多伦多大学团队开发可扩展开源振动触觉工具包VibraForge
虚拟现实健身训练等案例研究展示了VibraForge在不同领域的潜在用途
（映维网Nweon 2025年03月03日）空间化振动触觉反馈系统通过在身体上放置多个振动触觉致动器来传递触觉信息。在复杂的应用中需要越来越多的致动器来充分传达信息，由于现有工具包的可扩展性有限，触觉设计师发现很难创建这样的系统。
针对这个问题，加拿大多伦多大学团队提出了VibraForge，一个支持多达128个振动触觉致动器的开源振动触觉工具包。每个致动器都封装在一个独立的振动单元内，并由自己的微控制器驱动。利用链式连接方法，每个单元接收来自控制单元的独立振动命令，对强度和频率进行细粒度控制。
团队同时设计了一个GUI编辑器来加速空间振动触觉模式的创作。技术评估表明，振动单元可靠地再现波形，并具有低延迟和高带宽的数据通信。他们补充道，虚拟现实健身训练等案例研究展示了VibraForge在不同领域的潜在用途。
触觉反馈通过触觉向人体传递感官信息。振动触觉反馈可通过在皮肤振动的致动器产生触觉，因为它结构紧凑，价格合理，易于使用而受到广泛欢迎，并广泛应用于虚拟现实等各个领域。
为了在复杂任务中向用户提供足够的反馈，业界已经提出了空间振动触觉反馈系，它们利用致动器位置作为额外的通道来增强信息传输。例如，bHaptics TactSuit X40在背心使用了40个ERM来为沉浸式VR游戏体验创建本地化反馈。在水下远程操作中同样有人使用bHaptics TactSuit来传递水动力流强度。
尽管空间化振动触觉反馈系统具有巨大的潜力，但之前的系统实现显示出可扩展性和表达性的局限性。依赖于致动器和微控制器单元（MCU）之间直接连接的系统表现出有限的可扩展性，因为致动器的数量本质上受到MCU可用gpio或PWM通道的限制。
扩展致动器的数量需要多个MCU，导致系统复杂性和通信开销呈指数级增长。对于使用自定义驱动器和数据总线协议间接驱动致动器的系统，多层连接支持更多的致动器，但会损害振动表达性。
由于带宽限制，系统不能呈现复杂的波形，从而限制了可用于简单致动器的类型。另外，尽管业界已经开发了各种工具包来辅助振动触觉设计，但它们通常采用直接或多层连接，并面临相同的限制。
为了克服上述限制，多伦多大学团队提出了VibraForge。这是一个开源的振动触觉工具包，利用可扩展的模块化设计来实现振动触觉系统的快速原型。
VibraForge由控制单元和振动单元组成。控制单元从蓝牙服务器接收振动控制命令并将其发送到振动单元。振动单元是自包含的模块，由其自己的微控制器驱动驱动器。它们通过链式连接方法连接到控制单元，其中控制单元的单个GPIO引脚可以通过自定义UART协议控制多达16个振动单元。
为了更好地支持空间模式创作，团队同时设计了一个附带的GUI编辑器，从而支持触觉设计师直观地创作多致动器触觉模式。对VibraForge的技术评估表明，工具包具有高带宽（200 Hz），低延迟（16 ms），并且可以可靠地实时呈现复杂的音频信号。
通过三个案例研究，团队证明了VibraForge不仅支持对现有研究原型的有效复制，而且提高了虚拟现实健身游戏等各种应用中的用户性能。
在可用性研究中，10名具有不同技术背景的参与者在15分钟内学会了使用工具包，并完成了设计任务和自由探索活动。这项研究的结果再次肯定了VibraForge的低技术壁垒和高可定制性的潜力
相关论文：VibraForge: A Scalable Prototyping Toolkit For Creating Spatialized Vibrotactile Feedback Systems
总的来说，VibraForge工具包通过模块化设计和链式连接方法实现了可扩展性和表现力。技术评估验证了工具包的设计需求，案例研究展示了设计空间，可用性研究强调了低技术障碍和可定制性。从评估中获得的经验教训有助于改进工具箱和创建空间化振动触觉系统的通用管道的潜在方向。
