暗藏玄机？新手柄背后是索尼下一代PS VR的野心

    文/VR陀螺 来福
    2021年2月24日,索尼确认了正在研发下一代PS VR。消息称,将进行手柄的改进,其中包含“DualSense无线手柄中的关键功能”。
    
    图源:PlayStation Blog
    而DualSense作为PlayStation 5的一大亮点,必然在触感反馈和控制上极大提升了主机游戏的体验。那么它的这些功能又会如何影响VR,其中又有哪些功能暗藏了索尼对下一代PS VR的思考和设计呢? 如果你了解游戏主机的历史,那么你一定知道,索尼在1997年初代PlayStation上加入了首个触觉手柄——DualShack(初代手柄)。从那时起到现在,“DualShock”手柄一直伴随着PS主机,为此很多玩家会好奇,为什么要改名为“DualSense(PS5手柄)”?
    
    图源:PlayStation Blog
    事实上,DualSense不仅是名称更改,而是的的确确的手柄技术质的飞跃。除了可以说是索尼迄今为止最符合人体工程学的手柄之外,DualSense的一大亮点就是触觉与运动跟踪——也就是我们期待在未来的VR设备中看到的技术。
    比如说,玩家需要在《Astro’s Playroom》的‘Cooling Springs’这关里长时间的转动手柄,《Astro’s Playroom》出自VR游戏《太空机器人:救援任务》同一工作室之手,目的就是为了说明DualSense的强大能力。 
    手柄反馈,不仅仅是振动 
    虽说DualShock 4经历了近4年的统治,但新推出的DualSense配备双LRA,在技术方面可以说是“Next Level”级别的表现。
    LRA,全称Linear Resonant Actuators,也就是线性谐振传动器。通过交流电压驱动音圈,音圈的振动通过弹簧得到增强,从而让用户感受到力的震动。而传统的ERM(Eccentric Rotating Mass)电机,简单直白的说,它是通过内部运动时产生的净离心力带来的重复位移所产生的振动,让我们感受到振动效果的。
    
    图源:precisionmicrodrives
    LRA相比于ERM有3个明显优势。首先,LRA由交流电驱动,通过建模,可以独立修改振动频率和振幅,让振动效果更加丰富、范围更广;其次,LRA的振动频率范围比较窄,同等幅度下消耗更少,节省因为振动带来的电量消耗;此外,LRA的起动时间约为10ms,相比于ERM更少。
    体现在实际游戏中,就是在《Astro’s Playroom》中游泳时,LRA会带来波形、柔软水流的颠簸感,而如果利用ERM,玩家得到的反馈简单来说就是诺基亚手机中的嗡嗡振动。除此之外,在扬声器上的高频微振动也增加了游戏中某些场景的表现力,比如小步轻踩金属或玻璃时“叮叮当当“的声音,或者树叶沙沙作响的声音。
    虽然用文字难以形容,但玩家通常在使用DualSense后会立即察觉到这种变化。
    除了在DualSense中,我们所熟知的利用LRA的电子产品最具代表性的就是iPhone 6,此前的iPhone 4则使用的是ERM。此外,在VR领域中,一些触觉反馈手套也是采用LRA。
    在日本一研究触觉手套的团队在研究中提到,46%的日常生活离不开指尖触觉反馈,这也说明了如果要提升VR沉浸感,触觉反馈必不可少。
    该公司通过其在Oculus Rift、Leap Motion等各个环境下发现,ERM的起动延迟会让玩家瞬间出戏,比较单一的重复运动方式也会让所谓“触觉”成为摆设,所以选择低延迟、高敏感度的LRA作为传动器成为必选项。
    荷兰的创业企业Manus VR于2020年年中推出的新产品Manus Prime II Haptic,专门为运动捕捉、教育、原型设计、虚拟培训、游戏等VR应用领域设计。Prime II Haptic在每根手指上都配备了LRA,Manus方面表示,他们提供的可编程的LRA模块能够提供感受纹理、按下按钮等细腻的触觉反馈操作。值得注意的是,这款手套是专为VR领域定制,与其他触觉反馈手套区别就是有没有搭载LRA模块。
    
    图源:Manus官网
    这也从另一个角度说明LRA在模拟细腻触感,提升VR沉浸感方面的重要作用。DualSense选择了LRA,表面上看是丰富了主机玩家使用手柄操作时的沉浸感,但如果提到其技术将用于VR,那么新一代PS VR极有可能会沿用DualSense或开发以LRA作为传动器的新型PS VR手柄,从而在触觉角度为玩家带来更沉浸的体验。
    带来更真实操作体验的自适应扳机
    DualSense为人津津乐道的另外一个亮点就是两个提供动态阻尼的自适应扳机。 通过调整阻力,可以模拟更多更复杂的感觉。不仅仅是在“拉”的时候阻力更大,还有可能在尽力拉到某个点时“突然放开”,让玩家“用力”的感觉充分体现在手柄的反馈上。反之亦然,很顺利的拉开时,会突然变得需要很用力才能拉开,就好像中途碰到了什么东西挡住了,或者提供了阻力。 
    比如在FPS游戏中,子弹用光的时候,扳机扣动会变得很难——这就直观的告诉玩家,这时候扣动扳机是无效操作,替代了用文字/数字形式显示弹药数量。 但与LRA不同的时,自适应扳机的效果是在玩家用力时提供的助力或阻力,而不是以第三方介入的形式提供的主动反馈。
    根据VR陀螺对2020年Steam VR游戏年度榜单的分析,无论是从开发者视角还是玩家视角,FPS游戏仍以13款占据VR游戏受欢迎程度的前三。可以判断,如果说有DualSense有一项技术能够更直接的提升VR玩家的游戏体验,那么自适应扳机必不可少。
    实际上,除了《Astro’s Playroom》之外,一些第三方游戏已经添加了针对自适应扳机的优化。比如PS5版本的《堡垒之夜》中,玩家使用不同的武器会有不同的真实手感。而在《死亡循环》中,子弹卡壳后扳机键会被禁用。
    就像《半条命:Alyx》中的可操作性为所有VR玩家带来的惊喜一样,对于工业程度极高的游戏来说,细节是体现自身风格和可游戏性的重要元素。VR由于目前仍受限于外部硬件条件,无法完成这些细节的设计,导致游戏迟迟无法进步。如果下一代PS VR中添加了自适应扳机,那么一些弓箭、开枪后坐力、换弹操作的元素就有了硬件技术支撑,可以说能够给VR游戏带来一次根本的改变。
    高精度、低误差的IMU 
    作为VR玩家,我们当然更关注DualSense的另一新增特点,3DOF跟踪。虽然DualSense只有3DOF,但是或许由于DualSense内部的IMU精度极高,所以即便在没有任何外部参考的情况下,它也几乎没有发生定位不准、漂移的情况。
    比如开头提到的在《Astro’s Playroom》的‘Cooling Springs’这关里,玩家可以通过翻转操作来检查所发现的物体。
    经过测试,无论玩家多么剧烈的晃动、扭转手柄,同时在没有外部摄像头的辅助定位的情况下,手柄也不会丢失,甚至前后位置都没有发生变化。这就表明在DualSense内部的IMU晃动和噪音都较小。
    
    ?图源:roadtovr
    在PS VR中,是通过外部体感摄像头,拍摄PS Move手柄和PS VR头显所发射出的、不同颜色的可见光来进行定位的。所以,手柄或头显出现了遮挡、自然光过强、出摄像头范围、目标过多等问题,就会立刻影响定位。在这方面PS VR表现属实谈不上优秀。
    如今的6DOF在精度和体验上都已经远远超过了PS VR,而一个比较容易被忽略的事实是,整个VR跟踪定位系统、包括6DOF在内,受到IMU的帮助都很大。相比于外部定位的更新频率(比如双目摄像头),IMU的更新频率要更高,而且精度高、误差小。 在MWC 2021上海展中,韩国厂商发布的FinchRing指环套装就采用了IMU解决方案,而在苹果VR手套的解决方案专利中也显示其采用了IMU方案。
    至于将DualSense的IMU方案应用在下一代PS VR是否可能,可以从两个角度考虑:一方面IMU在VR中应用已经被广泛的用来追踪用户的头部运动,但由于PS VR发布时间较早,尚未搭载这套方案,而在下一代很大概率会使用;而另一方面,就目前DualSense搭载的IMU表现出的精度,索尼也不会甘心只用在DualSense这一款硬件上。 
    新手柄背后是索尼下一代PS VR的野心 
    从技术上看,下一代PS VR在触觉反馈、手柄体验和传感器三个方面会有很大的提升,而这些进步也印证了下一代 PS VR是一体机的传言。
    除了基于现有的技术猜测之外,索尼早前的动态也可以发现一些蛛丝马迹。早在2019年,索尼就发布了一款与无线相关的专利,结合目前索尼的技术发展来看,推出这款无线头显已经是或迟或早的事情。
    
    图源:泡泡网
    另一方面,2020年底,索尼公布的专利里显示其下一代PS VR头显会配有多个传感器,其中包括触觉传感器,结合目前的技术,该传感器很可能就是已经用在DualSense上的LRA。而该专利中所描述的能够提醒用户是否正确佩戴的传感器也很可能是上文提到的IMU方案。
    商业的角度也有一些可靠的证据支持对下一代PS VR的猜测。对于一家销量领先的企业来说,产线的工业化程度决定了它的产量,也就是它在市场上的底气。而工业化程度可以通过各种方式得到提升,比如模块化。
    简单来说,模块化就像是高中写论文套模板,总分总的格式下,哪里引用名人名言、哪里举出实例,老师们都会一一讲解。 对于生产硬件设备也是一样。而模块化是需要设计和产线进行长时间的修改和磨合,再为其专门开模、设计生产线等等。
    通过国外一些博主拆机和反馈来看,整个DualSense的可维修度非常高,这就意味着,DualSense在硬件方面模块化程度很高,也就是说DualSense的零件和技术势必不会仅仅只用在一个硬件上,否则索尼不会花大力气开模、设计并建立生产线。 显然,索尼方面也同样认为,DualSense无论是技术、价格还是标准化程度,都表现得足够令人满意。 
    总结 
    总得来说,从技术角度,索尼在DualSense手柄上展示出的触觉反馈技术、定位技术、精细的扳机自适应程度,都能够直接提升VR游戏的沉浸感,提供给玩家更丰富的游戏体验,同时扩充开发者在开发时的想象空间,比如加入更多有趣的操作、更细节的游戏内容等等。
    而从专利和动态方面,我们也能窥见下一代PS VR所具有的无线形态和基本功能。显然,目前DualSense的亮点技术也符合日前索尼下一代PS VR将包含“ DualSense无线手柄中的关键功能”的说法。
    商业的角度上,DualSense所展现出来的生产水平能够显示出索尼对此有更多的设想和计划。但目前为止,这些技术将如何应用在PS VR只是我们的一些猜测,至于会不会成真,我们拭目以待。