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可觸摸的全息投影!“空氣觸覺”技術(shù)讓虛擬籃球亦有真實彈跳感

   2023-08-16 7180
導讀

身臨其境的感覺總是令人向往,而虛擬與現(xiàn)實的交互,關(guān)于喜愛沉醉體驗的人們來說,更是一種極致的 “誘惑”。譬如在《星際迷航》等科幻大片中,我們經(jīng)?梢钥匆娙⑼队暗燃夹g(shù),被作為一種科幻元素出現(xiàn)在觀眾面前,從而引發(fā)無限聯(lián)想。圖 | 《星際迷航》中的三維全息投影(來源:電影截圖)現(xiàn)在,來自格拉斯哥大學的研究團隊

身臨其境的感覺總是令人向往,而虛擬與現(xiàn)實的交互,關(guān)于喜愛沉醉體驗的人們來說,更是一種極致的 “誘惑”。譬如在《星際迷航》等科幻大片中,我們經(jīng)常可以看見全息投影等技術(shù),被作為一種科幻元素出現(xiàn)在觀眾面前,從而引發(fā)無限聯(lián)想。

圖 | 《星際迷航》中的三維全息投影(來源:電影截圖)

現(xiàn)在,來自格拉斯哥大學的研究團隊開發(fā)了一種名為 Aerohaptics 的基于空氣的觸覺反應設(shè)備,可將全息投影與精確控制的空氣噴射相結(jié)合,無需特殊頭飾即可體驗真實觸感。

當用戶在僞全息顯示器內(nèi)操縱虛擬對象時,該設(shè)備會提供空中觸覺反饋,並準確地指向用戶手上的特定位置。另外,該設(shè)備還可以控制其強度以適應各種交互場景。這種能力對于未來的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)來說,無疑具備一種極爲迫切的吸引力。

圖 | 相關(guān)論文(來源:Advanced Intelligent Systems)

相關(guān)研究成果以論文的形式發(fā)表在 Advanced Intelligent Systems 上,該論文以《用于交互式體積顯示器的具有氣動觸覺反應的偽全息圖》(Pseudo-Hologram with Aerohaptic Feedback for Interactive Volumetric Displays)為標題,由格拉斯哥大學電子與納米工程傳授拉文德·達希亞(Ravinder Dahiya)擔任通訊作者。

19 世紀幻覺技術(shù)的現(xiàn)代變體

該系統(tǒng)由格拉斯哥大學的可曲折電子和傳感技術(shù)(BEST)研究小組開發(fā),達希亞傳授是 BEST 研究小組的擔負人。另外,他還擔任著印度班加羅爾印度科學研究所(IISc)的客座講席傳授。

圖 | 拉文德·達希亞(來源:格拉斯哥大學)

據(jù)了解,該系統(tǒng)基于僞全息顯示器,通過使用玻璃或鏡子等工具,使二維圖像看起來似乎在太空中盤旋。

達希亞表達,“該技術(shù)是與虛擬對象交互的新方法,也是一種高級形式的電話會議,甚至是使外科醫(yī)生能夠遠程執(zhí)行手術(shù)的基礎(chǔ)!

事實上,這是一種被稱為 “Pepper's Ghost” 古舊幻覺技術(shù)的現(xiàn)代變體。該技術(shù)最早起源于 19 世紀,又稱作佩珀爾幻象,通常借由玻璃和特定光源,在舞臺上出現(xiàn)出一種奇異的幻覺結(jié)果,往往被用于魔術(shù)表演。

值得一提的是,該技術(shù)還可以應用于大型博物館中,能夠有效地還原曆史情景,且費用相對惠而不費。

而在 BEST 研究小組的實驗中,該系統(tǒng)表現(xiàn)出了令人驚喜的變化。它可以和一個傳感器形成完美 “搭檔”,來跟蹤體驗者的手部運動,并通過一個可移動的空氣噴嘴將氣流引導到他們的手掌或指尖,從而使人感受到逼確實觸感。

動圖 | “空氣觸覺” 技術(shù)下的虛擬籃球(來源:格拉斯哥大學)

在論文中,該團隊提供了一個示例,將計算機生成的籃球 3D 圖像顯示在空中,并借實驗證明白他們是如何通過轉(zhuǎn)變氣流的方向和力量來創(chuàng)造一種真實的籃球彈跳感。

比 VR、AR 更輕便的虛擬交互

將傳統(tǒng) 2D 圖形在虛空中顯示為具有真實物理尺寸的 3D 虛擬對象,是下一代虛擬現(xiàn)實(VR)和增強現(xiàn)實(AR)系統(tǒng)的有味方法。不僅極大地增強了用戶的沉醉式體驗,也在機器人技術(shù)、自動駕駛汽車和康復等多個土地引起了極大的興致。

然而,在一個完整的系統(tǒng)中結(jié)合這些交互體驗往往會帶來技術(shù)複雜性、成本、實施和安全方面的重大挑戰(zhàn)。

科學們在此方面也進行了很多嘗試,包括僞全息圖、掃描體積、靜態(tài)體積和自由空間顯示等。

另外,也有一些商業(yè)上的努力,譬如早期的 Perspecta 顯示器(一個 10 厘米直徑的掃描體積顯示器)和 LightSpace DepthCube(一個堆疊式液晶顯示器);今天的商業(yè)示例則包括 Voxon 的掃描體積顯示器和窺鏡的光場技術(shù)。

圖 | 虛擬環(huán)境中觸覺反應方法比較(來源:Advanced Intelligent Systems)

但遺憾的是,當前大多數(shù)的立體顯示器僅提供視覺體驗,而無法通過觸摸感受虛擬物體。盡管一些可穿戴設(shè)備宣稱“可觸摸”,但它們僅限于控制正在顯示的虛擬對象,並不能感受真實對象施加的壓力或溫度。

“近年來,觸覺反應和顯示技術(shù)取得了長足的前進,使我們更靠近于能夠令人相信地與虛擬對象進行交互。然而,今天的觸覺技術(shù)通常仍然涉及可穿戴或手持外圍設(shè)備,這會增加成本和龐大性,并也許阻礙該技術(shù)的廣泛采用! 達希亞傳授表達。

圖 | 觸覺全息技術(shù)示貪圖(來源:格拉斯哥大學)

而 BEST 的新系統(tǒng)恰恰以相對較低的成本創(chuàng)造了令人相信的物理交互感覺,最重要的是,該系統(tǒng)并不需要穿戴或手持外圍設(shè)備。另外,研究小組差不多在考慮為新系統(tǒng)添加分外的功能。例如,在氣流中添加溫度控制,借以加深與熱或冷物體交互的感覺。

“我們相信,氣動觸覺技術(shù)可以成為未來許多新應用的基礎(chǔ),譬如為電話會議創(chuàng)建令人相信的真人交互式 3D 渲染,或者在虛擬空間中幫助外科醫(yī)生訓練如何履行辣手的手術(shù)! 達希亞說道。

該研究獲得了英國工程和物理科學研究委員會(EPSRC)的資助,達希亞表達,“隨著該系統(tǒng)的持續(xù)開發(fā),我們在線期待著探索更多的也許性。”



 
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