万物皆可摸?「宅男梦」快实现了

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06-14 12:18

暴雨中潮湿的土地、雪山峰顶冰凉的岩壁、爱慕之人像麦浪一般起伏的身体……

你可能曾把不可触摸之物在脑海中幻想过一万遍,但没想到这很快能成真。

霓虹国前阵子就推出了一项关于「虚拟触觉」的新技术。它由日本产业技术综合研究所的研究人员中村则雄近期发明,能解决 VR 和  AR「看得见摸不着」的问题。

虚拟触觉的本质在于「欺骗」大脑。这一款小巧的手握式设备利用了这点,只要将它一端连接到手机、电脑等设备,人们握住它就能感觉到轻微振动。

▲ 虚拟触摸设备

这个轻微振动并不简单:当左右前后拉伸移动设备时,就像在拉拽皮筋或按压弹簧,它能发出特殊的振动波来刺激皮肤,传递信号「欺骗」大脑,然后你就能选择各式各样的触觉体验,满足一些大胆的想法。

不过记者现场的体验很简单:握住这款小型设备时,当电脑呈现出砂石或者粗糙壁纸的图案时,移动手持设备就像触摸到真实的物体。

其实,这款设备只是掀开了虚拟世界的一个小入口。

虚拟触觉的「秘密」

目前虚拟现实的样子就是:听得到、看得到,但感觉不到任何东西。

想象一下:

  • 在虚拟世界中,我们伸手想温柔抚摸的人,伸过去却只能穿过泡影;
  • 我们将一块岩石砸入海浪之中,但像搬起一块棉花一样毫无知觉;
  • 我们在高楼厦宇间飞身跳跃,但是却无比清晰地感觉到自己只是在平地奔跑……

这是一种诡异的体验,但人们很容易就沉浸在现有的新鲜感中失去判断。

对听觉和视觉来说,每秒 24 帧的电影就能欺骗眼睛和耳朵,但是虚拟触摸很难被大脑当真。

触摸感形成于一片非常复杂的细胞网络,它可以检测到不同类型的物理接触,以告诉你柜子要用多大力度打开,电梯的按钮要怎样才能启动等等,这些信息都需要基于与物品的互动,并将意识源源不断综合起来流向大脑。

因此虚拟触觉就得让你的手指「接触」到物体表面,并给你足够多的信息让你的大脑相信物体就在那里。

这个信息就来源于我们每天与真实物体触摸交互时产生的振动。

▲ Plexus 虚拟现实手套

我们的手指可以感觉到 1000 赫兹的振动,这让我们能在触摸不同虚拟物体时感受到不同的纹理,粗糙的石头、光滑的纸张、柔软的毛衣都会产生不同的振动。

这种振动比耳朵听到的频率低,但跟听到音阶中的不同声音一样,大脑也会将每种材料触摸感放到特定的频率组合中,因此只要将振动频率的混合制造出来,就可以欺骗大脑我们正在「触摸」这件物体。

▲ Oculus 与 Facebook 共同打造名为 HapticWave 的实验性装置,透过不同频率振动让使用者手掌感受到不同「触感」

英国触觉虚拟体验初创公司 Tactai 首席科学官 Kuchenbecker 还和她的团队创建了一个触摸感觉数据库,目前已收集了 100 多种感觉。

通过扫描物体,他们不到一分钟就能收集触觉的重要特征数据,并且通过专有算法,将库中的感觉分配为不同的触觉对象属性(HOP),包括表面的柔软度、纹理、摩擦力、敲击感等等,甚至基于视觉识别,他们还可以将现有视频游戏中的物体转换出触摸感,并从他们的数据库中找到对应的纹理,从而让用户体验到真实触感。

逼真的虚拟现实系统,应该包括三个本质特性:沉浸性、交互性、想象性。实现了这三点,再结合人体其余几种感官,我们就能真正达到自然、真实、无限的虚拟体验。

▲ 一种名为  FlyJacket 的虚拟可穿戴设备,使用者扭动身躯就能体验到飞翔的感觉. 图片来自:EPFL LIS/YOUTUBE

现在有什么可「摸」的?

只是,目前的硬件都不足以实现全面的虚拟感官。

但匮乏就是一切行为的源动力,各大公司都在不断尝试着更多新的可能性。

现在市面上和在研的虚拟触觉设备主要分为两类:手持式和穿戴式。

手持式

上文中村则雄发明的设备就属于手持式,类似的还有微软 5 月新推出的名为 TORC(Touch hard Controller)的小型实体设备。

它主要通过内部触摸和力传感器来检测移动拇指的位置,其中有两个执行器,当拇指移动旋转或按压物体时,能感受到运动和阻力、纹理和深度,以及一种独有的顺从感:当你按压对象时,对象表面确实出现了下凹感,这就是一种力的顺从感。

这将赋予与目前商业 VR 或 AR 控制器完全不同的高度灵活的体验。因为这种自然的动感,能让人们无需切换模式,就能挤压虚拟对象或者在手中揉捏它们。

例如,当你通过 TORC 抓起虚拟钥匙时,能够将钥匙插入钥匙孔并转动开门;当你抓取一个物体,但拇指间的力太小不足以抓握时,TORC 的传感器就能感应到并让物体掉落,当你太过激情大力挤压某样物体时,画面可能会提醒你,轻一点。

大部分原型设备都只能模拟出特定的质地、温度、重量等感觉,但微软一直在探索如何将现有技术应用到手持式 VR 控制器上,以产生多种触觉感受。

他们开发的第一款多功能触觉控制器叫 CLAW,它有一个独特的机械臂,能将模拟力反馈到用户的手掌和手指上,食指尖端下方还有个音圈,能产生振动模仿物体表面的结构触感。

而后推出的 Haptic Wheel 触觉控制器,能进一步模拟食指对虚拟物体的材料和表面摩擦的触觉体验。其中的驱动转轮,能通过旋转来模拟指尖和虚拟物体表面的摩擦,当你放纸牌、按按钮、推动物品时都能有接近真实的触感。

为了解放人们的双手,微软又推出了 Haptic Links,它由几种类型的连接器组成,可以动态地改变用户双手间的力量,能加强用户与虚拟世界的交互,模拟更大范围的的摩擦、粘度和肢体伸张。

这些「手持式」虚拟触摸设备,通常运用的是通过运动、位置和力的作用产生的感觉,而另一种为「穿戴式」设备,则是用温度、摩擦和压力产生的触觉,这可能更贴近我们想象中的,《头号玩家》的感觉。

穿戴式

穿戴式的「虚拟触觉」设备大部分集中在手套上,Contact CIEPFL HaptX 这些公司都已经展现过各类方案。

Contact CI 的 VR 体感手套 Maestro,通过内置的马达刺激真实的肌腱,从而欺骗大脑产生触感;EPFL 制作出了一种轻型的虚拟现实手套,厚度只有 2 毫米,每根手指重量不到 8 克,让人们达到更自由的触感体验;HaptX 开发了一种基于触觉的手术手套,能让外科医生进行模拟的零风险手术,这将为医疗行业的技能培训带来新的面貌。

HaptX 手套

上个月,索尼也被外媒挖出了「触觉力反馈手套」专利,人们在戴 VR 设备进入虚拟环境时戴上它,能感受到虚拟实境中的物体形状、物理纹理,同样还有手到放置在虚拟对象上的压力。

而且这项技术不只用在手套上,还适用于帽子、鞋子、衣裤,或者直接嵌入 VR 头显。提供触觉的机制包括压缩气体、冷热元件、震动马达、液体、甚至相变材料。

那么我们将可以获取牵手、拥抱、抽打、射击、地震等多种体验,当你在游戏中中枪,你甚至可以感受到皮肤被骤击的刺痛感,伤口处迅速缩紧,血液粘稠地大片流出……

另外,正因虚拟触摸其中振动转换的原理,穿戴式设备还能够帮助到听障、视障人士。

神经科学家大卫・伊格曼(David Eagleman)开发了一种带有 32 个振动电机的背心 VEST,它曾在《西部世界》出现过,人们用它来判断正在接近的敌人。因为其中的声音和视觉的信息流都能转化为皮肤上的振动,因此听障人士和视障人士都能借此更好地理解世界。

Eagleman 说道

当视障人士第一次佩戴有 VEST 技术的腕带时,他们可以立即分辨出狗吠和婴儿哭泣之间的区别,烟雾探测器、路上的警笛以及汽车经过的警报的区别。这是大脑适应新的感官输入源能力的有力证明。

▲《西部世界》中的背心. 图片来自:HBO

为了实现整个身体的触感,英国开发团队 Tesla Studios 还推出过世上首款虚拟现实全身触控体验套件,能让人全面感受虚拟世界的物体大小、形状、重量、纹理、温度。

这款名为 Teslasuit 在今年的 CES 上正式亮相,包括一套由夹克和裤子组成的智能纺织两件式紧身连衣裤,就像第二层皮肤一样贴在身体上。

它的触觉技术允许传输触摸,也就是能基于微型计算机控制的微小电脉冲,将感觉从虚拟世界传到人体,触达肌肉和神经末梢,让身体更加敏感和活跃,从而进入一种更深入逼真的高频体验。

因为它能以高精度和频率跟踪整个身体运动,未来 Teslasuit 将被用于 VR 培训以及游戏、娱乐、健身、医疗保健等生活的各个方面,单从感情上来看,你就可以随时来场虚拟约会,牵牵小手交个朋友,异地恋情侣也不用柏拉图恋爱了,你还可以触摸到逝去的亲人的脸庞……

虽然目前消费级的虚拟触觉产品还未普及,现在一套虚拟设备的价格依然不菲,但将触觉带给 VR,对于建立拟真度更高的虚拟世界是不可或缺的。

在神经工程、材料科学的进一步推进,以及 AI、VR、AR 发展越来越快的趋势下,虚拟触觉对我们来说越来越重要,这一天也离我们越来越近了。

王小波 1996 年发布了一篇文章《盖茨的紧身衣》,预言 20 年后我们用上 VR 的场景:

▲《盖茨的紧身衣》节选

虽未完全实现,但也可以看出,美好的想象一直离现实并不遥远。当视觉、听觉、嗅觉、味觉、嗅觉在虚拟世界合而为一,我们或许就能拥有另一种无限接近真实的虚拟人生。

只是需要提醒的是,无论是在「虚拟触觉」触手可及的未来,还是仍处于想象探索阶段的现在,一定记得回头告诉自己:

保持清醒。

题图来自:纽约时报

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