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迪士尼开发新触觉设备 虚拟现实又添利器
2011年8月30日    评论:    分享:

    来源:第一财经周刊
    作者:辛江

    虽然Wii和Kinect这样的体感游戏设备正在把越来越多的游戏玩家从沙发上拉起来,但却依然无法让人体会到游戏人物的感觉。这对于一直追求更加真实的体验的用户来说远远不够。最近迪士尼公司开发出的一种技术原型,也许会让游戏更像另一个真实世界。

    身临其境,是虚拟现实技术的终极目标,也是对游戏娱乐的最高要求。我们早已能够通过环绕立体声音响设备实现听觉的身临其境,基于3D眼镜的立体显示技术也能够让人们感受到相当程度的视觉真实,甚至连嗅觉的仿真也可以在一些特殊设备的帮助下得以满足,但是触觉一直都是一大难题。

    这主要是因为,我们的触觉是由整个皮肤表面提供的,平均每平方厘米的皮肤上都拥有10个到30个触觉感受器,并不像听觉或者知觉那样有位置集中的感受器官,这就意味着要让人们在虚拟世界中全方位感受真实,需要拥有能够刺激所有触觉感受器的设备。在1995年出版的那本《未来之路》里,比尔·盖茨曾经提出过这一问题的解决方案:一件密布着触觉发生器的紧身衣。这也许是触觉真实的终极解决方案,但是这只有在器件足够小型化、成本够低的时候才可能实现。

    所以人们只好退而求其次,从提供部分触觉开始—手部是最常见的选择。1994年,美国航空航天局开始尝试在模拟训练中提供力反馈功能;1996年,卡耐基·梅隆大学机器人研究所开发出了具有虚拟操作功能的视觉和触觉虚拟现实交互系统,让操作者能够控制和感受到虚拟环境中物体的运动和作用力,算是初步实现了虚拟现实中的“所见即所得”。很快,这类技术就被引入家用游戏当中。1997年4月,任天堂发布了用于N64游戏手柄的附加设备,能够让玩家感觉到游戏中的震动。现在,拥有力反馈功能的赛车和射击游戏控制器,几乎已经成了喜爱这类游戏的玩家的标准装备。

    现在,迪士尼的研发部门想做得更多。在今年8月于温哥华召开的美国计算机协会计算机图形专业组年会(SIGGRAPH 2011)上,匹兹堡迪士尼研发中心和卡耐基·梅隆大学的研究者展示了一种“环绕触觉”的技术,提出了一种低成本而效果不错的解决方案。

    种技术放弃了传统触觉仿真的思路,转而从心理学入手,利用人脑的错觉来模拟更真实的触觉。这有点像视觉的似动现象—我们之所以能够看到电影,就是因为这种错觉。20世纪初德国心理学家发现,当两条垂直闪光线段出现的时间差在60毫秒左右时,人们就会看到一条线段向另一条线段运动。这就是说,我们的大脑会把快速切换的静止物体理解成物体正在运动。

    在触觉上也有类似的现象。其中最有趣的例子是“皮肤兔子”现象:1972年,两位心理学家在受试者的手腕到肩膀之间布设了三个振动器,并让它们轮流振动。受试者报告说,在这些振动器之间的皮肤也感受到了震动,并感觉有一个东西从手腕一路跳到肩膀上,就像有只小兔子一路跑过去一样。

    “皮肤兔子”现象是幻觉的一种,它也是“环绕触觉”技术的基础,让使用少数振动器实现丰富的模拟触觉成为可能。在现在的原型设备中,开发人员使用了12个振动器,分为三行四列,埋在家用胶合板椅子的椅背软垫中。这些振动器是美国EAI公司生产的C-2振动器,直径大约3厘米,厚度不到8毫米,能够提供每秒钟200至300次的震动—这样的频率,足以让皮肤无法明确分辨出来。

    通过自行开发的算法,研究人员实现了能够平滑移动的、精度很高的触觉体验。速度、位置、方向、持续时间和剧烈程度都可以调整,配合迪士尼黑岩工作室开发的赛车游戏《争分夺秒》,游戏玩家能够获得前所未有的真实感觉—路面的凹凸起伏、汽车打滑、刹车、加速,以及汽车碰撞、飞向空中和重重落地时的撞击。

    最引人注目的是这种技术的低成本。研发这套设备的总花费大概在5000美元左右—考虑到一切都是从零开始,这种程度的开销已经低得令人惊叹了。研发人员认为,这种利用心理错觉的触觉体验设备将可以用在衣服、手套甚至是移动设备上,可以模拟起飞、坠落、收缩、扩张,甚至可以模拟虫子从皮肤上爬过的感觉—它拥有无数的可能性。

    虽然如此,但是要通过这种方式实现盖茨的紧身衣,还有许多困难需要克服。背部皮肤上的触觉感应器的密度,比其他敏感区域—例如手心或者手指—要低得多,即使要制作一只模拟触觉手套,也需要更多的振动器。想体验更加沉浸的立体游戏,可能还需要很长的时间。

    当然,这种东西不仅仅只能用在游戏上。模拟触觉一直是虚拟现实领域中最重要的研究方向之一,更好的虚拟触觉设备对训练及科研都有很重要的价值,它也可能会让身体残障者的生活变得更加便利一些。配合类似雷达的设备,盲人可以只凭借触觉来提前避开障碍物,甚至也可能配合之前《第一财经周刊》曾经介绍过的辅助驾车装置,让出行更安全。

    可惜的是,目前这种看来很吸引人的设备只不过出现在SIGGRAPH上而已—它还只是一个很初级的原型。也许再过几年,它才会在消费电子展之类的展会上出现;而也许到了那时,它才会变成每个人都想要的圣诞礼物。

标签:迪士尼触觉力反馈体感
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