微软研究可实现“弯曲、扭曲、拉伸”的特殊VR控制器

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这种控制器不是通用式装置,只适合特定的用例和场景。

映维网 2021年05月17日)双手控制器经常用于虚拟现实体验的真实感和沉浸感,而研究人员一般是通过控制器之间的机械键合来重现双手握住不同对象的感觉。然而,这种键合不能快速适应模拟动态对象。它们同时会造成控制器变得笨重,不能分开以支持自由独立的运动。

日前,韩国科学技术院和微软研究院介绍了一个名为GamesBond的项目。具体而言,研究人员探索了一对新颖的四自由度控制器,两者之间没有实际的物理键合,但可以一同弯曲、扭曲和拉伸,以创造一种物理键合的假象。每个控制器可以在任何方向从0度弯曲到30度,从-70度扭转到70度,以及从-2.5毫米拉伸到9.0毫米。当然,这种控制器不是通用式装置,只适合特定的用例和场景。

1. 应用示例

图1:控制器可以向多个方向移动,包括弯曲、扭曲和拉伸

图2:相关键合可以是:(a)刚性,从而模拟诸如用两只手握住一根实心杆的感觉;(b)柔性,从而模拟变形和柔韧感;或(c)动态,从而呈现惯性和振荡,以模拟诸如跳绳这样的对象。

图3:控制器为多用户体验打开的大门。例如(a)一个人或(b)两个人跳绳

图4:控制器可以营造一种力错觉,让你感觉自己折断一根木棒。

图5:控制器可以产生移动重量的假象,比如拿着渔网时的感觉。

图6:应用程序可以呈现不同的握把形状,例如:(a)包含独立手柄的电动螺丝刀;(b)包含两个平行手柄的锤钻;或(c)包含相对手柄的手提钻……

图7:鱼竿应用可以给人一种拉线的幻觉。

上述发明只是团队探索的数个例子,但可能性无穷无尽。

机制原理

GamesBond使用五个伺服电机来渲染四自由度变换。如图3所示,弯曲是通过衔接手柄节段的三根筋束的对抗行为来实现。三根筋束均匀分布在衔接各节段的硅胶主干周围,每根筋束的一端牢固地衔接到上节段的底部,另一端则对接下节段的伺服电机。为了弯曲控制器,调整每根筋束的长度,使其在弯曲方向按比例变短。研究人员的配置允许上节段在任意方向最多弯曲30度,实现2自由度。

扭转和拉伸则是通过移动上节段的外壳来实现(两者都实现1自由度)。具体来说,扭转使用一个内部伺服在-70度和70度之间旋转外壳。对于拉伸,另一个内部伺服驱动齿条和齿轮机制,在-2.5 mm和9 mm之间推动或拉动外壳。

相关论文GamesBond: Bimanual Haptic Illusion of Physically Connected Objects for Immersive VR Using Grip Deformation

为描述GamesBond控制器的渲染能力,研究人员进行了两项补充性的技术评估:一项有4名被试的试点研究和一项有12名被试的用户研究。定量和定性指标都表明,GamesBond能够增加虚拟现实体验的真实感、沉浸感和享受感。另外,所述设备可以最好地渲染柔性和动态对象(如跳绳),这指明了未来应用的潜在探索途径。

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