觸覺(jué)整合的未來(lái) 超越VR和AR視覺(jué)

先進(jìn)的虛擬現實(shí)（VR）和擴增實(shí)境（AR）如今在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著(zhù)舉足輕重的作用，尤其是與觸覺(jué)相結合時(shí)；在即將到來(lái)的時(shí)代，我們的數字互動(dòng)的觸覺(jué)細微差別將與現實(shí)變得難以區分。

先進(jìn)的虛擬現實(shí)（VR）以其復雜的圖形和音頻欺騙我們的感官，使我們對虛擬提示做出本能的反應。雖然VR和擴增實(shí)境（AR）的顯著(zhù)足跡是在游戲領(lǐng)域，但現在在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域中也發(fā)揮著(zhù)舉足輕重的作用，尤其是與觸覺(jué)相結合時(shí)。

這種技巧的結合，讓我們不僅可以虛擬地觸摸物體，還可以辨別它的質(zhì)地、溫度和阻力。這種觸覺(jué)回饋在專(zhuān)業(yè)應用中變得至關(guān)重要：例如，外科醫生需要在遠程手術(shù)期間量測阻力，技術(shù)人員在衛星維修期間需要有形的抓握保證，自動(dòng)化工程師在使用虛擬控制面板時(shí)也需要尋求觸覺(jué)確認。

從本質(zhì)上講，隨著(zhù)VR和AR的成熟，它們提供細致入微的物理回饋在精確任務(wù)中變得至關(guān)重要。在即將到來(lái)的時(shí)代，我們的數字互動(dòng)的觸覺(jué)細微差別將與現實(shí)變得難以區分。


觸覺(jué)手套、套裝和椅子
第一個(gè)廣泛采用的觸覺(jué)技術(shù)是強制反饋觸覺(jué)手套。許多制造商提供觸覺(jué)手套，可對手指和手部運動(dòng)提供編程的阻力，讓用戶(hù)感受到虛擬物體的大小、密度和重量。它們使用磁力摩擦片來(lái)實(shí)現阻力和物體的感覺(jué)。有些手套可以提供高達20N的力，可模擬2公斤磚塊加在每個(gè)手指上的重量。有些手套甚至具有溫度控制功能，使用戶(hù)能夠感受到遠程物體的溫度。

觸覺(jué)手套必須快速反應，且延遲最小。當使用者使用沉浸式技術(shù)來(lái)培訓危險工作時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要，因為它可以讓他們在沒(méi)有高風(fēng)險的情況下體驗高風(fēng)險場(chǎng)景。這種低延遲意味著(zhù)用戶(hù)可以在實(shí)時(shí)執行手勢時(shí)感受到阻力或其他感覺(jué)。

VR和AR頭盔使用加速計來(lái)追蹤頭部運動(dòng)，而手套可以使用加速計、反射計或視訊。反射計可以透過(guò)使用一個(gè)或多個(gè)紅外線(xiàn)發(fā)射器對兩個(gè)（或多個(gè)）紅外線(xiàn)傳感器進(jìn)行三角測量來(lái)感應位置，這些發(fā)射器可以位于耳機、游戲機或手套中（圖一）。


 
圖一 : 作者制作的一款運動(dòng)感應手套，它在重點(diǎn)位置使用紅外線(xiàn)發(fā)射器將數據傳輸到其他地方的傳感器，而其他運動(dòng)感應手套可以在手套上嵌入傳感器，并從放置在其他地方的兩個(gè)或多個(gè)發(fā)射器進(jìn)行三角量測。（source：Jon Gabay）

感知運動(dòng)、手勢和觸摸，只是解決了問(wèn)題的一半；另一半就是要創(chuàng )造出佩戴者的身體感覺(jué)。為此目的開(kāi)發(fā)了幾種令人興奮的技術(shù)，包括磁力（類(lèi)似于揚聲器紙盆運動(dòng)）、振動(dòng)致動(dòng)器、壓電數組和微流體，有些系統甚至使用聲波產(chǎn)生的力場(chǎng)。
同樣，裝有執行器的連身衣和背心讓穿著(zhù)者感受到全身的觸覺(jué)刺激。許多公司生產(chǎn)主要針對游戲市場(chǎng)的觸覺(jué)背心，bHaptics TactSuit X40就是這類(lèi)設備之一（圖二）；顧名思義，該套裝包含40個(gè)振動(dòng)馬達，提供身臨其境的感官刺激。


 
圖二 : bHaptics TactSuit X40觸覺(jué)背心包含40個(gè)振動(dòng)運動(dòng)感覺(jué)刺激器，并提供有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)連接。（source：bHaptics）

觸覺(jué)椅也能夠提供觸覺(jué)體驗。這些椅子主要用于游戲和飛行訓練等應用，可模擬重力、加速度和湍流。

使用聲波產(chǎn)生觸覺(jué)
感官錯覺(jué)技術(shù)已經(jīng)顯著(zhù)進(jìn)步，讓用戶(hù)能夠感覺(jué)自己正在動(dòng)態(tài)數字環(huán)境中真正觸摸物體。值得注意的是，使用超音波發(fā)射器，聲波力場(chǎng)會(huì )產(chǎn)生會(huì )聚在目標上的波前，讓使用者感受到觸覺(jué)。

例如，Ultraleap Leap Motion Controller 2就是很好的例證，它透過(guò)使用基于視訊的手部追蹤進(jìn)行3D互動(dòng)。其先進(jìn)的視訊成像可偵測手部動(dòng)作和方向。該控制器可以與超音波換能器數組配對，將氣壓引導到特定位置，使用戶(hù)能夠感受到從點(diǎn)擊按鈕到握住球的觸覺(jué)。

下一步是什么？
所有這些當前技術(shù)都預示著(zhù)這樣的未來(lái)：我們的數字體驗跨越所有感官，融合物理世界和數字世界。以下是觸覺(jué)技術(shù)與其他感覺(jué)回饋系統結合，改變近未來(lái)的一些潛在方式：

醫療復健與培訓
觸覺(jué)技術(shù)可以改變身體復健實(shí)踐。配備觸覺(jué)回饋的設備可以指導患者完成精確的運動(dòng)模式。例如，對于重新學(xué)習手臂運動(dòng)的患者，當患者偏離正確姿勢時(shí)，觸覺(jué)裝置可以提供阻力或振動(dòng)提示，使得治療師即使在數英里之外，也能以數字方式「感覺(jué)」并調整患者的運動(dòng)。

房地產(chǎn)與建筑
觸覺(jué)技術(shù)還可以改變房地產(chǎn)參觀(guān)與建筑展示的方式，讓他們不僅僅是3D模型和虛擬演示。觸覺(jué)技術(shù)可模擬各種材料的感覺(jué)，例如木地板的紋理或地毯的柔軟度，可以為數字游覽提供觸覺(jué)層，幫助客戶(hù)在無(wú)需親自到場(chǎng)的情況下親身感受空間或設計。

藝術(shù)與數字創(chuàng )作
數字領(lǐng)域的藝術(shù)性將獲得有形的維度。借助觸覺(jué)工具，藝術(shù)家可以在虛空間中體驗他們正在處理的材料的感覺(jué)，無(wú)論是黏土的可塑性還是石頭的硬度。這種觸覺(jué)接口可以豐富創(chuàng )作過(guò)程，使數字藝術(shù)感覺(jué)像傳統方法一樣自然。

教育
觸覺(jué)技術(shù)保證了即使在數字教室中也能進(jìn)行實(shí)作學(xué)習。學(xué)生將能夠感受到虛擬的研究對象—從歷史文物的表面到分子的復雜結構。這種額外的教育觸覺(jué)層可以促進(jìn)更好的理解和參與。

游戲和娛樂(lè )
游戲世界將變得無(wú)與倫比，甚至比現在更令人身臨其境。配備觸覺(jué)套裝或控制器的游戲玩家不僅會(huì )看到或聽(tīng)到他們的虛擬環(huán)境，還會(huì )感受到它們。無(wú)論是外星球的紋路或是中世紀戰爭游戲中箭頭的撞擊，觸覺(jué)技術(shù)都會(huì )讓游戲世界變得生動(dòng)。

人際關(guān)系
透過(guò)觸覺(jué)接口，人際交往中的距離可能會(huì )變得不那么令人畏懼。穿戴式裝置可以仿真實(shí)時(shí)的身體感覺(jué)，將簡(jiǎn)單的視訊通話(huà)轉變?yōu)樘摂M的握手會(huì )話(huà)。透過(guò)觸覺(jué)回饋，一端的輕輕擠壓可以讓另一端感受到一種令人放心的觸摸，從而縮小了數英里之間的情感差距。
在所有這些領(lǐng)域中，觸覺(jué)充當數字和有形之間的橋梁，增強了虛擬互動(dòng)的真實(shí)感。隨著(zhù)我們的進(jìn)步，觸摸與視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)回饋的復雜結合將重新定義我們的體驗，讓現實(shí)與虛擬更加緊密融合。

結論
觸覺(jué)技術(shù)可以在提高人類(lèi)能力、保護工人免受危險環(huán)境影響、提供系統遠程控制、實(shí)現遠距醫療程序等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。微妙的觸覺(jué)對于了解某人何時(shí)使用了足夠的力量或太多的力量至關(guān)重要，這就是高質(zhì)量、準確的觸覺(jué)技術(shù)發(fā)揮作用的地方。
預計觸覺(jué)技術(shù)將發(fā)展并應用于軍事、醫療、工業(yè)、農業(yè)、航天、工廠(chǎng)環(huán)境以及游戲和其他產(chǎn)業(yè)。我們正處于新科技革命的開(kāi)始。
（本文由貿澤電子提供）