Hands On: Jak se haptické technologie dotknou VR

reklama

Téměř všechny impozantní Proč technologie virtuální reality vyhodí vaši mysl za 5 letBudoucnost virtuální reality zahrnuje sledování hlavy, očí a výrazů, simulovaný dotek a mnoho dalšího. Tyto úžasné technologie vám budou k dispozici za 5 nebo méně let. Přečtěte si více Práce VR dosud provedená se zaměřila pouze na dva smysly: váš zrak a váš sluch. To je skvělý začátek a ten, který umožní hodně silné zážitky VR se chystá navždy změnit filmování: Zde je návodVirtuální realita je nový způsob komunikace s vaším divákem a mnoho lidí s tradičním filmovým zázemím shledává možnosti vzrušující. Přečtěte si více , ale je neúplný. Aby se uživatelé mohli plně ponořit do interaktivních prostředí virtuální reality, bude nutné vybudovat periferie, které plně zapojí váš pocit doteku.

Bohužel, dotyk je mnohem těžší smysl oklamat, než vidění. S vizí musí vše, co hardware potřebuje, přerušit signály cestující do očí. Naproti tomu kůže pokrývá asi dva čtvereční metry vašeho těla a vyjadřuje komplikované obousměrné interakce se světem.

To je orgán, který se haptická technologie snaží oklamat, a je to těžké. Existují množství periferií Další krok v ponoření virtuální reality - Razer Hydra & OmniNyní, když je Oculus Rift v rukou vývojářů a nadšenců (přečtěte si můj rozsáhlý přehled o Oculus Rift), práce na spotřebitelské verzi je již v plném proudu. Jsou vyvíjeny nové hry, existující ... Přečtěte si více které existují, aby pomohly vybudovat ponoření, ale žádný z nich není v současné době k dispozici opravdu přesvědčivé hmatové zážitky.

Problém je ještě horší, protože stimulace kůže nemá dlouhou historii výzkumu, který optické displeje dělají. První použití skenovacího displeje k novému vytvoření obrazu bylo v roce 1907, a to vyžadovalo výzkumníky a inženýry téměř celé století, aby byly displeje dostatečně malé a přesné, aby poskytovaly dobrý zážitek z virtuální reality. Ekvivalentní cesta pro dotek teprve začíná.

V tomto článku se chystáme prozkoumat některé vyvíjené technologie, které mohou uživatelům VR poskytnout pocit doteku. Zařadil jsem technologie podle kvality zkušeností, které mohou potenciálně poskytnout, a podle toho, kolik práce je potřeba, než budou komercializovány.

Rachot

Jedním jednoduchým způsobem, jak zajistit zpětnou vazbu základní síly, je použití jednoduchých vibračních motorů, jaké se vyskytují v rachotech moderních videoherních ovladačů. Ty nabývají nové dimenze ve VR, protože jsou schopny spojit specifické vibrační frekvence a intenzity s hranicemi virtuálních objektů.

Když se uživatelé dotknou objektu nebo prvku uživatelského rozhraní, cítili malé sklesnutí a silnější puls, když ho aktivovali (podobně jako silová zpětná vazba na moderních obrazovkách smartphonu).

Tento druh zpětné vazby lze také použít k vyjádření textury povrchů. S jednotkou zpětné vazby síly na každém prstu, jako v případě rukavice1, by tato technologie mohla být užitečná pro navigaci virtuálních rozhraní se zavřenýma očima. To znamená, že tato technologie poskytuje velmi spartánský, funkční přístup k dotyku a nikdy nebude moc ponořením.

Haptics Skin Shear Haptics

Technologie střihu kůže je založena na překvapivém faktu o našem pocitu na dotek, který spočívá v tom, že primárně posuzujeme lehký, bezbolestný tlak podle toho, do jaké míry se naše pokožka posouvá (něco, co můžete snadno vyzkoušet jemným dotykem místa na kůži a posunutím) prst.

Jak se kůže natahuje, zvyšuje se pocit tlaku. To je užitečné, protože střih kůže je něco, co lze snadno mechanicky reprodukovat a dokáže poskytují iluzi trvalého tlaku, což není možné jednoduchým vibracím motor.

Nejpokrokovější implementací této technologie je právě teď ovladač taktické haptiky, který se připojuje k systému řízení pohybu STEM a poskytuje hrubá zpětná vazba tlaku v reakci na virtuální interakce, jako je zpětná rána, pohyb hůlkou materiálem a houpání virtuální váhy kolem virtuálního řetěz.

Výsledky jsou překvapivě přesvědčivé pro jednoduchost mechanismu. Je snadné si představit vytvoření rukavice, která poskytne tento druh zpětné vazby s větší přesností a umožní virtuální objekty mají hustotu, ne-li pevnost: objekty se mohou cítit tvrdě, prostě nebudou schopny zastavit pohyb uživatelská ruka.

To je hlavní vylepšení, i když má mnoho stejných omezení jako jednoduchá technologie rachotění - technologie naprosté kůže oklamat pocit doteku, ale nemůže oklamat propriocepci (intuitivní pocit, kde jsou vaše končetiny a jak jsou) pohybující se). I když jim pokožka uživatele řekne, že zasáhla něco solidního, jejich svaly vědí, že se jim ruka plynule pohybuje.

Robotické armatury

To je část, kde to všechno začíná být trochu divné. Řekněme, že tato technologie musí být schopna zabránit uživatelům v tlačení rukou objekty, a vytvářet tak přesvědčivější iluzi solidnosti. To znamená, že musíte vyvinout sílu na končetinu z nějakého vnějšího referenčního rámce.

Nejjednodušší způsob, jak toho dosáhnout, je použití robotiky, která se připevňuje buď k vašemu tělu, nebo k zemi, a brání jeho pohybu mimo hranice virtuální geometrie.

Jen za ruku (umožňující uživateli chytit a cítit solidnost virtuálních objektů, to vypadá něco takového.

Strašidelné, že? No, rukavice stále ještě nemohou dělat. Co když je předmět, kterého se dotknete, těžký? Co když je to něco pevného, ​​jako zeď, které musí odolat pohybům od ramen a loktů, stejně jako zápěstí a prstů? Pak potřebujete něco takového:

Web Cyberglove neuvedl cenu za zařízení ve videu výše, ale jiné systémy, jako je tento, naráží na stovky tisíc dolarů. Důvodem je to, že jen málo průmyslových a vojenských organizací skutečně nakupuje tato zařízení (a ve velmi malém počtu), což zvyšuje cenu.

Druhou částí je, že se jedná o skutečně působivé kusy vybavení na technické úrovni. Zvažte, co je nezbytné k zajištění přesvědčivého hmatového odezvy dotykem pevného objektu. Pokud uživatel opře ruku o virtuální zeď a tlačí, musí systém detekovat pohyb, konzultovat se simulací a zjistit, že dotýkají se pevného předmětu, poté fyzicky (a plynule) posouvají armaturu, aby odolaly pohybu a vrátily ruku uživatele do původní polohy.

To vše musí být provedeno dříve, než mozek zaregistruje, že pohyb začal. To je obrovská technická výzva a ani ten nejlepší hardware, který se dnes nachází, jej nedosáhne dokonale.

Další omezení zde, kromě problémů se snížením výrobních nákladů na přijatelnou úroveň, souvisí s tím, aby byla technologie pohodlná. Doslovné připoutání se k propracované a silné mechanické armatuře má s sebou značné psychologické bariéry. Je pochybné, zda uživatelé budou ochotni se s takovými nepříjemnostmi pravidelně vyrovnávat, i když je technologie dostatečně propracovaná, aby poskytla dobrý zážitek.

Nejbližší tato technologie k nasazení na spotřebitelské úrovni je ve formě zařízení jako Dotkněte se něčeho, co tam není - haptická technologie [MakeUseOf vysvětluje]Haptika je technologie dotyku. V kontextu virtuálního prostředí by to znamenalo, že se budeme moci dotknout a cítit něco, co tam doslova neexistuje, ale rozhodně to není jeho jediné použití. Z... Přečtěte si více Novint Falcon. Falcon není zařízení virtuální reality jako takové, vzhledem k tomu, že jeho pracovní prostor je koulí jen pár palců - to řekl, že poskytuje vysokou přesnost, tříosou silou zpětné vazby, a je jediným zařízením v bodě spotřebitelské ceny, které ano tak.

Novint již nějakou dobu pracuje na exoskeletu založeném na pažích zvaném Xio, ačkoli se zdá, že tento projekt je prozatím v mezích, následkem finančních potíží společnosti.

Potenciálně by tyto druhy armatur mohly být jednodušší a levnější díky použití elektroaktivních polymerů - umělých „svalů“. jsou vyrobeny z plastů, které se stahují v reakci na elektrický proud, a jsou obecně levnější a kompaktnější než ekvivalentní lineární motory.

Akustická zpětná vazba

Zcela nezávislý přístup k problému je použití fázovaných ultrazvukových sítí k vytvoření hustého interferenční vzorce ve vzduchu, které jsou pokožkou registrovány jako pevné a mohou poskytovat skutečné odpor. Tuto technologii lze použít k promítání virtuálních 3D objektů do vzduchu, kterých se uživatelé mohou dotknout, přičemž uzly protínajících se tlakových vln vytvářejí skutečnou sílu na rukou uživatele.

Na první pohled se to může zdát magickou kulkou pro VR haptickou zpětnou vazbu. Bohužel existují určitá omezení. Rozlišení je omezeno frekvenční odezvou reproduktorů a jejich počtem: schopnost pokrýt velkou prostorovou oblast není nutně praktická.

Ještě významnější je, že došlo k podstatnému „úniku“ - akustická energie tvoří neúmyslné uzly a polouzly v prostoru kolem, kde se vytvářejí úmyslné vzory (něco, co můžete vidět v olej). Tlaky vyvolané tímto systémem jsou velmi slabé: pokouší se je upravit na objemy, které by mohly vyvinout více liber tlaku na vaše tělo by znamenalo obrovské množství energie a mohlo by být fyzicky nebezpečné uživatelé.

Nervová stimulace

A konečně, uděláme chvíli, abychom se dotkli spekulativnější technologie. Jedním ze způsobů (někteří lidé tvrdí, že konečný způsob), jak se zapojit do pocitu dotyku, je přímá stimulace nervů v uživatelských pažích, páteři nebo mozku. Tímto způsobem je možné oklamat dotek, propriocepci, celých devět yardů - včetně pocitů, jako je teplota, které by bylo nepraktické dosáhnout pomocí obleku nebo robotické armatury. Vědci by to všechno mohli udělat, aniž by vyžadovali těžkopádné robotické obleky nebo fázové akustické sítě.

V oblasti protézních končetin již bylo na této frontě provedeno několik prací, které přímo poklepaly do přerušených nervů, které vysílají signály ze senzorů v protéze, aby vytvořily syntetický pocit dotek.

Stimulace mozku může poskytnout podobnou zpětnou vazbu. Základním problémem těchto druhů technologií je to, že vyžadují poměrně invazivní chirurgický zákrok, aby mohli instalovat nervová rozhraní - chirurgický zákrok, který je nepřijatelně riskantní u zdravých lidí. Jsou také poměrně hrubé a hrubozrnné, pokud jde o přesnost zpětné vazby.

Aby to bylo praktické jako paradigma haptického rozhraní, musíte být schopni dosáhnout mnohem lepšího rozlišení rozhraní elektrod a snížit invazivnost postupu. Je zde několik přístupů, od nanotechnologie Jak Nanotechnologie mění budoucnost medicínyPotenciál pro nanotechnologie je bezprecedentní. Opravdoví univerzální montéři budou ohlašovat hluboký posun v lidské kondici. Samozřejmě je ještě dlouhá cesta. Přečtěte si více y to optogenetika Ovládání mozku pomocí světla: je to možné u optogenetikyBěhem několika posledních let se objevuje nová technika zvaná „optogenetika“, která může vědcům pomoci odhalit tajemství mozku (a léčit jeho poruchy) zcela novým způsobem. Přečtěte si více , ale zdá se bezpečné říci, že v příštích několika letech nejsou významné průlomy pravděpodobné.

Budoucnost doteku

Virtuální realita je stále časná a na hmatové rozhraní dosud neexistuje široká poptávka spotřebitelů. Obrovský zlatý nával inovací ve virtuální realitě teprve začíná a pravděpodobně budeme vidět, že všechny tyto techniky se v následujících letech značně zdokonalí.

To znamená, že žádná ze současných technologií se nezdá být dokonalá. Všichni mají alespoň jednu závažnou nevýhodu, ať už jde o kvalitu pocitu, který mohou poskytnout, nebo o překážky jejich používání. Je zcela možné, že případné „dokonalé“ řešení vstupu VR ještě nebylo vynalezeno. Pokud tomu tak je, dychtivě sleduji, s čím vývojáři přijdou dál.

Jste nadšeni haptickými VR rozhraními? Existuje zajímavý produkt nebo technologie, které jsme zde nezakrývali? Dejte nám vědět v komentářích!

Obrazové kredity: Ruční chycení Přes Shutterstock