2022全球领先VR触觉技术创新：(1)气动触觉

    
    维克多专栏
    
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    VR 交互不使用传统的物理输入技术，如键盘、鼠标、手柄或触摸屏等，而是通过触觉技术，使用户完成输入，以达到在虚拟空间交互中，能够再现触觉感受。
    据国际著名技术研究与咨询公司Technavio 分析，预计 2021 年到 2025 年间，VR触觉技术市场增长将超158．4亿美元，年复合增长率高达15．96％。
    
    图：Technavio的分析报告
    近年来，在全球崭露头角的一些最具创新性的VR 触觉技术，将会塑造行业的未来。
    首先，介绍英国格拉斯哥大学新近研发完成的气动触觉技术。
    几个月前，格拉斯哥大学的一个科研团队——可弯曲电子和传感技术（BEST）研究小组，公布了一项VR触觉技术创新成果。他们开发出一种可触摸的新型全息投影装置，比传统的VR／AR系统更加轻便，如拍击虚拟篮球时，不需要穿戴手套或其他手持设备，就能产生触及真球的感觉。
    
    图：气动触觉全息技术示意图
    去年9月1号，这个研究团队在人工智能旗舰期刊Advanced Intelligent Systems上，发表论文《交互式体积显示中带气动触觉反馈的伪全息图》（Pseudo－Hologram with Aerohaptic Feedbackfor Interactive Volumetric Displays），向外界详细披露了这项科研成果。
    
    图：论文《交互式体积显示中带气动触觉反馈的伪全息图》
    论文通讯作者是格拉斯哥大学电子与纳米工程教授拉文德·达希亚（Ravinder Dahiya），他是可弯曲电子和传感技术（BEST）研究小组的负责人。该研究项目得到了英国工程和物理科学研究委员会（EPSRC）的资助。
    
    图：拉文德·达希亚教授
    论文介绍了这种名为“气动触觉”（Aerohaptic）的新技术。该项技术由伪全息显示、手势识别模块和触觉反馈设备三个模块构成。这些模块被连接到主计算机，并通过基于Unity平台的内部构建程序进行控制。操作时，研究人员在手部标志模式下，能够感受到算法提供的气动触觉反馈。其基于3D虚拟成像的拓扑，可以与用户手部运动进行交互，使人感觉像触碰到真实存在的物体。
    气动触觉系统基于伪全息显示器，通过使用玻璃或镜子等工具，使二维图像看起来似乎在虚空中盘旋。达希亚教授说：“这项技术是与虚拟对象交互的新方法。”这种新方法的灵感，来自一种被称为 “Pepper＇s Ghost” 古老幻术。“Pepper＇s Ghost”起源于 19 世纪，又称作佩珀尔幻象。这是一种光学错觉技术，通常借由玻璃和特定光源，利用人眼视觉的偏差，制造出一种奇特的幻觉效果，常被用于魔术表演。还可以应用于大型博物馆中，能够有效地还原历史情景，而且费用比较低廉。
    在 BEST 研究小组的实验中，气动触觉系统表现出了令人惊喜的变化。它可以和一个传感器形成完美配合，以跟踪体验者的手部运动，并通过一个可移动的空气喷嘴，将气流引导到其手掌或指尖，从而使其感到逼真的触感。在论文中，研究团队提供了一个示例，将计算机生成的篮球 3D 图像显示在空中，并借实验证明了他们是如何通过改变气流的方向和力量，来创造一种真实的篮球的弹跳感。
    
    图：气动触觉技术下拍击虚拟篮球
    气动触觉系统，用比VR、AR 更轻便的虚拟交互方式，将传统 2D 图形在虚空中显示为具有真实物理尺寸的 3D 虚拟对象，这极有可能成为下一代虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术发展的有趣方向。它不仅极大地增强了用户的沉浸式体验，也将会在机器人技术、自动驾驶和医疗康复等多个领域引起了人们的极大兴趣。
    不过，要在一个完整的系统中结合众多交互体验，往往会面临技术复杂性、成本、实施和安全等方面的重大挑战。目前研究者们在这些方面已经进行了很多尝试，包括伪全息图、扫描体积、静态体积和自由空间显示等。遗憾的是，当前大多数的立体显示器仅能提供视觉体验，而无法通过触摸感受虚拟物体。尽管一些可穿戴设备宣称可触摸，但实际上它们仅限于控制正在显示的虚拟对象，并不能真实感受施加给对象的压力或触碰的温度。
    近年来，触觉反馈和显示技术取得了长足的进步，人们更接近于能够令人信服地与虚拟对象进行交互。然而，当前的触觉技术通常仍然涉及可穿戴或手持设备，这会增加成本和复杂性，并可能阻碍这项技术的广泛应用。
    格拉斯哥大学的气动触觉技术恰好以相对较低的成本，创造了令人信服的物理交互感觉，最重要的是，这个技术不需要穿戴或手持设备。目前，该研究小组已经在考虑为新系统添加其他功能。例如，在气流中添加温度控制，借以加深与热或冷的物体交互时的感觉。
    我们相信，气动触觉技术可以成为未来许多新应用的基础，比如为电话会议创建令人信服的真人交互式 3D 渲染，或者在虚拟空间中帮助外科医生训练如何实施棘手的手术，为运动员、驾驶员提供更为逼真的模拟训练等。随着这项技术的持续开发，我们可以期待更多惊喜出现。