韩国研究手柄材料特性对VR感知长度的影响，助力形状变化控制器设计

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较软的手柄增加了感知长度，而导热系数较高的手柄则减少了感知长度

（映维网Nweon 2025年03月20日）在虚拟现实领域，形状变化控制器已经成为增强用户交互过程中视觉-触觉一致性的一种手段。相关方案的重点主要放在操纵形状改变控制器的惯性张量来控制感知的形状。

在一项研究中，韩国浦项科技大学团队通过探索不同于惯性信息的控制器手柄的材料特性如何影响感知形状来进行更深入的研究，重点关注感知长度。

研究人员进行了三个感知实验，分别检查手柄的柔软度，导热性和质地的影响。结果表明，较软的手柄增加了感知长度，而导热系数较高的手柄则减少了感知长度。纹理，以不同凸起的形式，同样改变了长度的感知。

团队指出，相关结果提供了感知长度和控制器手柄属性之间复杂关系的更全面的知识，扩展了沉浸式VR体验的形状变化控制器的设计选择。

在虚拟现实中，用户通常使用手持控制器与虚拟对象进行交互。然而，传统的控制器具有固定的大小和形状，导致视觉不同的虚拟物体的视觉-触觉用户体验不一致。

为了应对这一挑战，研究人员提出了一种全新的触觉控制器：形状变化控制器。这种控制器试图通过改变其物理属性（如长度、重量、不平衡和体积）来提供一致的视觉-触觉体验。

这种对多感官一致性的追求可以提高VR体验的真实感和沉浸感。形状变化控制器主要通过两种方法实现一致的视触觉对应。首先，基于动态触摸的概念复制了虚拟物体的质量分布。它需要操纵控制器的物理形状。然后，修改用户手中的控制器手柄的形状。

目前没有太多研究涉及手柄属性对动态触碰过程中形状感知的影响。所以在研究中，韩国浦项科技大学探讨了握柄的材料特性对物体形状感知的影响，特别是对物体长度的感知。

物体的质量分布力矩对感知长度有重要影响，在研究中保持恒定。团队进行了三个感知实验，重点关注手柄柔软度，导热系数和织构的影响。

18名志愿者（9名女性和9名男性；平均年龄24.9岁）参加本实验。虚拟人物手中的各种形状和材料的虚拟物体由用户手中挥动的物理控制器来表示。在这种情况下，形状改变控制器可以通过呈现相似的虚拟和真实形状来增强用户体验的真实感。

另外，“材料改变”功能的引入可以将当前的形状改变控制器提升到一个新的水平。然而，形状变化和材料变化可能会相互干扰，了解触觉特性对控制器感知形状的影响至关重要。

先前的研究强调了手持物体的质量分布力矩对其感知长度的影响。然而，这项研究向前迈出了一步，探讨了物体的材料特性是否会影响其长度感知。

团队的主要研究结果如下：

• 物体手柄的柔软度对感知长度有显著影响。增加柔软度会增加感知长度。

• 与导热系数低的物体手柄相比，导热系数高的物体手柄（如金属手柄）会减少物体的感知长度。

• 手柄质地，特别是凹凸不平，是改变感知长度的影响因素。凹凸宽度和高度的一定组合会延长感知长度，而过高的凹凸高度会减少感知长度。

研究人员指出，上述结果符合新的科学事实，并希望相关发现能够为手持VR控制器的设计提供有用的指导。

相关论文：Augmenting Perceived Length of Handheld Controllers: Effects of Object Handle Properties

需要注意的是，这个研究报告提出了更多的问题而不是答案。例如，除了刚性手柄之外，形状变化控制器可以在其整个长度上具有可变的刚度。这类手持柔性物体的形状感知，包括长度感知是一个重要的科学课题。

另外，可以探索温度（热或冷的物体）对长度感知的影响，而不是热导率。最后，本研究中测试的表面纹理相对较大，粗糙且规则。精细和不规则纹理对感知长度的影响同样与材料变化控制器有关。