韩国研究员研发力反馈VR控制器ElaStick,用弹性筋模拟柔性运动响应

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它能够独特地再现对象的柔韧性和可变形性

映维网 2020年11月27日)触觉技术为增加虚拟现实的真实感提供了一个巨大的机会。事实上,用于游戏和仿真的触觉控制器能够显著提高相关体验的真实性和享受性。用户对虚拟世界的感知受到有形代理和触觉错觉的极大影响,再结合视觉界面,这将有助于改变用户的感官体验。

业界和学界已经出现了众多既利用触觉反馈又利用力反馈的系统。过去的大多数努力都是由商业可行性和经济可行性驱动,而这往往会导致人们更倾向于使用振动电机来产生触觉反馈,而不是更复杂的机械装置。然而,第二种方法特别有趣,不仅因为它正在不断成熟,变得越来越被接受和可行,而且还因为它能够产生非常真实的动态特性感觉,可以模拟重量、质量运动、冲击,和阻尼振荡。所有这一切都是传统的触觉刺激所不可能支持的感受。

日前,韩国科学技术院的一个研究小组凭借名为ElaStick的项目获得了“ACM UIST 2020”研讨会的最佳论文奖。这是韩国院校首次在大会获得最佳论文奖。

ElaStick是一款手持式力反馈控制器。在握持时,它能够独特地再现对象的柔韧性和可变形性。例如,想象一下你拿着一根柔性梁,如一把击剑或一根钓鱼竿。

柔性梁的移动会导致质心的感知偏移,而其振荡将产生随长度、横截面和材料成分而变化的独特动态响应。所以,ElaStick可以作为一个可变刚度控制器来模拟由于振动或摆动柔性虚拟对象而产生的动态响应。

这是通过沿一个关节动态改变四个自定义弹性筋的刚度来实现。其中,所述关节能够有效地增加和减少控制器沿两个独立轴(2自由度)的整体刚度。例如,有了这个装置,我们可以创造一种拿着一把钓鱼竿的错觉。钓竿前端感觉颤抖柔质,而后端握柄则感觉僵硬结实。类似地,我们可以将刚度映射到对象的其他参数,例如长度和横截面,从而真实地渲染对象在现实世界中的响应。

为了演示ElaStick控制器的潜力,团队构建了几个应用程序,如上面的视频所示。团队主要关注三组应用程序。

  1. 击剑应用展示了设备通过两个独立轴渲染不同刚度的手能力。用户可以体验击剑与三种类型的刚剑,每一把都有着特定的刚度。花剑最为灵活,薄薄的矩形横截面允许它在任何轴上弯曲。马刀刀身较短,较硬,横截面呈Y形,使刀锋在垂直轴上更为坚硬;重剑最为坚硬,其三角形横截面使刀锋均匀坚硬
  2. 对于搅打机应用,用户可以体验到刚度的动态变化。在这款应用程序中,用户在碗中体验搅打奶油。最初,面糊为液态,而且在任何方向上都是柔性。随着时间的推移,面糊会变得更加坚硬。
  3. 最后的应用程序展示了一种控制控制器的替代方法,并为日后定制具有可选形状参数的控制器打开了大门。在名为扭力器的应用中,一个附加的物理手柄会接在弹性棒的顶端,并将设备变成一个双手动控制器,从而模拟用于健身的扭力器。通过弯曲设备,用户会体验不同程度的刚度,类似于扭力器的重量调整。

有关ElaStick的更多信息,请前往项目官网以访问相关说明及论文。

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