想在VR中體驗被“打臉”的感覺嗎?

青亭網( ID:qingtinwang )--鏈接科技前沿,服務商業創新

VR與力反饋、體感反饋結合已經不是新鮮的概念,目前市面上各種VR手套可提供震動反饋、觸覺模擬反饋、后坐力模擬反饋、壓力反饋等效果,甚至有的還可以模擬重力或者阻力等。總之,人體各個位置幾乎都可以結合體感反饋來增強VR的沉浸感,除了頭部,因為頭部需要戴VR頭顯,而頭顯一般不會集成體感反饋裝置。

ElastImpact-1

因此為了模擬在VR拳擊中被“打臉”等體感,增強VR自然交互感,臺灣科研人員提出一種可模擬2.5D瞬時沖擊反饋的方案:ElastImpact,它的原理是通過橡皮筋的反彈性質,從xyz三個方向同時快速沖擊VR頭顯(模擬特定角度),利用頭顯對人臉的間接作用力,讓用戶的面部和頭部也能感受到較為逼真的VR力反饋。

那么間接的作用力能有效模擬撞擊反饋嗎?科研人員認為,與拉和推等動作不同,撞擊作為日常生活中和VR中的常見效應,會在一瞬間產生沖擊力,而不需要一個過程。因此快速沖擊力在很大程度上會讓你有一種被打到的感覺。

當然不得不承認,正是由VR頭顯的遮擋,ElastImpact只能模擬2.5D/偽3D的力反饋體驗感,而且如果真的追求3D體感反饋,那么垂直方向的沖擊力可能會過大,甚至導致頭顯位置偏移,影響體驗感,因此2.5D是一個比較理想的方案。

1573908827826

據了解,ElastImpact包含三個沖擊裝置,分別位于頭部兩側和前側,它們的沖擊動作由制動器控制。頭部兩側的沖擊裝置是固定的,并且與HTC Vive VR頭顯相連,它們將提供垂直于用戶頭部的撞擊(0.5D Z軸撞擊),而位于頭部前側的沖擊裝置則是與一個代理碰撞器相連,固定在一個容器內,在直流電機推動下在以頭顯的切面方向面旋轉,并提供xy平面的2D沖擊力。

在一個最小可覺差(JND)實驗中,科研人員發現人的頭部能夠區分出垂直方向和平行方向的沖擊力。根據這一結果,他們便將垂直和平行的沖擊力反饋結合,打造了這個2.5D力反饋方案,并通過了VR實踐學習來證實2.5D撞擊能夠大幅提高VR內容的逼真感。

ElastImpact方案構成

1573908804115

據悉,ElastImpact方案的硬件部分由多種精密結構組成,比如其中的三個沖擊裝置分別包含一個橡皮筋、機械制動器(包含一個伺服電機)、直流電機(用于儲存撞擊力)。方案中使用的制動器則是采用了3D打印的卯榫結構。微型的伺服電機會通過上下移動榫結構來控制和釋放橡皮筋(1厘米寬、8厘米長),而橡皮筋所儲存的彈性大小則由固定在另一頭的輪軸和旋轉編碼器來控制。

兩個沖擊裝置利用可調節的魔術貼材質固定在HTC Vive頭顯兩側,能夠提供一種垂直的撞擊反饋。而為了模擬擦過面部表面的沖擊力,另一個位于頭顯前側的沖擊裝置會采用一個代理碰撞器,其目的是通過撞擊VR頭顯來間接模擬擦過人臉的體感反饋。

1573908783840

位于前側的沖擊裝置由一個3D打印的圓形架子和一個可旋轉的裝置組成,代理碰撞器位于可旋轉的部分,可在xy平面的多個方位對VR頭顯產生撞擊。同時,為了幫助用戶區別不同方向的xy平面沖擊力,科研人員將沖擊裝置在頭顯的頂部加強固定,讓沖擊的方向感更明確,當然為了防止沖擊力過大,也在其中加入了緩沖的泡沫墊。

1573908844469

總之,整個硬件方案重量達960g(包括HTC Vive在內),也就是說ElastImpact方案總重405g。

優化ElastImpact方案

1573908855279

科研人員希望從三點對ElastImpact進行優化:體感反饋的逼真度、便攜性、安全和舒適感,于是進行了兩項實驗,希望從中了解到可以進行哪些優化。

在第一個實驗中,科研人員找來12位體驗者,讓他們體驗不同力度和不同方向的沖擊力,看他們能否清楚區分它們。在這項實驗中,為了避免ElastImpact的額外重量影響體驗者對于力量的區分能力,科研人員使用了一個固定在天花板上的滑輪系統,這樣體驗者只會感受到Vive頭顯的555g重量。

在實驗中,科研人員發現3.5N是目前系統能實現的最大垂直沖擊力,而1.3N的力度也足以被明顯感知,而xy軸水平力量則設定在0.5N和2.7N之間。此外,體驗者們在1.3N、1.5N和1.9N垂直沖擊力實驗中可感受到0.8N的偏差,而xy軸沖擊力是嚴重,80%體驗者可識別0.4N的差別,90%可識別0.8N差別。

因此,科研人員選擇出1.3N、2.1N和2.9N三種不同的垂直沖擊力度,以及1.1N、1.9N和2.7N三種不同的xy切面沖擊力度。

除了力度外,科研人員還需要找出體驗者能夠區分方向的設計,尤其是在xy切面沖擊方案中,為了讓向上的沖擊力更容易識別,還是用了一個接地的設備,不過考慮到VR頭顯在受力后會返回原位,產生一個向下的動作,可能會混淆體驗者對于力量方向的感知,因此還需要進一步用VR的視覺反饋來提升逼真感。

1573908871509

在第二項實驗中,科研人員觀測到ElastImpact對于體驗者與VR交互的影響,并通過與其他方法進行對比,判斷ElastImpact能否提升VR的逼真感。

在這項實驗中,科研人員制作了兩個VR場景,分別為拳擊和守門游戲。在拳擊場景中,體驗者會感受到對面拳擊選手使出的三種拳擊動作:直拳、平勾拳、上勾拳。而在守門場景中,體驗者會感受到來自左、右、上、下、中間這5個方向射來的球,每一次也會有三種不同的速度。

在完成實驗后,體驗者們反饋ElastImpact所提供的瞬間沖擊比直接推動VR頭顯的感覺更逼真,并且驗證了,與只有一個方向的力量相比,2.5D多個方位的反饋更容易區分,而且也可以更多樣化。

總之,ElastImpact是一個有潛力的可行方案,不過還處于初期階段,而且是一個比較復雜精細的方案。為了讓用戶更好地感受到清晰的沖擊力,未來科研人員計劃在下巴部分也增添新的體感反饋裝置。另外,整個方案的重量和體積還有待優化,而且前置的轉盤裝置也需要增加更多旋轉的角度。本文系青亭網翻譯自:acm

更多精彩內容,關注青亭網微信號(ID:qingtinwang),或者來微博@青亭網與我們互動!轉載請注明版權和原文鏈接!
青亭網

微信掃碼關注青亭網

青亭網

青亭 | 前沿科技交流群01

責任編輯:小新
分享到QQ 分享到微信
切換注冊

登錄

忘記密碼 ?

您也可以使用第三方帳號快捷登錄

Q Q 登 錄
微 博 登 錄
切換登錄

注冊

河内一分彩app