科學家發明能摸到的全息投影,拍虛擬籃球觸感宛如真球

看見籃球的3D全息投影已經不稀奇,但如果你能拍打、觸摸這個籃球幻像,而且能感受到它的彈性呢?智東西9月3日消息,英國格拉斯哥大學的一個工程師團隊提出一種新方法,能創造跟全息投影進行物理交互的感覺。

原標題:科學家發明能摸到的全息投影,拍虛擬籃球觸感宛如真球  來源:Tech

科學家發明能摸到的全息投影,拍虛擬籃球觸感宛如真球

當你用不同力度拍這個虛擬籃球時,你的手掌會感受到不同的彈性力道,就像在拍一個真球,你的手、手指和手腕都會有逼真的觸感。

而實現這樣宛如科幻片里的互動體驗,完全不需要可穿戴或手持外圍設備,比傳統的VR/AR系統更加輕便。

這項研究的論文題目為《交互式立體顯示的偽全息投影和氣動反饋》,已發表於WILEY智能系統領域旗艦刊Advanced Intelligent Systems上。

科學家發明能摸到的全息投影,拍虛擬籃球觸感宛如真球

01.三種模式,讓虛擬籃球拍起來像真球

如何做到逼真的籃球彈跳觸感?

研究團隊打造了一個帶有氣動觸覺反饋設備的偽全息投影。

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▲用於交互式立體顯示的帶有氣動觸覺反饋的偽全息投影

如圖,其開發的系統有3個主要組件,分別是偽全息顯示、手勢識別模塊和觸覺反饋設備。這些組件被連接到主計算機,並通過基於Unity平台的內部構建程序進行控制。

其中,偽全息顯示基於Pepper的幽靈投影方案,創造了一種物體「漂浮」在空中的錯覺;手勢識別模塊使得用戶可用手勢與虛擬對象進行交互。

除了視覺反饋外,該系統通過提供觸覺反饋來提供更真實的交互感。

其觸覺反饋設備名為Aerohaptics,當用戶操縱虛擬物體時,該設備使用指向用戶手上的加壓空氣噴射,來復制觸摸感覺,同時它還提供位置和強度控制,以適應各種交互場景。

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根據全息投影與用戶之間的交互性質,Arduino控制器單元可區分多種操作模式,包括恆壓模式、手部標志選擇模式和手部跟蹤模式。

在恆壓輸出模式下,無論手的空間位置如何,系統都會向用戶提供恆定的氣動反饋,即用戶會感受到相同的壓力。

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在手部標志選擇模式下,算法可以選擇用戶手的哪個部分(共6個標志,每個指尖各1個+手掌上1個)是跟蹤系統的目標,系統可以准確地提供氣動觸覺反饋給不同的手部標志。

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在手部跟蹤模式下,壓力基於3D虛擬成像的拓撲與用戶手的運動交互,Arduino控制器單元將手指速度值直接映射到壓力調制單元,使用戶感覺像觸碰到一個真實存在的東西。

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比如用戶試圖拍打全息籃球時,將收到與拍打球時「感知」的力度成正比的氣動反饋,能感受到球從指尖滾動時「圓圓」的形狀,以及球彈回手掌時的彈跳壓力變化。

02.定位精準到手指,拍得越重反彈越猛

隨後,研究團隊用實驗展示了其系統的兩項功能,即觸覺反饋傳遞的准確定位控制和可調觸覺反饋強度。

首先在控制觸覺反饋傳遞的位置方面,系統可控制空氣噴射以非常高的精度指向不同位置。

系統中的商業手部跟蹤設備可以檢測到用戶手部的不同位置,包括手指、手掌、手腕等,跟蹤系統和氣體噴嘴能准確控制觸覺反饋的傳遞位置。

為了證明這一點,Aerohaptics系統被編程為按順序瞄準用戶手上的單個指尖,研究人員在用戶指尖上粘了紙條,這樣就能清晰看到噴氣的位置是否精準。

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從上圖(d)中可以看到,空氣會集中噴在目標手指上,相鄰手指上粘的紙條沒有受到干擾。

其次,為了提供不同強度的觸覺反饋,其系統包含一個氣流控制機制,以調節噴到用戶手部的空氣量。這在很多情況下都很有用。

比如,當用戶的手離空氣噴嘴越來越近或越來越遠時,觸覺反饋的強度可以保持不變;當用戶試圖迅速猛拍虛擬籃球,會產生更強的觸覺反應;當用戶拍打幅度很輕時,球的反饋強度也會相應降低。

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研究人員在用戶的手掌上放了一個力傳感器,並記錄了觸覺反饋的強度,獲得的圖像結果顯示了虛擬籃球三次硬彈跳後氣流變化,然後是三次較軟的氣流,從而致使傳遞給用戶手的力發生了變化。

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03.比其他全息顯示功能更全

Aerohaptics系統由格拉斯哥大學詹姆斯·瓦特工程學院的Ravinder Dahiya教授領導的可彎曲電子和感應技術(BEST)小組開發。

Dahiya教授說,近年來,觸覺反饋和立體顯示技術取得了長足的進步,使我們更接近於與虛擬對象進行逼真地交互。

但當前的觸覺技術往往要用到可穿戴或手持外圍設備,其高成本與復雜性可能會阻礙該技術的普及。

與其他交互式全息顯示相比,Aerohaptics系統能將其他系統實現的360°視角、空中手勢識別、觸覺等功能合在一起,同時無需用戶連接設備。

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相對於其他在3D虛擬環境中提供觸覺反饋的技術,啟動觸覺反饋系統擁有反饋定位和強度控制等優勢,並保持較低的復雜性和低成本。

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04.結語:未來或引入嗅覺反饋

總體來看,與在虛擬環境中提供觸覺反饋的其他方法相比,Aerohaptics系統是一個成本效益高的解決方案,復雜性相對較低。

研究團隊正在考慮給系統添加更多觸覺反饋功能,比如溫度變化帶來的感覺,嗅覺反饋也可以通過該系統在氣流中引入各種氣味來提供。隨著後續進一步發展,Aerohaptics系統擁有實現多種感官相互作用的潛力。

這在現實生活中的應用有相當廣闊的探索空間,比如可以為遠程電話會議創造更逼真的3D渲染互動,幫醫生在虛擬空間執行棘手的操作,或者讓醫生遠程指導機器人進行真正的手術。

來源:cnBeta