Практика: как Haptic Technologies принесет прикосновение к виртуальной реальности

Реклама

Почти все впечатляющий Почему технология виртуальной реальности поразит вас за 5 летБудущее виртуальной реальности включает в себя отслеживание головы, глаз и выражений, симуляцию прикосновения и многое другое. Эти удивительные технологии будут доступны вам через 5 лет или меньше. Прочитайте больше Работа VR, проделанная до настоящего времени, была сосредоточена только на двух чувствах: вашем зрении и слухе. Это отличное начало, и оно позволит много мощный опыт VR собирается изменить кинопроизводство навсегда: вот какВиртуальная реальность - это новый способ общения с вашим зрителем, и многие люди, имеющие опыт традиционного кинопроизводства, находят эти возможности захватывающими. Прочитайте больше , 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. Существуют ряд периферийных устройств Следующий шаг в погружении в виртуальную реальность - Razer Hydra & The OmniТеперь, когда Oculus Rift находится в руках разработчиков и энтузиастов (прочитайте мой обширный обзор Oculus Rift), работа над потребительской версией идет полным ходом. Новые игры разрабатываются, существуют ... Прочитайте больше которые существуют, чтобы помочь иммерсивному погружению, но ни один из доступных сейчас не дает 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 потребовались исследователи и инженеры. 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 прикосновения 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, таких как грохоты 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 почувствовать небольшой всплеск при прикосновении к объекту или элементу пользовательского интерфейса и более сильный импульс при их активации (аналогично принудительной обратной связи на современных экранах смартфонов).

Этот вид обратной связи также может быть использован 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 судим о легком, безболезненном давлении по степени скольжения нашей кожи (то, что вы можете легко проверить, осторожно коснувшись пятна на вашей коже и сдвинув Палец.

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 простом вибрационном воздействии. двигатель.

В настоящее время наиболее продвинутой реализацией этой технологии является контроллер Tactical Haptics, который подключается к системе управления движением STEM и обеспечивает грубая обратная связь по давлению в ответ на виртуальные взаимодействия, такие как отдача оружия, перемещение палочки по материалу и раскачивание виртуального веса вокруг виртуального цепь.

Результаты удивительно убедительны для простоты механизма. Легко представить себе создание перчатки, которая обеспечивает такую ​​обратную связь с большей точностью, позволяя виртуально объекты имеют плотность, если не твердость: объекты могут чувствовать себя тяжело, они просто не смогут остановить движение рука пользователя.

Это серьезное улучшение, хотя оно имеет много тех же ограничений, что и простая грохот обмануть чувство осязания, но оно не может обмануть проприоцепцию (интуитивное ощущение того, где находятся ваши конечности и как они перемещение). Даже если кожа пользователя говорит ему, что он натолкнулся на 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 предметы, чтобы создать более убедительную иллюзию прочности. Это означает, что вам нужно приложить силу 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 (позволяя пользователю схватить и почувствовать прочность виртуальных объектов, это выглядит примерно так).

Вроде страшно, правда? Ну, есть много вещей, которые перчатки еще не могут 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 ему, 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 касаясь твердого объекта, затем физически (и плавно) переместите якорь, чтобы противостоять движению, и верните руку 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.

Самая близкая эта технология к внедрению на потребительском уровне - это устройства, такие как Прикоснись к чему-то, чего нет - хаптическая технология [MakeUseOf Explains]Хаптика - это технология прикосновения. В контексте виртуальной среды это означало бы возможность прикоснуться и почувствовать то, чего буквально нет, но это, безусловно, не единственное его использование. От... Прочитайте больше Новинт Сокол. «Сокол» не является устройством виртуальной реальности как таковым, учитывая, что его рабочее пространство представляет собой сферу размером всего в несколько дюймов - это сказал, что он обеспечивает высокую точность, трехосную обратную связь по усилию, и является единственным устройством в потребительской ценовой категории, которое 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 могут быть упрощены и дешевле благодаря использованию электроактивных полимеров - искусственных «мышц» изготовлены из пластмасс, которые сжимаются 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 сеток для создания плотных интерференционные картины в воздухе, которые регистрируются кожей как сплошные, и могут обеспечить фактическое 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 громкоговорителей, а также их количеством: возможность покрытия большой пространственной области не обязательно является практической.

Что еще более важно, есть существенная «утечка» - акустическая энергия образует непреднамеренные узлы и полуузлы в пространстве, где создаются преднамеренные узоры (то, что вы можете увидеть в нефть). Давление, создаваемое этой системой, очень слабое: попытки масштабировать их до объемов, которые могут оказывать фунтов давления на ваше тело потребует огромного количества энергии и может быть физически опасным для пользователи.

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 нецелесообразно достичь с помощью костюма или роботизированной арматуры. Потенциально, ученые могли бы сделать все это, не требуя громоздких роботизированных костюмов или фазированных акустических сеток.

На этом фронте уже проделана определенная работа в области протезирования конечностей в перерезанные нервы, чтобы отправить сигналы от датчиков в протезе, чтобы создать синтетическое чувство трогают.

Стимуляция мозга может обеспечить аналогичную обратную связь. Основная проблема с такими технологиями заключается в том, что им требуется достаточно инвазивная операция, 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 практичными 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 nanotechnolog Как нанотехнология меняет будущее медициныПотенциал для нанотехнологий является беспрецедентным. Истинные универсальные ассемблеры откроют глубокий сдвиг в состоянии человека. Конечно, предстоит еще долгий путь. Прочитайте больше у к оптогенетика Контроль мозга с помощью света: это возможно с помощью оптогенетикиВсего за последние несколько лет появляется новая методика, называемая «оптогенетика», которая может помочь ученым разгадать секреты мозга (и вылечить его расстройства) совершенно новым способом. Прочитайте больше , но 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, будь то с точки зрения качества ощущений, которые 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 рады за тактильные интерфейсы VR? Есть ли какой-нибудь захватывающий продукт или технология, о которых мы здесь не говорили? Дайте нам знать об этом в комментариях!

Кредиты изображений: Ручная ловля Via Shutterstock