虛擬實境也能有觸覺,研究人員開發出超輕量 VR 觸覺回饋裝置

作者 | 發布日期 2020 年 04 月 30 日 13:23 | 分類 VR/AR , 穿戴式裝置 Telegram share ! follow us in feedly


當今虛擬實境(Virtual Reality,VR)系統可創造沉浸式身臨其境視覺體驗,但很少能讓使用者感受到物品的觸感,特別是牆壁、設備和家具。如今卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University,CMU)開發一種新裝置,使用許多條附在手腕和手指的細鐵絲,模擬障礙物和重物的觸感。 

如當使用者的手貼近虛擬牆壁時,透過細鐵絲拉緊,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,和推動某件家具時的阻力,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實境體驗

5 月將從 CMU 大學畢業並獲得機械工程與人機互動聯合學位(Joint Degree)的 Cathy Fang 表示,這種肩扛式裝置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、家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 人機互動研究所(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,使用者對多鐵絲裝置的評估發現,比其他觸覺技術更真實。「我認為這種體驗會帶來驚喜,比如當你與欄杆互動,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)全球人機互動大會評為最佳論文,大會原定 4 月舉行,但因 COVID-19 流行取消。論文現已發表在美國計算機協會(Association for Computing Machinery)數位圖書館(Digital Library)的大會論文集。

彈簧加壓捲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回饋式觸覺,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使用者方便佩戴,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,而是採用彈簧加壓捲線器,類似鑰匙鏈或身分吊牌使用可伸縮的捲線裝置。他們增加一個棘輪機構(Ratchet Mechanism),可透過電控鎖快速鎖緊。換言之,是透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,也就是細鐵絲分別繫至每隻指尖、手掌,以及手腕,便能提供最佳體驗。在 VR 頭戴式裝置安裝可追蹤手部和手指運動的 Leap Motion 感測器,當感測到使用者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。當使用者將手縮回時,電控鎖便會鬆開。整個裝置的重量不到 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)互動的 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,「你也可以透過它在線上家具店買東西。」她補充。

(首圖來源:影片截圖)