Ręce: jak technologie dotykowe wprowadzą dotyk w VR

Reklama

Prawie wszystkie imponujący Dlaczego technologia rzeczywistości wirtualnej zaskoczy Cię za 5 latPrzyszłość rzeczywistości wirtualnej obejmuje śledzenie głowy, oczu i ekspresji, symulację dotyku i wiele więcej. Te niesamowite technologie będą dostępne za 5 lat lub krócej. Czytaj więcej Dotychczasowe prace nad VR skupiały się na dwóch zmysłach: wzroku i słuchu. To świetny początek i taki, który umożliwi wiele potężne doświadczenia VR ma zamiar zmienić filmowanie na zawsze: oto jakRzeczywistość wirtualna to nowy sposób komunikowania się z widzem, a wiele osób z doświadczeniem w tradycyjnym filmowaniu uważa, że ​​możliwości są ekscytujące. Czytaj więcej , ale jest niekompletny. Aby w pełni zanurzyć użytkowników w interaktywnych środowiskach wirtualnej rzeczywistości, konieczne będzie zbudowanie urządzeń peryferyjnych, które w pełni angażują zmysł dotyku.

Niestety dotyk jest o wiele trudniejszy do oszukania niż wzrok. W przypadku widzenia wszystko, co musi zrobić sprzęt, to przerwać sygnały docierające do oczu. Natomiast skóra pokrywa około dwóch metrów kwadratowych twojego ciała i wyraża skomplikowane dwustronne interakcje ze światem.

To narząd, który technologia dotykowa próbuje oszukać, i jest to trudne. Tam są szereg urządzeń peryferyjnych Następny krok w wirtualnej rzeczywistości immersyjnej - Razer Hydra & The OmniTeraz, gdy Oculus Rift jest w rękach programistów i entuzjastów (przeczytaj moją obszerną recenzję Oculus Rift), prace nad wersją konsumencką są już w toku. Opracowywane są nowe gry, istniejące ... Czytaj więcej które istnieją, aby pomóc w budowaniu zanurzenia, ale żadne dostępne obecnie nie zapewnia naprawdę atrakcyjnych wrażeń dotykowych.

Problem staje się jeszcze poważniejszy, ponieważ stymulacja skóry nie ma długiej historii badań nad wyświetlaczami optycznymi. Pierwsze użycie wyświetlacza skanującego do odtworzenia obrazu miało miejsce w 1907 roku i zajęło to naukowcom i inżynierom prawie całe stulecie, aby ekrany były wystarczająco małe i dokładne, aby zapewnić dobre wrażenia w wirtualnej rzeczywistości. Równoważna podróż, dla dotyku, dopiero się zaczyna.

W tym artykule zajmiemy się dzisiaj opracowywanymi technologiami, które mogą zapewnić poczucie dotyku użytkownikom VR. Technologie uszeregowałem według jakości doświadczenia, jakie mogą potencjalnie zapewnić, oraz ile pracy potrzeba, aby można je było wprowadzić na rynek.

Huk

Jednym prostym sposobem dostarczenia podstawowej informacji zwrotnej siły jest zastosowanie prostych silników wibracyjnych, takich jakie występują w pakietach nowoczesnych kontrolerów gier. Nabierają one nowego wymiaru w VR, ponieważ są w stanie powiązać określone częstotliwości i intensywności wibracji z granicami wirtualnych obiektów.

Użytkownicy mogą poczuć mały trzask, gdy dotykają obiektu lub elementu interfejsu użytkownika, i silniejszy puls, gdy go aktywują (podobnie do sprzężenia zwrotnego na nowoczesnych ekranach smartfonów).

Tego rodzaju informacje zwrotne można również wykorzystać do przekazania tekstury powierzchni. Dzięki jednostce siły sprzężenia zwrotnego na każdym palcu, tak jak w przypadku Glove1, technologia ta może być przydatna do nawigacji po wirtualnych interfejsach z zamkniętymi oczami. To powiedziawszy, ta technologia zapewnia bardzo spartańskie, funkcjonalne podejście do dotyku i nigdy nie będzie zbytnio budującym zanurzeniem.

Haptics do ścinania skóry

Technologia ścinania skóry opiera się na zaskakującym fakcie dotyczącym naszego zmysłu dotyku, polegającym na tym, że przede wszystkim oceniamy lekki, bezbolesny nacisk według stopnia, w jakim ślizga się nasza skóra (coś, co można łatwo przetestować, delikatnie dotykając miejsca na skórze i przesuwając go palec.

W miarę rozciągania się skóry wzrasta uczucie ucisku. Jest to przydatne, ponieważ ścinanie skóry jest czymś, co łatwo jest rozmnażać mechanicznie i może zapewnić iluzję trwałego nacisku, czego nie można osiągnąć za pomocą zwykłego wibrowania silnik.

Obecnie najbardziej zaawansowaną implementacją tej technologii jest kontroler Tactical Haptics, który podłącza się do systemu sterowania ruchem STEM i zapewnia szorstkie sprzężenie zwrotne ciśnienia w odpowiedzi na wirtualne interakcje, takie jak odrzut broni, poruszanie różdżką przez materiał i kołysanie wirtualnego ciężaru na wirtualnym łańcuch.

Wyniki są zaskakująco przekonujące ze względu na prostotę mechanizmu. Łatwo sobie wyobrazić zbudowanie rękawicy, która zapewnia tego rodzaju sprzężenie zwrotne z większą precyzją, umożliwiając wirtualny obiekty mają gęstość, jeśli nie solidność: obiekty mogą się czuć twardo, po prostu nie będą w stanie zatrzymać ruchu ręka użytkownika.

Jest to znacząca poprawa, chociaż ma wiele takich samych ograniczeń, jak zwykły dudnienie - technologia zwykłej skóry oszukać zmysł dotyku, ale nie może oszukać propriocepcji (intuicyjne wyczucie, gdzie są twoje kończyny i jakie są w ruchu). Nawet jeśli skóra użytkownika mówi mu, że uderzył w coś twardego, jego mięśnie wiedzą, że jego ręka płynnie się po nim porusza.

Armatura robotyczna

W tej części wszystko zaczyna się robić trochę dziwne. Powiedzmy, że technologia musi być w stanie powstrzymać użytkowników przed popychaniem rąk przez przedmioty, aby stworzyć bardziej przekonującą iluzję solidności. Oznacza to, że musisz wywierać siłę na kończynę z jakiegoś zewnętrznego układu odniesienia.

Najprostszym sposobem na osiągnięcie tego jest użycie robotyki, która przyczepia się do ciała lub do ziemi, uniemożliwiając jej ruch poza granice wirtualnej geometrii.

Na jedną rękę (pozwalając użytkownikowi chwycić i poczuć solidność wirtualnych obiektów, to wygląda mniej więcej tak.

Trochę przerażające, prawda? Cóż, jest wiele rzeczy, których rękawica wciąż nie może zrobić. Co jeśli obiekt, którego dotykasz, jest ciężki? Co jeśli jest to coś solidnego, na przykład ściana, która musi oprzeć się ruchom ramion i łokci, a także nadgarstka i palców? Więc potrzebujesz czegoś takiego:

Witryna cyberglove nie podaje ceny urządzenia na powyższym filmie, ale inne systemy takie jak setki tysięcy dolarów. Jednym z powodów tego jest fakt, że tylko kilka organizacji przemysłowych i wojskowych faktycznie kupuje te urządzenia (i to w bardzo niewielkiej liczbie), co podnosi cenę.

Z drugiej strony są to naprawdę imponujące elementy wyposażenia na poziomie technicznym. Zastanów się, co jest konieczne, aby zapewnić przekonujące wrażenia dotykowe dotykania stałego obiektu. Jeśli użytkownik oprze rękę o wirtualną ścianę i popycha, system musi wykryć ruch, skonsultować się z symulacją, aby ustalić, że dotykają twardego obiektu, a następnie fizycznie (i płynnie) poruszają szkielet, aby oprzeć się ruchowi i przywracają rękę użytkownika do pierwotnej pozycji.

Wszystko to należy osiągnąć, zanim mózg będzie mógł zarejestrować, że ruch się rozpoczął. To ogromne wyzwanie techniczne i nawet najlepszy dzisiejszy sprzęt nie do końca sobie z tym poradzi.

Inne ograniczenie, oprócz wyzwań związanych z obniżeniem kosztów produkcji do akceptowalnego poziomu, wiąże się z wygodą technologii. Dosłownie przywiązanie się do skomplikowanej i potężnej mechanicznej armatury wiąże się z poważnymi barierami psychologicznymi. Wątpliwe jest, czy użytkownicy będą skłonni znosić tego rodzaju niedogodności regularnie, nawet jeśli technologia jest wystarczająco zaawansowana, aby zapewnić dobre wrażenia.

Najbliższe wdrożenie tej technologii na poziomie konsumenta ma postać urządzenia takie jak Dotknij czegoś, czego nie ma - technologia dotykowa [MakeUseOf wyjaśnia]Haptics to technologia dotyku. W kontekście wirtualnego środowiska oznaczałoby to możliwość dotykania i odczuwania czegoś, czego dosłownie nie ma, ale z pewnością nie jest to jedyny użytek. Od... Czytaj więcej sokół Novint. Falcon nie jest urządzeniem wirtualnej rzeczywistości jako takim, biorąc pod uwagę, że jego przestrzeń robocza to kula o średnicy zaledwie kilku cali - to powiedział, że zapewnia wysoką precyzję, trójosiowe sprzężenie zwrotne siły i jest jedynym urządzeniem w cenie konsumenckiej, które to robi więc.

Novint od dłuższego czasu pracuje nad ramieniem egzoszkieletu o nazwie Xio, chociaż na razie projekt wydaje się być w zawieszeniu, po kłopotach finansowych firmy.

Potencjalnie tego rodzaju szkielety mogłyby być prostsze i tańsze dzięki zastosowaniu elektroaktywnych polimerów - sztucznych „mięśni” wykonane z tworzyw sztucznych, które kurczą się w odpowiedzi na prąd elektryczny, i są ogólnie tańsze i bardziej kompaktowe niż równoważne silniki liniowe.

Akustyczne sprzężenie zwrotne

Całkowicie niezależne podejście do problemu polega na zastosowaniu fazowanych siatek ultradźwiękowych do tworzenia gęstych wzory interferencji w powietrzu, które są rejestrowane przez skórę jako stałe i mogą zapewnić rzeczywiste odporność. Technologii tej można używać do rzutowania wirtualnych obiektów 3D w powietrze, które mogą dotykać użytkownicy, a węzły przecinających się fal ciśnienia wytwarzają prawdziwą siłę na rękach użytkownika.

Na pierwszy rzut oka może się to wydawać magiczną kulą dla dotykowych reakcji VR. Niestety istnieją pewne ograniczenia. Rozdzielczość jest ograniczona przez pasmo przenoszenia głośników, a także ich liczbę: możliwość pokrycia dużego obszaru przestrzennego niekoniecznie jest praktyczna.

Co ważniejsze, występuje znaczny „wyciek” - energia akustyczna tworzy niezamierzone węzły i pół-węzły w przestrzeni wokół, gdzie tworzone są celowe wzorce (coś, co można zobaczyć olej). Naciski wytwarzane przez ten system są bardzo słabe: próba skalowania ich do objętości, które mogłyby wywierać wiele funty nacisku na twoje ciało wymagałyby ogromnej ilości energii i mogą być dla niego fizycznie niebezpieczne użytkownicy.

Stymulacja nerwów

Na koniec poświęcimy chwilę na bardziej spekulacyjną technologię. Jednym ze sposobów (niektórzy twierdzą, że jest to najlepszy sposób) na kontakt z zmysłami dotyku jest bezpośrednie stymulowanie nerwów w ramionach, kręgosłupie lub mózgu użytkownika. W ten sposób można oszukać dotyk, propriocepcję, całe dziewięć jardów - w tym odczucia takie jak temperatura, które mogą być niepraktyczne do osiągnięcia przy użyciu kombinezonu lub szkieletu robota. Potencjalnie naukowcy mogliby to wszystko zrobić bez potrzeby uciążliwych kombinezonów robotów lub fazowanych siatek akustycznych.

Na tym froncie wykonano już pewne prace w zakresie protez kończyn, bezpośrednio dotykając w odcięte nerwy, które wysyłają sygnały z czujników w protezie, tworząc syntetyczne poczucie dotknąć.

Stymulacja mózgu może zapewnić podobne informacje zwrotne. Podstawową kwestią związaną z tego rodzaju technologiami jest to, że wymagają one dość inwazyjnej operacji, aby móc zainstalować interfejsy nerwowe - operacja, która jest niedopuszczalnie ryzykowna u zdrowych ludzi. Są również dość surowe i gruboziarniste, pod względem precyzji sprzężenia zwrotnego.

Aby były one praktyczne jako paradygmat interfejsu dotykowego, naprawdę musisz być w stanie uzyskać znacznie lepszą rozdzielczość interfejsu elektrody i zmniejszyć inwazyjność procedury. Jest tu kilka podejść, od nanotechnologia Jak nanotechnologia zmienia przyszłość medycynyPotencjał nanotechnologii jest niespotykany. Prawdziwi uniwersalni monterzy wprowadzą głęboką zmianę w ludzkiej kondycji. Oczywiście przed nami jeszcze długa droga. Czytaj więcej y do optogenetyka Kontrola mózgu za pomocą światła: jest to możliwe dzięki optogenetyceW ciągu ostatnich kilku lat pojawiła się nowa technika zwana „optogenetyką”, która może pomóc naukowcom odkryć tajemnice mózgu (i leczyć jego zaburzenia) w zupełnie nowy sposób. Czytaj więcej , ale wydaje się, że można bezpiecznie powiedzieć, że poważne przełomy są mało prawdopodobne w ciągu najbliższych kilku lat.

Przyszłość dotyku

Rzeczywistość wirtualna to wciąż wczesne dni, a popyt na interfejsy dotykowe nie jest jeszcze szeroki - ale będzie. Ogromna gorączka złota innowacji w wirtualnej rzeczywistości dopiero się zaczyna, i prawdopodobnie zobaczymy, że wszystkie te techniki znacznie się poprawią w nadchodzących latach.

To powiedziawszy, żadna z obecnych technologii nie wydaje się idealna. Wszystkie mają co najmniej jedną poważną wadę, zarówno pod względem jakości odczuwania, jakie mogą zapewnić, jak i barier w ich stosowaniu. Jest całkiem możliwe, że ostateczne „idealne” rozwiązanie do wprowadzania VR nie zostało jeszcze wynalezione. W takim przypadku chętnie zobaczę, co wymyślą programiści.

Czy jesteś podekscytowany dotykowymi interfejsami VR? Czy istnieje ekscytujący produkt lub technologia, której nie omawialiśmy tutaj? Daj nam znać w komentarzach!

Kredyty obrazkowe: Złapać rękę Via Shutterstock