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迪士尼開發新觸覺設備 虛擬現實世界更進一步

更新時間 :2015-05-21    瀏覽次數:81次

      近日,迪士尼宣布其開發出新的觸覺設備,能讓玩家離虛擬世界更近一些。

  雖然Wii和Kinect這樣的體感游戲設備正在把越來越多的游戲玩家從沙發上拉起來,但卻依然無法讓人體會到游戲人物的感覺。這對于一直追求更加真實的體驗的用戶來說遠遠不夠。最近迪士尼公司開發出的一種技術原型,也許會讓游戲更像另一個真實世界。

  身臨其境,是虛擬現實技術的終極目標,也是對游戲娛樂的最高要求。我們早已能夠通過環繞立體聲音響設備實現聽覺的身臨其境,基于3D眼鏡的立體顯示技術也能夠讓人們感受到相當程度的視覺真實,甚至連嗅覺的仿真也可以在一些特殊設備的幫助下得以滿足,但是觸覺一直都是一大難題。

  這主要是因為,我們的觸覺是由整個皮膚表面提供的,平均每平方厘米的皮膚上都擁有10個到30個觸覺感受器,并不像聽覺或者知覺那樣有位置集中的感受器官,這就意味著要讓人們在虛擬世界中全方位感受真實,需要擁有能夠刺激所有觸覺感受器的設備。在1995年出版的那本《未來之路》里,比爾·蓋茨曾經提出過這一問題的解決方案:一件密布著觸覺發生器的緊身衣。這也許是觸覺真實的終極解決方案,但是這只有在器件足夠小型化、成本夠低的時候才可能實現。

  所以人們只好退而求其次,從提供部分觸覺開始-手部是最常見的選擇。1994年,美國航空航天局開始嘗試在模擬訓練中提供力反饋功能;1996年,卡耐基·梅隆大學機器人研究所開發出了具有虛擬操作功能的視覺和觸覺虛擬現實交互系統,讓操作者能夠控制和感受到虛擬環境中物體的運動和作用力,算是初步實現了虛擬現實中的“所見即所得”。很快,這類技術就被引入家用游戲當中。1997年4月,任天堂發布了用于N64游戲手柄的附加設備,能夠讓玩家感覺到游戲中的震動。現在,擁有力反饋功能的賽車和射擊游戲控制器,幾乎已經成了喜愛這類游戲的玩家的標準裝備。

  現在,迪士尼的研發部門想做得更多。在今年8月于溫哥華召開的美國計算機協會計算機圖形專業組年會(SIGGRAPH 2011)上,匹茲堡迪士尼研發中心和卡耐基·梅隆大學的研究者展示了一種“環繞觸覺”的技術,提出了一種低成本而效果不錯的解決方案。

  這種技術放棄了傳統觸覺仿真的思路,轉而從心理學入手,利用人腦的錯覺來模擬更真實的觸覺。這有點像視覺的似動現象-我們之所以能夠看到電影,就是因為這種錯覺。20世紀初德國心理學家發現,當兩條垂直閃光線段出現的時間差在60毫秒左右時,人們就會看到一條線段向另一條線段運動。這就是說,我們的大腦會把快速切換的靜止物體理解成物體正在運動。

  在觸覺上也有類似的現象。其中最有趣的例子是“皮膚兔子”現象:1972年,兩位心理學家在受試者的手腕到肩膀之間布設了三個振動器,并讓它們輪流振動。受試者報告說,在這些振動器之間的皮膚也感受到了震動,并感覺有一個東西從手腕一路跳到肩膀上,就像有只小兔子一路跑過去一樣。

  “皮膚兔子”現象是幻覺的一種,它也是“環繞觸覺”技術的基礎,讓使用少數振動器實現豐富的模擬觸覺成為可能。在現在的原型設備中,開發人員使用了12個振動器,分為三行四列,埋在家用膠合板椅子的椅背軟墊中。這些振動器是美國EAI公司生產的C-2振動器,直徑大約3厘米,厚度不到8毫米,能夠提供每秒鐘200至300次的震動-這樣的頻率,足以讓皮膚無法明確分辨出來。

  通過自行開發的算法,研究人員實現了能夠平滑移動的、精度很高的觸覺體驗。速度、位置、方向、持續時間和劇烈程度都可以調整,配合迪士尼黑巖工作室開發的賽車游戲《爭分奪秒》,游戲玩家能夠獲得前所未有的真實感覺-路面的凹凸起伏、汽車打滑、剎車、加速,以及汽車碰撞、飛向空中和重重落地時的撞擊。

  最引人注目的是這種技術的低成本。研發這套設備的總花費大概在5000美元左右-考慮到一切都是從零開始,這種程度的開銷已經低得令人驚嘆了。研發人員認為,這種利用心理錯覺的觸覺體驗設備將可以用在衣服、手套甚至是移動設備上,可以模擬起飛、墜落、收縮、擴張,甚至可以模擬蟲子從皮膚上爬過的感覺-它擁有無數的可能性。

  雖然如此,但是要通過這種方式實現蓋茨的緊身衣,還有許多困難需要克服。背部皮膚上的觸覺感應器的密度,比其他敏感區域-例如手心或者手指-要低得多,即使要制作一只模擬觸覺手套,也需要更多的振動器。想體驗更加沉浸的立體游戲,可能還需要很長的時間。

  當然,這種東西不僅僅只能用在游戲上。模擬觸覺一直是虛擬現實領域中最重要的研究方向之一,更好的虛擬觸覺設備對訓練及科研都有很重要的價值,它也可能會讓身體殘障者的生活變得更加便利一些。配合類似雷達的設備,盲人可以只憑借觸覺來提前避開障礙物,甚至也可能配合之前《第一財經周刊》曾經介紹過的輔助駕車裝置,讓出行更安全。

  可惜的是,目前這種看來很吸引人的設備只不過出現在SIGGRAPH上而已-它還只是一個很初級的原型。也許再過幾年,它才會在消費電子展之類的展會上出現;而也許到了那時,它才會變成每個人都想要的圣誕禮物。

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