Hands On: Hvordan Haptic Technologies vil bringe touch til VR

Reklame

Næsten alle imponerende Hvorfor virtual reality-teknologi vil sprænge dit sind om 5 årFremtiden for virtuel virkelighed inkluderer sporing af hoved, øje og udtryk, simuleret touch og meget mere. Disse fantastiske teknologier vil være tilgængelige for dig om 5 år eller mindre. Læs mere VR-arbejde udført til dags dato har fokuseret på kun to sanser: dit syn og din hørelse. Det er en god start, og en, der giver mulighed for masser af magtfulde oplevelser VR er ved at ændre filmfremstilling for evigt: Sådan gør duVirtuel virkelighed er en ny måde at kommunikere med din seer på, og mange mennesker med baggrund i traditionel filmskabelse finder mulighederne spændende. Læs mere , men det er ufuldstændigt. For fuldt ud at fordybe brugerne i interaktive virtual reality-miljøer, er det nødvendigt at oprette perifere enheder, der fuldt ud engagerer din følelse af berøring.

Desværre er berøring en meget sværere fornemmelse at narre end visionen er. Med vision er alt det, hardware skal gøre, at afbryde signaler, der rejser til øjnene. Derimod dækker hud ca. to kvadratmeter af din krop og artikulerer komplicerede tovejs-interaktioner med verden.

Dette er det organ, som haptisk teknologi forsøger at narre, og det er svært. Der er et antal perifere enheder Det næste trin i immersion virtual reality - Razer Hydra & The OmniNu hvor Oculus Rift er i hænderne på udviklere og entusiaster (læs min omfattende gennemgang af Oculus Rift), er arbejdet med forbrugerversionen godt i gang. Nye spil udvikles, eksisterende ... Læs mere der findes for at hjælpe med at opbygge fordybelse, men ingen tilgængelige lige nu giver virkelig overbevisende haptiske oplevelser.

Problemet forværres, fordi hudstimulering ikke har den lange forskningshistorie, som optiske skærme gør. Den første brug af et scanningsskærm til at genskabe et billede var i 1907, og det tog forskere og ingeniører næsten et helt århundrede for at få skærme, der er små og nøjagtige nok til at give en god virtual reality-oplevelse. Den tilsvarende rejse, ved berøring, begynder først nu.

I denne artikel skal vi udforske nogle teknologier under udvikling i dag, som kan give en følelse af berøring til VR-brugere. Jeg har klassificeret teknologierne efter kvaliteten af ​​den oplevelse, de potentielt kan give, og hvor meget arbejde der er behov for, før de kan kommercialiseres.

Buldre

Én enkel måde at give feedback på rudimentær kraft er ved hjælp af enkle vibrerende motorer, af den art, der findes i rumble-pakkerne med moderne videospillecontrollere. Disse får en ny dimension i VR, da de er i stand til at forbinde specifikke vibrerende frekvenser og intensiteter med grænserne for virtuelle objekter.

Brugere kunne føle en lille blip, når de rører ved et objekt eller et UI-element, og en stærkere puls, når de aktiverer det (svarer til force-feedback på moderne smartphone-skærme).

Denne slags feedback kan også bruges til at formidle overfladenes struktur. Med en kraft-feedback-enhed på hver finger, som i tilfældet med Glove1, kunne denne teknologi være nyttig til at navigere i virtuelle grænseflader med dine lukkede øjne. Når det er sagt, giver denne teknologi en meget spartansk, funktionel tilgang til berøring og vil aldrig være meget af en fordybelsesbygger.

Hudskær Haptics

Hudskærsteknologi er baseret på en overraskende kendsgerning om vores følelse af berøring, som er, at vi primært bedømmer let, ikke-smertefuldt pres efter den grad, hvorpå vores hud glider rundt (noget, du nemt kan teste ved forsigtigt at røre et sted på din hud og glide din finger.

Når huden strækker sig, øges følelsen af ​​tryk. Dette er praktisk, fordi hudskær er noget, det er let at reproducere mekanisk og kan give illusionen af ​​vedvarende pres, noget der ikke er muligt med en simpel vibration motor.

Lige nu er den mest avancerede implementering af denne teknologi Tactical Haptics controller, som fastgøres til STEM bevægelseskontrolsystemet og giver groft trykfeedback som svar på virtuelle interaktioner som pistolophylning, bevægelse af en stav gennem et materiale og svingning af en virtuel vægt på en virtuel kæde.

Resultaterne er overraskende overbevisende for enkelhedens mekanisme. Det er nemt at forestille sig at bygge en handske, der giver denne form for feedback med mere præcision, hvilket tillader virtuel genstande til at have densitet, hvis ikke soliditet: objekter kan føles hårde, de vil bare ikke være i stand til at stoppe bevægelsen af brugerens hånd.

Dette er en stor forbedring, selvom det har mange af de samme begrænsninger, som simpel rumble - ren hudteknologi kan narre følelsen af ​​berøring, men det kan ikke narre propriosception (den intuitive følelse af, hvor dine lemmer er, og hvordan de har det bevæger sig). Selv hvis brugerens hud fortæller dem, at de har ramt noget solidt, ved deres muskler, at deres hånd bevæger sig flydende gennem det.

Robotarmaturer

Dette er den del, hvor det hele begynder at blive lidt underligt. Lad os sige, at teknologien skal være i stand til at forhindre brugere i at skubbe deres hænder gennem genstande for at skabe en mere overbevisende illusion af soliditet. Det betyder, at du er nødt til at udøve kraft på lemmet fra en eller anden ydre referenceramme.

Den enkleste måde at opnå det på er at bruge robotik, der enten fastgøres til din krop eller til jorden og forhindrer dens bevægelse uden for grænserne for den virtuelle geometri.

For bare en hånd (så brugeren kan gribe og føle soliditeten af ​​virtuelle objekter, der ligner noget her).

Kinda skræmmende, ikke? Nå, der er mange ting, der handske stadig ikke kan gøre. Hvad hvis det objekt, du rører ved, er tungt? Hvad hvis det er noget solidt, som en væg, der skal modstå bevægelser fra skuldre og albuer samt håndled og fingre? Nå, så har du brug for noget lignende:

Cyberglove-websitet viser ikke en pris for enheden i videoen ovenfor, men andre systemer som den løber ind i hundreder af tusinder af dollars. En del af grunden til dette er, at kun nogle få industrielle og militære organisationer faktisk køber disse enheder (og i meget små numre), hvilket driver prisen op.

Den anden del er, at dette virkelig er imponerende udstyrsudstyr på teknisk plan. Overvej hvad der er nødvendigt for at give en overbevisende haptisk feedbackoplevelse ved at røre ved et solidt objekt. Hvis brugeren hviler sin hånd mod en virtuel væg og skubber, skal systemet registrere bevægelsen, konsultere simuleringen for at bestemme, at de rører ved et solidt objekt, bevæger sig derefter fysisk (og flydende) ankeret for at modstå bevægelsen og returnere brugerens hånd til sin oprindelige position.

Alt dette skal udføres, før hjernen kan registrere, at bevægelsen er begyndt. Det er en enorm teknisk udfordring, og selv den bedste hardware i dag opnår det ikke helt.

Den anden begrænsning her, bortset fra udfordringerne med at få produktionsomkostningerne ned på et acceptabelt niveau, har at gøre med teknologien praktisk. Bogstavelig talt at binde dig ind i en detaljeret og kraftfuld mekanisk armatur har en væsentlig psykologisk barriere forbundet med det. Det er tvivlsomt, om brugere vil være villige til at klare den slags ulemper regelmæssigt, selvom teknologien er sofistikeret nok til at give en god oplevelse.

Det nærmeste, denne teknologi er kommet til at blive implementeret på forbrugerniveau, er i form af enheder som Tryk på noget, der ikke er der - Haptic Technology [MakeUseOf Explains]Haptics er teknologien til berøring. I forbindelse med et virtuelt miljø vil det betyde at være i stand til at røre ved og føle noget, der bogstaveligt talt ikke er der, men det er bestemt ikke dets eneste anvendelse. Fra... Læs mere Novint Falcon. Falken er ikke en virtual reality-enhed som sådan, i betragtning af at dens arbejdsplads kun er en sfære kun et par centimeter over det sagde, det giver høj præcision, tre-akset kraft feedback, og er den eneste enhed på et forbrugerpris, der gør så.

Novint har arbejdet med et armbaseret exoskelet kaldet Xio i et stykke tid, selvom projektet ser ud til at være i limbo i øjeblikket efter virksomhedens økonomiske problemer.

Potentielt kunne disse slags armaturer gøres enklere og billigere ved hjælp af elektroaktive polymerer - kunstige 'muskler' fremstillet af plast, der trækkes sammen som reaktion på elektrisk strøm, og som generelt er billigere og mere kompakte end ækvivalente lineære motorer.

Akustisk feedback

En helt uafhængig tilgang til problemet er at bruge faset ultralydsnet til at skabe tæt interferensmønstre i luften, som er registreret af huden som fast, og kan give faktiske modstand. Teknologien kan bruges til at projicere virtuelle 3D-objekter i luften, som brugerne kan røre ved, hvor knudepunkterne for krydsende trykbølger producerer ægte kraft på brugerens hænder.

Ved første rødme kan dette synes at være den magiske kugle til VR-haptisk feedback. Desværre er der nogle begrænsninger. Opløsning er begrænset af højttalernes frekvensrespons såvel som antallet af dem: At være i stand til at dække et stort rumligt område er ikke nødvendigvis praktisk.

Mere markant er der betydelig "lækage" - akustisk energi danner utilsigtede knuder og halvknudepunkter i det rum, hvor der oprettes forsætlige mønstre (noget du kan se i olien). Tryk, der produceres af dette system, er meget svage: forsøg på at skalere dem op til volumener, der kan udøve flere kilo tryk på din krop ville indebære en enorm mængde energi og kunne være fysisk farlig for brugere.

Nervestimulering

Til sidst vil vi tage et øjeblik at røre ved en mere spekulativ teknologi. En måde (nogle mennesker vil argumentere for den ultimative måde) til at engagere sig med følelsen af ​​berøring er ved direkte at stimulere nerverne i brugerens arme, rygsøjle eller hjerne. Ved at gøre dette er det muligt at narre berøring, proprioception, hele ni yards - inklusive fornemmelser som temperatur, der kan være upraktisk at opnå med en dragt eller robotarmatur. Potentielt kunne forskere gøre alt dette uden at kræve de besværlige robotdragter eller fasede akustiske gitter.

Der er allerede blevet udført noget arbejde på denne front inden for proteselemmer, direkte ved at tappe i afskårne nerver for at sende signaler tilbage fra sensorer i protesen, for at skabe en syntetisk fornemmelse af røre ved.

Hjernestimulering kan give lignende feedback. Det grundlæggende problem med disse slags teknologier er, at de kræver nogenlunde invasiv kirurgi for at være i stand til at installere nervegrænsefladerne - kirurgi, der er uacceptabelt risikabelt for sunde mennesker. De er også temmelig grove og grovkornede med hensyn til nøjagtigheden af ​​feedbacken.

For at disse skal være praktiske som et haptisk interface-paradigme, skal du virkelig være i stand til at få opløsningen af ​​elektrode-grænsefladen meget finere og reducere indgriben i proceduren. Der er et par tilgange her, lige fra nanotechnolog Hvordan nanoteknologi ændrer medicinens fremtidPotentialet for nanoteknologi er hidtil uset. Ægte universelle samlere vil indlede et dybtgående skift i den menneskelige tilstand. Der er selvfølgelig stadig en lang vej at gå. Læs mere y til optogenetics Hjernekontrol med lys: Det er muligt med optogenetikI løbet af de sidste par år er der en ny teknik kaldet "optogenetik", der kan hjælpe forskere med at afsløre hjernens hemmeligheder (og behandle dets forstyrrelser) på en helt ny måde. Læs mere , men det synes sikkert at sige, at store gennembrud er usandsynlige i de næste par år.

Fremtiden med berøring

Det er stadig tidlige dage for virtual reality, og der er endnu ikke en bred forbrugerefterspørgsel efter haptiske grænseflader - men der vil være. Det enorme guldrusel med virtual reality-innovation er først nu i gang, og vi vil sandsynligvis se alle disse teknikker massivt forbedret i de kommende år.

Når det er sagt, virker ingen af ​​de nuværende teknologier perfekte. Alle af dem har mindst en alvorlig ulempe, enten hvad angår den sensationskvalitet, de kan give, eller hindringerne for deres anvendelse. Det er helt muligt, at den eventuelle “perfekte” løsning på VR-input endnu ikke er opfundet. Hvis det er tilfældet, er jeg ivrig efter at se, hvad udviklere kommer med næste gang.

Er du begejstret for haptiske VR-grænseflader? Er der et spændende produkt eller teknologi, som vi ikke dækkede her? Fortæl os det i kommentarerne!

Billedkreditter: Håndfangst Via Shutterstock