Foldaway Haptics開發的一個小型演示游戲。在游戲中，他看到了一個高度差不多到人類腰部的微型卡通農場，還有幾只動物在農場里跑來跑去。當他伸手去抓動物時，需要按下拇指桿，將動物“抓”在他的手和拇指之間。抓住動物后，拇指桿會變得僵硬，讓人們確定他們已經抓住了一些東西。
每只動物的觸覺特性都略有不同。例如，豬會有點“軟”，它可以讓人們用拇指輕松地推動操縱桿。企鵝“更硬”，所以拇指桿會給人施加更大的阻力。
▲按壓小球示意圖
Foldaway Haptics聯合創始人Marco Salerno告訴Ben Lang，他們可以通過一些不同的設計讓操縱桿向上推動15牛頓的力，但目前只能夠推動2牛頓的力，相當于人們用手推動兩個蘋果時感受到的力量。
除了向上和向下方向的力反饋之外，操縱桿不僅可以向后推，還可以依靠人們的手指進行360度旋轉。更重要的是它能通過力反饋觸覺技術將力的方向傳遞給用戶，而其他VR頭顯操縱桿中簡單的震動觸覺無法傳遞方向信息。
二、VR Touch系統：可感知抓取和觸摸等多種觸覺
在2017年第四屆硅谷虛擬現實大會(SVVR 2017)上，法國觸覺反饋硬件開發商Go Touch VR演示了名為VR Touch的觸覺反饋系統。VR Touch由一塊裝有馬達的扁平塑料片和一個尼龍搭扣松緊帶組成，它可以通過塑料片在人們指尖頂部提供不同的力，并利用松緊帶將塑料片固定在指尖部位。
▲VR Touch裝置示意圖
現在，比較常見的VR力反饋方式是震動，非常適用于各類射擊游戲，能夠用戶提高射擊游戲的體驗感。通常來說，震動擁有很好的提醒作用，例如手機震動可以提醒用戶，但在一個虛擬世界中，人們的注意往往會被多種事物所吸引，震動不能夠給人明顯的反饋。如果用戶在進行一項精度比較高的操作時，震動有可能還會成為一種干擾。
VR世界中的很多操作很難通過震動傳達有意義的、直接的反饋，比如抓取、觸摸和操縱對象等動作，但VR Touch觸覺技術則在這些方面表現更為出色。它可以讓用戶用手指觸摸和抓取物體感受到力的壓迫，給他們一種物體直接推到他們手指上的錯覺。
此外，Go Touch的觸覺解決方案非常簡單和便宜，因為它的設計很容易與一副VR手套配對，或者作為一個單獨的模塊綁在人們的手指末端以提供觸覺感受。
三、ThermoReal技術：在虛擬世界切實感知冷熱
2017年，韓國VR體感外設制造商TEGway研發了一項名為ThermoReal的熱觸覺技術，希望探索熱觸覺技術在沉浸式游戲中的可行性。
Ben Lang說：“我嘗試過幾種不同的熱觸覺設備，但都不能真正讓我印象深刻。因為它們不會讓我感覺到特別熱或冷，再加上其需要很長時間才能激活，所以讓我很難因虛擬世界中的某件事感到冷或者熱。但在2017年Vive X Batch 2演示日中，我試用了ThermoReal熱電皮膚，這讓我第一次相信了熱觸覺技術的可行性。”
▲ThermoReal原型機
ThermoReal是一種基于塞貝克效應的熱電發電機，它的反應速度非常快，能夠立刻反應熱和冷的感覺。不僅是速度，該設備熱效應和冷效應的反應程度也很厲害，能夠讓人明顯感覺到非常熱，甚至有一種燒傷的錯覺。
▲ThermoReal反應效果測試
像ThermoReal這樣的熱電發電機很常見。TEGway發言人認為，他們設備的外形尺寸是更重要的創新。該設備采用柔性皮膚狀導體陣列，可以彎曲并纏繞在各種物體的表面，這使其非常適合集成到VR控制器、手套甚至套裝中。
到2020年，該公司已將該技術應用于手臂、手部和VR頭顯的配件中。在演示游戲中，對面的玩家向用戶投擲火球或雪球，用戶接到火球或雪球后就可以通過該款手套感受到溫度變化。如果火球或雪球擊中臉部，用戶依托前額安裝的觸覺單元，就能感覺到拋來物體的溫度。
▲2020年ThermoReal開發套件
四、3DHaptics控制器：超精準感知力的方向
2018年，日本觸覺公司MIRAISENS研發了一款名為3DHaptics的觸覺感知設備，能讓用戶用一個較小的力精準感知力的方向。對此，Ben Lang談道：“在體驗過3DHaptics控制器后，它做到了一些我以前認為不可能的事情，比如大大提高了用戶感知力的方向的準確率。”
這款不起眼的原型設備僅靠使用者的雙手支撐，用振動來產生外力，并在特定方向上推動或拉動使用者的手。它不會提供一個特別大的力量，但其力的方向非常準確。在體驗中，Ben Lang能100%猜對測試人員隨機給出的力的方向。
▲3DHaptics控制器
這個演示非常有趣的一點是3DHaptics的硬件構成十分簡單。該公司告訴Ben Lang，與現在大多數VR控制器中的觸覺引擎相同，3DHaptics控制器只包含兩個進行傳感的線性諧振執行器(LRA)，不同的是，它可以利用LRA的獨特頻率和波形讓自己能夠準確感知力的方向。為此，MIRAISENS還申請了多項專利以支撐起其底層技術。
五、HaptX Gloves：采用兩種反饋裝置，觸感極為逼真
美國VR觸感手套廠商HaptX在2017年推出了一款名為HaptX Gloves的可穿戴觸覺反饋設備。Ben Lang說：“迄今為止，如果說有一款能讓我感覺是真正在觸摸虛擬物體的設備，那必須是HaptX VR手套。”
▲HaptX Gloves示意圖
該款手套主要提供了兩種主要的反饋方式：一是壓力反饋，旨在為用戶提供更加細致觸摸感覺。為此，HaptX Gloves采用了微型氣動執行器陣列——小網格形狀的充氣氣囊，可以快速準確地充氣和放氣。當用戶在虛擬世界觸摸物體時，這些氣囊就會膨脹并按壓手掌和指尖，讓他們產生一種正在“真實”觸摸的感覺。
▲微型氣動執行器陣列
二是力反饋，它能推回或阻擋用戶的動作。為此，HaptX Gloves在每個手指上都搭載了一個機械制動器，可以防止手指進一步彎曲。舉個例子，當你抓住棒球時，你的手指會接觸到球的兩側并被球擋住。該設備就是模擬了這一點，它會阻止你的手指移動，如果你真的拿到一個實際物體，手指就會停止移動。
▲HaptX Gloves彎曲示意圖
HaptX在10月發布了其最新版本的VR觸覺手套。雖然新設備比以前更小，但仍然很笨重，這可能意味著這種技術只適用于愿意為增加沉浸感而花錢的企業用戶。
結語：VR觸覺技術讓虛擬交互愈發真實
近年來，隨著VR領域不斷受到人們的關注，VR觸覺反饋和顯示技術取得了一定的進步，讓人們可以更真實地感知在虛擬世界中的各種交互行為，提升了VR用戶的使用體驗。
VR觸覺技術可以成為未來許多新應用的基礎，比如應用于西醫或中醫的教學模擬中，幫助醫生訓練手術操作技巧或為運動員、駕駛員和士兵等人員提供更為逼真的模擬訓練等。隨著這項技術的持續開發，我們可以期待更多驚喜出現。
來源：Road to VR
來源：智東西
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