Ręce, w jaki sposób technologie dotykowe wprowadzą dotyk do VR

Prawie wszystkie imponujące Dlaczego technologia wirtualnej rzeczywistości zaskoczy Cię za 5 lat Dlaczego technologia wirtualnej rzeczywistości zaskoczy Cię za 5 lat Przyszłość rzeczywistości wirtualnej obejmuje śledzenie głowy, oczu i ekspresji, symulację dotyku i wiele więcej. Te niesamowite technologie będą dostępne za 5 lat lub krócej. Dotychczasowe prace nad VR skupiały się na dwóch zmysłach: wzroku i słuchu. To świetny początek, który umożliwi wiele zaawansowanych wrażeń. VR ma zamiar zmienić filmowanie na zawsze: oto jak VR ma zamiar zmienić filmowanie na zawsze: oto jak wirtualna rzeczywistość to nowy sposób komunikowania się z twoim widzem i wieloma osobami z doświadczenie w tradycyjnej produkcji filmowej jest ekscytujące. , ale jest niekompletny. Aby w pełni zanurzyć użytkowników w interaktywnych środowiskach wirtualnej rzeczywistości, konieczne będzie zbudowanie urządzeń peryferyjnych, które będą w pełni angażowały 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. Istnieje wiele urządzeń peryferyjnych Następny krok w wirtualnej rzeczywistości immersyjnej - Razer Hydra i The Omni Następny krok w wirtualnej rzeczywistości immersyjnej - Razer Hydra i The Omni Teraz, gdy Oculus Rift jest w rękach programistów i entuzjastów (przeczytaj moją obszerną recenzję Oculus Rift), prace nad wersją konsumencką są w toku. Opracowywane są nowe gry, istniejące…, które istnieją po to, by pomóc im zanurzyć się w grze, ale żadna z dostępnych 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. Naukowcy i inżynierowie zajęli prawie całe stulecie, aby uzyskać wyświetlacze wystarczająco małe i dokładne, aby zapewnić dobre wrażenia w wirtualnej rzeczywistości. Równoważna podróż, dla dotyku, dopiero się zaczyna.

W tym artykule zbadamy dzisiaj niektóre opracowywane technologie, które mogą zapewnić poczucie dotyku użytkownikom VR. Technologie uszeregowałem według jakości doświadczenia, które mogą potencjalnie zapewnić, oraz ilości pracy, zanim będą mogły zostać wprowadzone 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 na podstawie stopnia, w jakim nasza skóra się przesuwa (coś, co można łatwo przetestować, delikatnie dotykając miejsca na skórze i przesuwając palcem.

W miarę rozciągania się skóry wzrasta uczucie ucisku. Jest to przydatne, ponieważ ścinanie skóry jest czymś, co łatwo jest rozmnażać mechanicznie i może dawać złudzenie trwałego nacisku, co jest niemożliwe z prostym silnikiem wibracyjnym.

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

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

Jest to znacząca poprawa, chociaż ma wiele takich samych ograniczeń jak zwykły dudnienie - sama technologia skóry może oszukać zmysł dotyku, ale nie może oszukać propriocepcji (intuicyjne wyczucie, gdzie są twoje kończyny i jak się poruszają ). Nawet jeśli skóra użytkownika mówi im, że uderzyła w coś twardego, ich mięśnie wiedzą, że ich 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, wygląda to mniej więcej tak.

Trochę przerażające, prawda? Cóż, jest wiele rzeczy, których rękawica nadal nie może zrobić. Co jeśli obiekt, którego dotykasz, jest ciężki? Co jeśli jest to coś solidnego, takiego jak ściana, która musi opierać 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 tego typu kosztują setki tysięcy dolarów. Częściowo dlatego, 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 dotyka on stałego obiektu, a następnie fizycznie (i płynnie) przesunąć zworę, aby oprzeć się ruchowi i zwrócić dłoń użytkownika do pierwotnej pozycji.

Wszystko to należy osiągnąć, zanim mózg będzie mógł zarejestrować, że ruch się rozpoczął. To ogromne wyzwanie techniczne, a nawet najlepszy sprzęt dzisiaj nie do końca go osiąga.

Inne ograniczenie, oprócz wyzwań związanych z obniżeniem kosztów produkcji do akceptowalnego poziomu, wiąże się z wygodą technologii. Dosłownie uwiązanie się w skomplikowaną i potężną armaturę mechaniczną wiąże się z poważnymi barierami psychologicznymi. Wątpliwe jest, czy użytkownicy będą skłonni regularnie znosić tego rodzaju niedogodności, nawet jeśli technologia jest wystarczająco zaawansowana, aby zapewnić dobre wrażenia.

Najbliżej tej technologii, jaką można wdrożyć na poziomie konsumenckim, są urządzenia takie jak Touch coś, czego nie ma - technologia dotykowa [MakeUseOf wyjaśnia] dotknij czegoś, czego nie ma - technologia dotykowa [MakeUseOf wyjaśnia] Haptics jest technologia dotyku. W kontekście środowiska wirtualnego oznaczałoby to możliwość dotykania i odczuwania czegoś, czego dosłownie nie ma, ale z pewnością nie jest to jedyny użytek. Z… sokoła Novinta. Falcon nie jest urządzeniem rzeczywistości wirtualnej jako takim, biorąc pod uwagę, że jego przestrzeń robocza to kula o średnicy zaledwie kilku cali - to powiedziawszy, zapewnia wysoką precyzję, trójosiowe sprzężenie zwrotne siły i jest jedynym urządzeniem w cenie konsumenckiej to robi.

Novint od dłuższego czasu pracuje nad szkieletem szkieletowym o nazwie Xio, choć wydaje się, że ten projekt jest na razie w zawieszeniu, po kłopotach finansowych firmy.

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

Akustyczne sprzężenie zwrotne

Całkowicie niezależne podejście do problemu polega na zastosowaniu fazowanych siatek ultradźwiękowych do tworzenia gęstych wzorów interferencji w powietrzu, które są rejestrowane przez skórę jako stałe i mogą zapewnić rzeczywisty opór. 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, jest znaczny “wyciek” - energia akustyczna tworzy niezamierzone węzły i półwęzły w przestrzeni wokół której tworzone są zamierzone wzory (coś, co można zobaczyć w oleju). Naciski wytwarzane przez ten system są bardzo słabe: próba skalowania ich do objętości, które mogłyby wywierać nacisk na twoje ciało, wymagałaby ogromnej ilości energii i mogłaby być fizycznie niebezpieczna dla użytkowników.

Stymulacja nerwów

Na koniec poświęcimy chwilę na bardziej spekulacyjną technologię. Jednym ze sposobów (niektórzy twierdziliby, 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, która może być niepraktyczna do uzyskania za pomocą kombinezonu lub zrobotyzowanego szkieletu. Potencjalnie naukowcy mogliby to wszystko zrobić bez konieczności uciążliwego ubioru robota lub fazowanej siatki akustycznej.

Na tym froncie wykonano już pewne prace w dziedzinie protez kończyn, bezpośrednio dotykających odciętych nerwów, aby wysłać sygnały z czujników w protezie, aby stworzyć syntetyczny zmysł dotyku.

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. Istnieje tutaj kilka podejść, od nanotechnologii Jak nanotechnologia zmienia przyszłość medycyny Jak nanotechnologia zmienia przyszłość medycyny Potencjał nanotechnologii jest niespotykany. Prawdziwi uniwersalni monterzy wprowadzą głęboką zmianę w ludzkiej kondycji. Oczywiście przed nami jeszcze długa droga. y do optogenetyki Kontrola mózgu za pomocą światła: jest to możliwe dzięki optogenetyce Kontrola mózgu za pomocą światła: jest to możliwe dzięki optogenetyce W ciągu ostatnich kilku lat pojawiła się nowa technika zwana „optogenetyką”, która może pomóc naukowcom odkryć tajemnice mózgu (i leczyć jej zaburzenia) w zupełnie nowy sposób. , ale wydaje się, że można bezpiecznie powiedzieć, że poważne przełomy są mało prawdopodobne w ciągu najbliższych kilku lat.

Przyszłość dotyku

Rzeczywistość wirtualna wciąż jest wczesna i nie ma jeszcze szerokiego popytu na interfejsy dotykowe - ale tak 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 w końcu “doskonały” rozwiązanie wejścia 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: Złap ręcznie za pośrednictwem Shutterstock