（文章來源：雷鋒網）

雖然 VR 和 AR 在過去 30 年里取得了巨大的進步——已經能夠為用戶提供夢幻般的視覺和 3D 音頻世界，但當我們伸出手去觸摸那些虛擬物體時，幻想就會瞬時破滅，用戶觸摸到的只有空氣。

虛擬觸覺難以實現有很多原因?？催^電影的人都明白，眼睛和耳朵可以被每秒 24 幀的電影欺騙，但是觸覺卻很不同，它要更復雜。實現虛擬觸感的一部分挑戰(zhàn)來源于硬件。在實驗室中，設計一個適合個人用戶穿戴的手持式設備往往很困難，目前許多原型設備僅僅能夠模擬特定的感覺，例如質地、溫度或重量，這種設備往往缺乏吸引力。而更加復雜的機械技術則可能導致設備太昂貴，太大或太脆弱而無法出現在消費市場。

微軟研究團隊一直在探索如何利用現有技術在手持式 VR 控制器上模擬產生多種觸覺感受，使用戶能夠觸摸和抓住虛擬物體，感受指尖在物體表面的滑動。他們的夢想是讓用戶能與虛擬數字世界進行更自然、更多元的交互。

作為一個多功能控制器，CLAW 包含普通 VR 控制器的所有功能（拇指按鈕和操縱桿、6DOF（Degree of Freedom）控制、食指觸發(fā)器），以及為最常見的手部交互時啟用的各種觸覺渲染：抓取物體，觸摸虛擬表面，以及接收力反饋。

如果用戶握住手柄并做出指向手勢，那么 CLAW 會提供觸摸感覺。手指尖朝向虛擬物體表面移動時，CLAW 會產生阻力，將手指推回并阻止手指穿透虛擬表面。此外，當食指沿著虛擬表面滑動時，安裝在食指尖端下方的音圈會產生小振動來模仿物體的表面結構觸感。感知用戶施加的力量也可以幫助用戶與虛擬物體進行交互。例如在虛擬繪畫程序中，程序可以通過感知用戶的手的力度來調整畫筆的力度。

為了進一步模擬食指對虛擬物體的材料和表面摩擦的觸覺體驗，微軟還開發(fā)了另一種新的觸覺控制器——Haptic Wheel。Haptic Wheel 使用的驅動轉輪通過上下移動來模擬手指與虛擬物體表面的觸碰，并且通過旋轉來模擬用戶沿著虛擬表面滑動時產生的剪應力（shear forces）和滑動感。當用戶觸摸虛擬物體表面時，轉輪會上升并接觸到指尖，然后開始旋轉來模擬指尖與虛擬物體表面的摩擦。

該設備的轉輪是可替換的，可以包含各種物理觸覺元素，以便在用戶探索虛擬環(huán)境時為用戶提供不同的感受。當用戶探索虛擬環(huán)境時，渲染引擎會根據環(huán)境為手指傳遞適當的觸覺感受。例如，在虛擬紙牌游戲中，當用戶觸摸卡片、撲克籌碼或桌子時，該裝置就會旋轉轉輪以在指尖下面呈現適當的紋理感受。當用戶沿著表面滑動時，轉輪會在手指下面旋轉以產生剪應力和滑動感。

在觸覺探索中，另一個難以解決的問題是如何模擬在 VR 或 AR 應用程序中使用雙手的情況。 比如說雙手拿著一個盒子感覺它的大小，或者使用雙手在弓箭上感受到那種拉力。

Haptic Links 由幾種類型的連接器組成，這些連接器能夠在兩個手持式 VR 控制器之間提供不同的剛度感受。Haptic Links 可以動態(tài)地改變用戶雙手之間感受到的力量，以支持渲染各種雙手使用的物體以及與人之間的交互，使控制器表現得就像一個雙手使用的工具。它們可以約束控制器之間的特定自由度或運動方向，也可以設置在一定范圍內的剛度，以模擬不同的摩擦、粘度或張力。通過這些方式，Haptic Links 使 VR 場景中的交互更加真實，給人以身臨其境之感。

Haptic Links 可以改善虛擬環(huán)境中需要雙手操作的物體的感知真實性，而不會過于影響兩個控制器的正常交互?！皞鹘y(tǒng)” 的虛擬現實體驗本質上是強烈視覺化的，因此視覺受損者通常無法使用。微軟研究院開發(fā)的 Canetroller 原型設備，則希望讓視力受損人士在虛擬環(huán)境中也能夠使用手杖進行導盲。

Canetroller 提供三種類型的反饋：（1）由可穿戴式、可編程制動器產生物理阻力——模擬虛擬手杖碰到虛擬物體；（2）振動觸覺反饋——模擬手杖撞擊物體或者劃過各種表面時產生的振動; （3）3D 聽覺反饋——模擬真實世界手杖發(fā)出的聲音。

Canetroller 可以讓低視力者和盲人在不同的虛擬空間中進行模擬導盲訓練，減少他們在日常環(huán)境中的危險。微軟希望這項工作能夠激勵研究人員和設計人員設計更有效的工具，使 VR 更具包容性，考慮到世界各地各種不同的群體。

微軟研究團隊在虛擬觸覺方面的這些創(chuàng)新，一方面希望可以激發(fā)其它研究者的想象，另一方面也希望能為視障等特殊人群帶來新的應用和希望，幫助他們改善生活質量。此外，研究人員還希望這些創(chuàng)新能夠鼓勵更多的消費產品使用觸覺渲染技術。相信觸覺產品很快就會讓 VR 和 AR 產品更加逼真和身臨其境。
? ? ?（責任編輯：fqj）