導讀
據美國卡內基梅隆大學官網報道，該校研究人員開發出一款新裝置，採用連接在手部和手指上的許多細線，模擬障礙物和重物的觸感，從而使虛擬現實系統的用戶能夠感受到觸摸物體的感覺。
虛擬現實（Virtual Reality），是時下非常流行並已廣泛商用的一項新興技術。
(圖片來源：Chernaev/Getty)
它集計算機、電子信息、人機接口等技術於一體，利用“幻境”模仿現實。簡單說，這種“幻境”就是由計算機生成的虛擬環境，它融合了多源信息，也為我們帶來了交互式的互動體驗。
下圖所示：AxonVR 虛擬現實平臺原型，它由一個全身套裝和肢體輔助裝置組成，讓你的全身都可以與虛擬世界進行交互，享受完全、完整的沉浸感。
（圖片來源：AxonVR）
虛擬現實系統為我們帶來的這種沉浸式的交互體驗，主要表現在視覺與聽覺方面的享受。然而，科學家們正在努力使這種沉浸式體驗變得更加豐富多彩。
舉例來說，筆者介紹過一種“虛擬食物”系統，它使用電子器件模仿真實食材的味道和感覺。這種技術可以給虛擬現實系統增加味覺輸入，也可以增強現實世界的用餐體驗，特別是幫助那些飲食上受限制，或者因健康問題影響飲食能力的人。
近日，美國卡內基梅隆大學的研究人員希望使虛擬現實系統的用戶能夠感受到物體的觸覺，特別是牆壁、電器與傢俱。他們開發出一款新裝置，採用連接在手部和手指上的許多細線，模擬障礙物和重物的觸感。
（圖片來源：卡內基梅隆大學）
例如，當用戶的手貼近虛擬牆壁時，該裝置通過拉緊這些細線，模擬出觸摸牆壁的感覺。類似地，這種細線機制也會使人們感受到虛擬雕塑的輪廓，以及推動某件傢俱時的阻力，或者與虛擬角色擊掌的感覺。
模擬觸摸牆壁（圖片來源：卡內基梅隆大學）
模擬觸摸雕塑（圖片來源：卡內基梅隆大學）
模擬與虛擬角色擊掌（圖片來源：卡內基梅隆大學）
本月將從卡內基梅隆大學畢業並獲得機械工程與人機互動聯合學位的 Cathy Fang 表示，這款肩扛式裝置利用彈簧承載的細線減輕重量，消耗的電池電量更少，並能降低成本。
（圖片來源：卡內基梅隆大學）
卡內基梅隆大學人機交互研究所（HCII）助理教授 Chris Harrison 表示：“牆壁、傢俱以及虛擬角色等元素是構建沉浸式虛擬世界的關鍵，目前同一時期的虛擬現實系統只能提供讓手部有振動感的控制器。”根據論文合著者 Harrison、 Fang、機器人研究所工程師 Matthew Dworman 以及 HCII 博士研究生 Yang Zhang 的報道，用戶對這款多細線裝置評估發現，它比其他觸覺技術更加真實。
Fang 指出：“我認為這種體驗創造了驚喜，比如當你與金屬圍欄互動時，可以用手指抓住它。探索對於不規則物體例如雕塑的感覺也很有意思。”
研究團隊的論文被“CHI 2020（Conference on Human Factors in Computing Systems）”評為最佳論文，這個會議原定於4月召開，但是由於新型冠狀病毒肺炎疫情而取消。相關論文發表在美國計算機協會數字圖書館的會議論文集中。
其他研究人員也曾採用這些細線在虛擬世界中創造出觸覺反饋，但是他們通常採用馬達控制這些線。可是，卡內基梅隆大學的研究人員希望設計一個系統，不僅足夠輕，以適合用戶穿戴，而且對於用戶來說價格也很合理，所以馬達並不合適。Fang 表示：“馬達的缺點是耗電太多而且沉重。”
團隊沒有采用馬達，而是採用彈簧承載的捲線器，類似於鑰匙鏈或者識別證中的卷線裝置。他們添加了一個棘輪機構，可以通過電控鎖快速鎖緊。也就是說，是通過彈簧而不是馬達，繃緊這些細線。電控鎖耗費的電量很少，所以系統是高能效的，且可以用電池來供電。
（圖片來源：卡內基梅隆大學）
研究人員實驗了幾種不同的線和線的放置方式，最終總結出每個指尖連接一根線，手掌連接一根線，手腕連接一根線，將帶來最佳體驗。在虛擬現實頭戴式裝置上安裝一個追蹤手部和手指運動的 Leap Motion 傳感器，當感知到用戶的手正在靠近虛擬牆壁或者其他障礙物時，棘輪會按照適合那些虛擬物體的順序齧合。當用戶將手收回時，電控鎖便會鬆開。
整個裝置的重量不到10盎司。研究人員估計，量產版本的成本將低於50美元。
（圖片來源：卡內基梅隆大學）
Fang 表示，這款系統將適合涉及與物理障礙或者物體互動的虛擬現實遊戲和體驗，例如迷宮，也可用於訪問虛擬博物館。特別是在無法實地參觀零售店的特殊時期，她補充道：“你也可以通過它在線上傢俱店買東西。”
（圖片來源：卡內基梅隆大學）
（圖片來源：卡內基梅隆大學）
關鍵字
人機交互、遊戲、虛擬現實
參考資料
【1】https://www.cs.cmu.edu/news/new-device-simulates-feel-walls-solid-objects-virtual-reality
