Почти все впечатляющие Работа VR, проделанная до настоящего времени, была сосредоточена только на двух чувствах: вашем зрении и слухе. Это отличное начало, и оно даст много полезных впечатлений. , но оно неполное. Чтобы полностью погрузить пользователей в интерактивную среду виртуальной реальности, необходимо создать периферийные устройства, которые полностью задействуют ваше чувство осязания.
К сожалению, осязание обмануть гораздо сложнее, чем зрение. В области зрения все, что нужно сделать аппаратному обеспечению, — это сигналы прерывания, идущие в глаза. Кожа, напротив, покрывает около двух квадратных метров вашего тела и формулирует сложные двусторонние взаимодействия с миром.
Это орган, который пытается обмануть тактильная технология, и это сложно. Существует ряд периферийных устройств которые существуют для того, чтобы помочь им погрузиться в процесс погружения, но ни одна из доступных сейчас не предоставляет действительно убедительных тактильных ощущений.
Проблема усугубляется тем, что стимуляция кожи не имеет долгой истории исследований, которые делают оптические дисплеи. Первое использование сканирующего дисплея для воссоздания изображения было в 1907 году, и исследователям и инженерам потребовалось почти целое столетие, чтобы сделать дисплеи маленькими и достаточно точными, чтобы обеспечить хороший опыт виртуальной реальности. Эквивалентное путешествие для прикосновения только начинается.
В этой статье мы собираемся исследовать некоторые технологии в разработке сегодня, которые могут предоставить некоторое чувство осязания пользователям VR. Я оценил технологии по качеству опыта, который они потенциально могут предоставить, и по количеству работы, необходимой для их коммерциализации.
громыхание
Один простой способ обеспечить элементарную обратную связь по силе — это использование простых вибрирующих двигателей, подобных тем, которые можно найти в грохотах современных контроллеров видеоигр. Они приобретают новое измерение в виртуальной реальности, поскольку они могут связывать конкретные вибрирующие частоты и интенсивности с границами виртуальных объектов.
Пользователи могут чувствовать небольшой всплеск, когда они касаются объекта или элемента пользовательского интерфейса, и более сильный импульс, когда они активируют его (аналогично принудительной обратной связи на современных экранах смартфонов).
Такого рода обратная связь также может быть использована для передачи текстуры поверхностей. С блоком обратной связи по силе на каждом пальце, как в случае с Glove1, эта технология может быть полезна для навигации по виртуальным интерфейсам с закрытыми глазами. Тем не менее, эта технология обеспечивает очень спартанский, функциональный подход к прикосновению, и никогда не будет в значительной степени создателем погружения.
Skin Shear Haptics
Технология сдвига кожи основана на удивительном факте о нашем чувстве осязания, которое заключается в том, что мы в первую очередь определяем легкое безболезненное давление по степени скольжения нашей кожи (то, что вы можете легко проверить, осторожно коснувшись пятна на вашей коже и скользит пальцем.
По мере растягивания кожи ощущение давления усиливается. Это удобно, потому что сдвиг кожи — это то, что легко воспроизвести механически, и может создать иллюзию постоянного давления, что невозможно при использовании простого вибрирующего мотора.
На данный момент наиболее продвинутой реализацией этой технологии является контроллер Tactical Haptics, который подключается к системе управления движением STEM и обеспечивает грубую обратную связь по давлению в ответ на виртуальные взаимодействия, такие как отдача пистолета, перемещение палочки через материал и размах виртуального веса. вокруг на виртуальной цепочке.
Результаты удивительно убедительны для простоты механизма. Легко представить себе создание перчатки, которая обеспечивает такую обратную связь с большей точностью, позволяя виртуальным объектам иметь плотность, если не твердость: объекты могут чувствовать себя тяжело, они просто не смогут остановить движение руки пользователя.
Это серьезное улучшение, хотя оно имеет много тех же ограничений, что и простой грохот — технология чистой кожи может обмануть чувство осязания, но не может обмануть проприоцепцию (интуитивное ощущение того, где находятся ваши конечности и как они движутся) ). Даже если кожа пользователя говорит ему, что он ударил что-то твердое, его мышцы знают, что его рука плавно движется по нему.
Роботизированная арматура
Это та часть, где все начинает становиться немного странным. Допустим, технология должна быть в состоянии остановить пользователей от того, что они проталкивают руки сквозь объекты, чтобы создать более убедительную иллюзию прочности. Это означает, что вам нужно приложить усилие к конечности из какой-то внешней системы отсчета.
Самый простой способ добиться этого — использовать робототехнику, которая прикрепляется либо к вашему телу, либо к земле, предотвращая его движение за пределы виртуальной геометрии.
Всего лишь за руку (позволяющую пользователю схватить и почувствовать прочность виртуальных объектов, это выглядит примерно так).
Вроде страшно, правда? Ну, есть много вещей, которые перчатка все еще не может сделать. Что, если объект, к которому вы прикасаетесь, тяжелый? Что, если это нечто твердое, например стена, которое должно противостоять движениям плеч и локтей, а также запястья и пальцев? Ну, тогда вам нужно что-то вроде этого:
Веб-сайт Cyberglove не показывает цену устройства в приведенном выше видео, но другие системы, подобные этому, стоят сотни тысяч долларов. Одна из причин этого заключается в том, что только несколько промышленных и военных организаций на самом деле покупают эти устройства (и в очень небольшом количестве), что повышает цену.
Другая часть заключается в том, что это действительно впечатляющие единицы оборудования на техническом уровне. Подумайте, что необходимо для обеспечения убедительной тактильной обратной связи при прикосновении к твердому объекту. Если пользователь кладет руку на виртуальную стену и толкает, система должна обнаружить движение, проконсультироваться с симулятором, чтобы определить, что они касаются твердого объекта, а затем физически (и плавно) переместить якорь, чтобы противостоять движению, и вернуть рука пользователя в исходное положение.
Все это должно быть выполнено до того, как мозг сможет определить, что движение началось. Это огромная техническая задача, и даже самое лучшее оборудование сегодня не вполне справляется с этой задачей.
Другое ограничение здесь, помимо проблем снижения производственных затрат до приемлемого уровня, связано с удобством технологии. Буквально связывая себя в сложную и мощную механическую арматуру, есть существенные психологические барьеры, связанные с этим. Сомнительно, будут ли пользователи готовы мириться с подобными неудобствами на регулярной основе, даже если технология достаточно сложна, чтобы обеспечить хороший опыт.
Наиболее близка эта технология к внедрению на потребительском уровне в виде таких устройств, как Новинт Сокол. Сокол не является устройством виртуальной реальности как таковым, учитывая, что его рабочее пространство представляет собой сферу всего в нескольких дюймах в поперечнике — при этом он обеспечивает высокую точность, трехосную обратную связь по усилию и является единственным устройством с точки зрения потребительской цены. это делает так.
Novint некоторое время работает над основанным на руке экзоскелетом под названием Xio, хотя этот проект, похоже, пока находится в подвешенном состоянии из-за финансовых проблем компании.
Потенциально эти виды арматуры можно было бы сделать проще и дешевле за счет использования электроактивных полимеров — искусственных «мышц», изготовленных из пластмасс, которые сокращаются в ответ на электрический ток и, как правило, дешевле и компактнее, чем эквивалентные линейные двигатели.
Акустическая обратная связь
Абсолютно независимый подход к проблеме заключается в использовании фазированных ультразвуковых решеток для создания плотных интерференционных картин в воздухе, которые регистрируются кожей как сплошные, и могут обеспечить реальное сопротивление. Эта технология может использоваться для проецирования виртуальных трехмерных объектов в воздух, к которому могут прикоснуться пользователи, при этом узлы пересекающихся волн давления создают подлинную силу на руках пользователя.
На первый взгляд может показаться, что это волшебная пуля для тактильной обратной связи VR. К сожалению, есть некоторые ограничения. Разрешение ограничивается частотной характеристикой динамиков, а также их количеством: возможность охвата большой пространственной области не обязательно является практической.
Что еще более важно, есть существенная «утечка» — акустическая энергия образует непреднамеренные узлы и полуузлы в пространстве, вокруг которого создаются преднамеренные структуры (что-то, что вы можете увидеть в масле). Давление, создаваемое этой системой, очень слабое: попытка увеличить его до объемов, которые могут оказать несколько фунтов давления на ваше тело, потребует огромного количества энергии и может быть физически опасной для пользователей.
Стимуляция нерва
Наконец, мы собираемся воспользоваться моментом, чтобы коснуться более спекулятивной технологии. Один из способов (некоторые утверждают, что это самый лучший способ) задействовать чувство осязания — это напрямую стимулировать нервы в руках, позвоночнике или мозге пользователя. Делая это, можно обмануть прикосновение, проприоцепцию, целых девять ярдов — включая такие ощущения, как температура, которых было бы непрактично достигать с помощью костюма или роботизированной арматуры. Потенциально, ученые могут сделать все это, не требуя громоздких костюмов роботов или фазированных акустических сеток.
На этом фронте уже проделана определенная работа в области протезов конечностей, непосредственно врезавшихся в отрубленные нервы для отправки сигналов от датчиков в протезе, чтобы создать синтетическое чувство осязания.
Стимуляция мозга может обеспечить аналогичную обратную связь. Основная проблема с такими технологиями заключается в том, что им требуется достаточно инвазивная хирургия, чтобы иметь возможность установить нервные интерфейсы — операция, которая неприемлемо опасна для здоровых людей. Они также довольно грубые и грубые, с точки зрения точности обратной связи.
Для того, чтобы они были практичны в качестве тактильной парадигмы интерфейса, вам действительно нужно иметь возможность получить разрешение интерфейса электрода намного более точно и уменьшить инвазивность процедуры. Здесь есть несколько подходов, начиная от нанотехнологий. о optogenetics , но, кажется, можно с уверенностью сказать, что крупные прорывы маловероятны в ближайшие несколько лет.
Будущее прикосновения
Для виртуальной реальности еще рано, и пока еще нет широкого потребительского спроса на тактильные интерфейсы, но он будет. Огромная золотая лихорадка инноваций в виртуальной реальности только начинается, и мы, вероятно, увидим, что все эти методы будут значительно улучшены в ближайшие годы.
Тем не менее, ни одна из современных технологий не кажется идеальной. Все они имеют, по крайней мере, один серьезный недостаток, с точки зрения качества ощущения, которое они могут обеспечить, или препятствий для их использования. Вполне возможно, что окончательное «идеальное» решение для ввода VR еще не было изобретено. Если это так, я с нетерпением жду, что разработчики придумают дальше.
Вы взволнованы для тактильных интерфейсов VR? Есть ли захватывающий продукт или технология, о которых мы здесь не говорили? Дайте нам знать об этом в комментариях!
Кредиты изображений: Ручной захват через Shutterstock