万物皆可摸?「宅男梦」快实现了

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前天 12:18

暴雨中潮湿的土地、雪山峰顶冰凉的岩壁、爱慕之人像麦浪一般起伏的身体……

你可能曾把不可触摸之物在?#38498;?#20013;幻想过一万遍,但没想到这很快能成真。

霓虹国前阵子就推出了一项关于「虚拟触觉」?#30007;录?#26415;。它由日本产业技术综合研究所的研究人员中村则雄近期发明,能解决 VR 和? AR「看得见摸不着」的问题。

虚拟触觉的本质在于「欺骗」大脑。这一款小巧的手握式设备利用了这点,只要将它一端连接到手机、电脑等设备,人们握住它就能感觉到轻微振动。

▲ 虚拟触摸设备

这个轻微振动并不简单:当左右前后拉伸移动设备时,就像在拉拽皮筋或按压弹簧,它能发出特殊的振动波?#21019;?#28608;皮肤,传递信号「欺骗」大脑,然后你就能选择各式各样的触觉体验,满足一些大胆的想法。

不过记者现场的体验很简单:握住这款小型设备时,当电脑呈现出砂石或者粗糙壁纸的图案时,移动手持设备就像触摸到真实的物体。

其实,这款设备只是掀开了虚拟世界的一个小入口。

虚拟触觉的「秘密」

目前虚拟现实的样子就是:听得到、看得到,但感觉不到任何东西。

想象一下:

  • 在虚拟世界中,我们伸手想温柔抚摸的人,伸过去却只能穿过泡影;
  • 我们将一块岩石砸入海浪之中,但像搬起一块棉花一样毫无知觉;
  • 我们在高楼厦宇间飞身跳跃,但是却无比清晰地感觉到自己只是在平地奔跑……

这是一种诡异的体验,但人们很容易就沉浸在现有?#30007;?#40092;感中失去判断。

对听觉和视觉来说,每秒 24 帧的电影就能欺骗眼睛和耳朵,但是虚拟触摸很难被大脑当真。

触摸?#34892;?#25104;于一片非常复杂的细胞网络,它可以检测到不同类型的物理接触,以告诉你柜子要用多大力度打开,电梯的按钮要怎样才能启动等等,这些信息都需要基于与物品的互动,并将意?#23545;?#28304;不断综合起来流向大脑。

因此虚拟触觉就得让你的手指「接触」到物体表面,并给你足够多?#30007;?#24687;让你的大脑相信物体就在那里。

这个信息就来?#20174;?#25105;们每天与真实物体触摸交互时产生的振动。

▲ Plexus 虚拟现实手套

我们的手指可以感觉到 1000 赫兹的振动,这?#26790;?#20204;能在触摸不同虚拟物体?#22791;?#21463;到不同的?#35780;恚?#31895;糙的石头、光滑的纸张、柔软的毛衣都会产生不同的振动。

这种振动比耳朵听到的频?#23454;停?#20294;跟听到音阶中的不同声音一样,大脑也会将每种材料触摸感放到特定的频率组?#29616;校?#22240;此只要将振动频?#23454;?#28151;?#29616;?#36896;出来,就可?#20113;?#39575;大脑我们正在「触摸」这件物体。

▲ Oculus 与 Facebook 共同打造名为 HapticWave 的实验性装置,透过不同频?#25910;?#21160;让使用者手掌感受到不同「触?#23567;?/p>

英国触觉虚拟体验初创公司?Tactai?首席科学官 Kuchenbecker 还和她的团队创建了一个触摸感觉数据库,目前已收集了 100 多种感觉。

通过扫描物体,他们不到一分钟就能收集触觉的重要特征数据,并且通过专有算法,将库中的感觉分配为不同的触觉对象属性(HOP),包括表面的柔软度、?#35780;懟?#25705;擦力、?#27809;?#24863;等等,甚至基于视觉识别,他们还可以将现有视频游?#20998;?#30340;物体转换出触摸感,并从他们的数据库中找到对应的?#35780;恚?#20174;而让用户体验到真实触?#23567;?/p>

逼真?#30007;?#25311;现实?#20302;常?#24212;该包括三个本质特性:沉浸性、交互性、想象性。实现了这三点,再结合人体其余几种感官,我们就能真正达到自然、真实、无限?#30007;?#25311;体验。

▲ 一?#32622;?#20026; ?FlyJacket ?#30007;?#25311;可穿戴设备,使用者扭动身躯就能体验到?#19978;?#30340;感觉. 图片来自:EPFL LIS/YOUTUBE

现在有什么可「摸」的?

只是,目前的硬件都不足以实现全面?#30007;?#25311;感官。

但匮乏就是一?#34892;?#20026;的源动力,各大公司都在不断尝试着更多新的可能性。

现在市面上和在研?#30007;?#25311;触觉设备主要分为两类:手?#36136;?#21644;穿戴式。

手?#36136;?/strong>

上文中村则雄发明的设备就属于手?#36136;劍?#31867;?#39057;?#36824;有微软 5 月新推出的名为?TORC(Touch hard Controller)?#30007;?#22411;实体设备。

它主要通过内部触摸和力传感器来检测移动?#31895;?#30340;位置,其中有两个执行器,当?#31895;?#31227;动旋转或按压物体时,能感受?#30342;?#21160;和阻力、?#35780;?#21644;深度,以及一种独有的顺从感:当你按压对象时,对象表面确实出现了下凹感,这就是一种力的顺从?#23567;?/p>

这将赋予与目前商业 VR 或 AR 控制器完全不同的高度灵活的体验。因为这种自然的动感,能让人们无需切换模式,就能?#36153;?#34394;拟对象或者在手中揉捏它们。

例如,当你通过 TORC 抓起虚拟钥匙时,能够将钥匙插入钥匙孔并转动开门;当你抓取一个物体,但?#31895;?#38388;的力太小不足以抓握时,TORC 的传感器就能感应到并让物体掉落,当你太过激情大力?#36153;?#26576;样物体时,画面可能会提醒你,轻一点。

大部分原型设备都只能模拟出特定的?#23454;亍?#28201;度、重量等感觉,但微软一直在探索如何将现有技术应用到手?#36136;?VR 控制器上,以产生多种触觉感受。

他们开发的第一款多功能触觉控制器叫 CLAW,它有一个独特的机?#24403;郟?#33021;将模拟力反馈到用户的手掌和手指上,?#25345;?#23574;端下?#20132;?#26377;个音圈,能产生振动模仿物体表面的结构触?#23567;?/p>

而后推出的 Haptic Wheel 触觉控制器,能进一步模拟?#25345;?#23545;虚拟物体的材料和表面摩擦的触觉体验。其中的驱动转轮,能通过旋转来模拟指尖和虚拟物体表面的摩擦,当你放纸牌、按按钮、推动物品时都能有接近真实的触?#23567;?/p>

为了解放人们的双手,微软又推出了 Haptic Links,它由几种类型的连接器组成,可以动态地改变用户双手间的力量,能加强用户与虚拟世界的交互,模拟更大范围的的摩擦、粘度和肢体伸张。

这些「手?#36136;健?#34394;拟触摸设备,通常运用的是通过运动、位置和力的作用产生的感觉,而另一种为「穿戴式」设备,则是?#26790;?#24230;、摩擦和压力产生的触觉,这可能更贴近我们想象中的,《头号玩家》的感觉。

穿戴式

穿戴式的「虚拟触觉」设备大部分集中在手套上,Contact CIEPFL?HaptX?这些公司?#23478;?#32463;展现过各类方案。

Contact CI 的 VR 体感手套 Maestro,通过内置的马达刺激真实的肌腱,从而欺骗大脑产生触感;EPFL 制作出了一种轻型?#30007;?#25311;现实手套,厚度只有 2 毫米,每根手指重量不到 8 克,让人们达到更自由的触感体验;HaptX 开发了一种基于触觉的手术手套,能让外科医生进行模拟的零风险手术,这将为医疗行业的技能培训带来新的面貌。

HaptX?手套

上个月,索尼也被外媒挖出了「触觉力反馈手套」专利,人们在戴 VR 设备进入虚拟环境时戴上它,能感受到虚拟实境中的物体形状、物理?#35780;恚?#21516;样还有手到放置在虚拟对象上的压力。

而且这项技术不只用在手套上,还?#35270;?#20110;帽子、鞋子、衣裤,或者直接?#24230;?VR 头显。提供触觉的机制包括压缩气体、冷热元件、震动马达、液体、甚至相变材料。

那么我们将可以获取牵手、?#24403;А?#25277;打、射击、地震等多种体验,当你在游?#20998;兄星梗?#20320;甚至可以感受到皮肤被骤击的刺痛感,伤口处迅速缩紧,血?#36203;?#31264;地大片流出……

另外,正因虚拟触摸其中振动转换的原理,穿戴式设备还能够帮助到听障、视障人士。

神经科学家大卫?伊格曼(David Eagleman)开发了一种带有 32 个振动电机的背心 VEST,它曾在《西部世界》出现过,人们用它来判断正在接近的敌人。因为其中的声音和视觉?#30007;?#24687;流都能转化为皮肤上的振动,因此听障人士和视障人士都能借此更好地理解世界。

Eagleman 说道

当视障人士第一次佩戴有 VEST 技术的腕带时,他们可以立即分辨出狗吠和婴儿哭泣之间的区别,烟雾探测器、路上的警?#23721;?#21450;汽车经过的警报的区别。这是大脑?#35270;?#26032;的感官输入源能力的有力证明。

▲《西部世界?#20998;?#30340;背心. 图片来自:HBO

为了实现整个身体的触感,英国开发团队 Tesla Studios 还推出过世上首款虚拟现实全身触控体验套件,能让人全面感受虚拟世界的物体大小、形状、重量、?#35780;懟?#28201;度。

这款名为?Teslasuit?在今年的 CES 上正式亮相,包括一?#23376;?#22841;克和裤子组成的智能纺织两件式紧身连衣裤,就像第二层皮肤一样贴在身体上。

它的触觉技术?#24066;?#20256;输触摸,也就是能基于微?#22270;?#31639;机控?#39057;?#24494;小电脉冲,将感觉从虚拟世界传到人体,触达肌肉和神经末梢,让身体更加敏感和活跃,从而进入一种更深入逼真的高频体验。

因为它能以高精度和频率跟踪整个身体运动,未来 Teslasuit 将被用于 VR 培训以及游戏、娱?#24103;?#20581;身、医疗保健等生活的各个方面,单从?#26143;?#19978;来看,你就可以随时来场虚拟约会,牵牵小手交个朋友,异地?#30331;?#20387;也不用柏拉图恋爱了,你还可以触摸到逝去的亲人的脸庞……

虽然目前消费级?#30007;?#25311;触觉产品还未普及,现在一套虚拟设备的价格依然不菲,但将触觉带给 VR,对于建立拟真度更高?#30007;?#25311;世界是不可或缺的。

在神经工程、材料科学的进一步推进,以及 AI、VR、AR 发展越来越快的趋势下,虚拟触觉对我们来说越来越重要,这一天也离我们越来越近了。

王小波 1996 年发布了一篇文章《盖茨的紧身衣》,预言 20 年后我们用上 VR 的场景:

▲《盖茨的紧身衣?#26041;?#36873;

虽未完全实现,但也可以看出,美好的想象一直离现实并不遥远。当视觉、听觉、嗅觉、味觉、嗅觉在虚拟世界合而为一,我们或许就能拥有另一种无限接近真实?#30007;?#25311;人生。

只是需要提醒的是,无论是在「虚拟触觉」触手可及的未来,还是?#28304;?#20110;想象探索阶段的现在,一定记?#27809;?#22836;告诉自?#28023;?/p>

保?#26234;逍选?/p>

题图来自?#21495;?#32422;时报

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