Hands On How Haptic Technologies přinese dotek VR

Téměř všechny působivé důvody, proč technologie virtuální reality vyfukuje vaši mysl za 5 let Proč technologie virtuální reality vyfukuje vaši mysl za 5 let Budoucnost virtuální reality zahrnuje sledování hlavy, očí a výrazů, simulovaný dotyk a mnoho dalšího. Tyto úžasné technologie vám budou k dispozici do 5 let nebo méně. Práce VR dosud provedená se zaměřila pouze na dva smysly: váš zrak a váš sluch. To je skvělý začátek a ten, který umožní spoustu silných zážitků, VR se chystá změnit filmařství navždy: Zde je návod, jak se VR chystá změnit filmařství navždy: Zde je návod, jak virtuální realita je nový způsob komunikace s vaším divákem a mnoha lidmi s pozadí v tradiční filmové tvorbě shledávají možnosti vzrušující. , ale je neúplný. Aby bylo možné plně ponořit uživatele do interaktivních prostředí virtuální reality, bude nutné vybudovat periferie, které plně zapojí váš pocit doteku.

Bohužel, dotyk je mnohem těžší blázen, 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 artikuluje komplikované obousměrné interakce se světem.

To je orgán, který se haptická technologie snaží oklamat, a je to těžké. Existuje celá řada periferií Další krok v ponoření virtuální reality - Razer Hydra a Omni Další krok v ponoření virtuální reality - Razer Hydra & Omni Nyní, když je Oculus Rift v rukou vývojářů a nadšenců (přečtěte si moji rozsáhlou recenzi) (Oculus Rift), práce na spotřebitelské verzi je již v plném proudu. Vyvíjejí se nové hry, existující…, které pomáhají budovat ponoření, ale zatím žádná není k dispozici, poskytuje skutečně přesvědčivé hmatové zážitky.

Problém je ještě horší, protože stimulace kůže nemá dlouhou historii výzkumu, který optické displeje dělají. První použití skenovacího displeje k opětovnému vytvoření obrazu bylo v roce 1907 a výzkumníkům a technikům trvalo téměř celé století, než dostali 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. Technologie jsem zařadil podle kvality zkušeností, které mohou potenciálně poskytnout, a toho, kolik práce je potřeba, než budou komerčně využity.

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, cítí se malý pokles a silnější puls, když ho aktivují (podobně jako silová zpětná vazba na moderních obrazovkách smartphonu).

Tento druh zpětné vazby lze také použít k vyjádření struktury 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 doteku a nikdy nebude moc ponořením.

Haptics Skin Shear Haptics

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

Jak se kůže natahuje, zvyšuje se pocit tlaku. To je užitečné, protože střih kůže je něco, co se mechanicky snadno reprodukuje, a může poskytnout iluzi trvalého tlaku, což není možné pomocí jednoduchého vibračního motoru..

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

Výsledky jsou překvapivě přesvědčivé pro jednoduchost mechanismu. Je snadné si představit vytvoření rukavice, která poskytuje tento druh zpětné vazby s větší přesností a umožňuje virtuálním objektům hustotu, ne-li pevnost: objekty se mohou cítit tvrdě, prostě nebudou moci zastavit pohyb ruky uživatele.

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

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 tělu, nebo k zemi, a brání tak jeho pohybu mimo hranice virtuální geometrie..

Jen za ruku (umožňující uživateli chytit a cítit solidnost virtuálních objektů, vypadá to 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 ve výše uvedeném videu cenu za zařízení, 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 přesvědčivé haptické zpětné vazby dotyku pevného objektu. Pokud uživatel opře ruku o virtuální zeď a tlačí, musí systém detekovat pohyb, konzultovat se simulací, aby zjistil, že se dotýkají pevného objektu, a poté fyzicky (a plynule) pohybovat kotvou, aby odolal pohybu a vrátil uživatelská ruka do své 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, která se stala součástí spotřebitelské úrovně, je ve formě zařízení, jako je Touch něco, co tam není - haptická technologie [MakeUseOf vysvětluje] Touch něco, co tam není - haptická technologie [MakeUseOf vysvětluje] Haptics is 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. Od ... Novint Falcon. Falcon není zařízení virtuální reality jako takové, vzhledem k tomu, že jeho pracovní prostor je koulí jen pár centimetrů napříč - to znamená, že poskytuje vysokou přesnost, tříosou zpětnou vazbu síly a je jediným zařízením v bodě spotřebitelské ceny. to dělá.

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

Potenciálně by tyto druhy armatur mohly být jednodušší a levnější pomocí elektroaktivních polymerů - umělých „svalů“ vyrobených 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 hustých interferenčních vzorců ve vzduchu, které jsou pokožkou registrovány jako pevné, a mohou poskytovat skutečný 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 důležitější je, že je to podstatné “únik” - Akustická energie vytváří neúmyslné uzly a polouzly v prostoru kolem, kde se vytvářejí úmyslné vzorce (něco, co můžete vidět v oleji). Tlaky, které tento systém vytváří, jsou velmi slabé: pokusit se o jejich zvětšení na objemy, které by na váš organismus mohly vyvíjet tlak více kilo, by vyžadovalo obrovské množství energie a mohlo by být pro uživatele fyzicky nebezpečné..

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 protetických končetin již byla na této frontě provedena nějaká práce, která se přímo dotkla přerušovaných nervů, aby vyslala signály ze senzorů v protéze a vytvořila syntetický pocit dotyku.

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 hrubí a hrubozrnní, co se týče přesnosti zpětné vazby.

Aby to bylo praktické jako paradigma hmatového rozhraní, musíte být schopni dosáhnout mnohem lepšího rozlišení rozhraní elektrod a snížit invazivnost postupu. Existuje několik přístupů, od nanotechnologie, jak nanotechnologie mění budoucnost medicíny Jak nanotechnologie mění budoucnost medicíny Potenciál nanotechnologií je bezprecedentní. Opravdoví univerzální montéři budou ohlašovat hluboký posun v lidské kondici. Samozřejmě je ještě dlouhá cesta. y k optogenetice ovládání mozku pomocí světla: je to možné s optogenetikou ovládání mozku pomocí světla: je to možné s optogenetikou Během několika posledních let se objevuje nová technika zvaná „optogenetika“, která může vědcům pomoci odhalit mozková tajemství (a léčit) jeho poruchy) zcela novým způsobem. , ale zdá se bezpečné říci, že v příštích několika letech jsou velké průlomy nepravděpodobné.

Budoucnost doteku

Virtuální realita je stále časná a dosud neexistuje široká poptávka spotřebitelů po hmatových rozhraních - ale bude. Obrovský zlatý nával inovací ve virtuální realitě teprve začíná a je pravděpodobné, že se všechny tyto techniky v nadcházejících letech značně zdokonalí..

To znamená, že žádná ze současných technologií se nezdá být dokonalá. Všechny mají alespoň jednu závažnou nevýhodu, ať už jde o kvalitu pocitu, který mohou poskytnout, nebo o překážky jejich používání. Je možné, že případné “perfektní” 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 nezaložili? Dejte nám vědět v komentářích!

Image Credits: Hand catch Via Shutterstock