你需要更合适的AR/VR 交互方式吗?Claw 或许可以

虚拟现实赋予了人们新奇的体验,虽然视听的真实震撼令人身临其境,但它仍然是一个缺少触感的世界。令人欲罢不能的“撸猫”让多少大好青年心甘情愿的沦为铲屎官,很大程度上就是因为这团毛茸茸带来的让人身心愉悦的绝妙触感。为了将高度逼真的虚拟世界赋予“触”手可及的感觉,研究人员一直在努力着。
最近微软就推出了一支可以打破次元壁,从现实抓住虚拟的“爪子”,被david parisi教授称为“不可思议而又前途无量的果实”
其实在claw之前就已经有了几种增强虚拟触觉的解决方案,例如外骨骼触觉装置与指尖触觉模式,这些在我们之前的文章中有过一些介绍。
外骨骼手套可以将各种力反馈到每一个指尖,让整只手好像实实在在的抓住了虚拟物体,然而手套穿戴的麻烦和成本的高昂限制了它的商业用途。指尖触觉设备比外骨骼轻巧并可以呈现各种触感,但因为缺少机械连接,因此无法对手指产生阻力来模拟抓握的手感。
claw则将这二者进行了完美的融合,而且不同的是,claw仅将受力反馈到食指而不是整个手掌上,这大大降低了长时间使用设备后的手部疲劳
爪子结构
不同于其他套在整只手上的触觉设备,claw是手持式的,用户可以用中指、环指、小指抓住把手来固定claw。拇指可以放在控制器左侧的拇指感应区域或者干脆也握在手柄上(这关系到claw触摸模式的更改)。
claw具有用于检测拇指位置的传感器以及多个输入按钮。在“爪子”的五指中,最重要的当属食指。用户将食指放入机械臂末端的开口处,食指指尖下方是音圈致动器(vca)模拟物体表面的纹理质感,例如当手拂过vr中的木头时,手指仿佛真真切切的摸到了木头表面的纹路。紧靠食指上方的力传感器感测食指触摸、抓握、触发的力道大小,被包裹住的食指变成了人与虚拟交互的窗口。力传感器上额外的旋转铰链成全了claw如扣动扳机般的触发机制。
手柄底部安装的htc vive追踪器,可以在vr场景中实现6自由度imu的追踪。最后,以上部件数据分析得到的运动学反馈即力的感觉、致动以及位移都是通过长度可调的旋转臂(下方claw触觉模式图绿色部分)来实现,在抓握和触摸虚拟物体时对食指施加阻力,让使用者感受到虚拟物体的轮廓或是挤压松软的东西的手感,不至于在vr场景中发生手与物体重叠在一起的bug。
爪子的触觉模式
触摸模式(左上):当用户收起拇指休息时,控制器处于默认的“触摸模式”
抓取模式(右上):当拇指接近红色传感器与食指对齐时,控制器转换到“抓取模式”
射击模式(中下):当用户抓住“枪”时,旋转臂(绿色)会自动旋转到位,变形为枪支形态,手指模块(粉红色)即为扳机,对于fps玩家真是贴心之举。
有了这么齐全的反馈设施,那么claw究竟是怎么精确抓住那些虚拟物体的呢?
握住claw的指尖可以发出绿色光线,当然这束光线用户是看不见的,通过检查食指、拇指指尖发出的光线与虚拟物体是否相交来判断。如果这两条光线都与一个小公差缓冲区(1厘米)内的相同物体相交,那么我们的“爪子”就成功抓到了虚拟物体。抓住物体后,通过claw进行刚度渲染。我们的触觉在控制器上会呈现类似的弹簧行为,因此我们可以模拟不同的材料(木材、金属)或软物体(黏土、橡胶球、海绵)。在闭环力控制系统下,claw能够产生高达30n的抓力和高达10n /度(5.73n / mm)的刚度。
限制和未来
适用于vr场景的claw,同样可以轻松地用于ar,手持式无线claw将允许用户同真实世界中的虚拟对象交互。但是想要达到这种运用程度还需要进行一些改进。例如claw尚未配备无线功能,外接线路束缚住了在vr中探索的自由。而且目前的claw只有右手版本,若能用两个claw模拟双手在vr世界中探索相信会更有趣。
总而言之,虚拟与现实世界之间的距离正在缩小,claw使得虚拟世界不光可以看得见,还可以摸得着,虚拟现实不再“触”不可及。

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