Новое устройство имитирует ощущение стен и твердых предметов в виртуальной реальности

Современные системы виртуальной реальности могут создавать захватывающие визуальные ощущения, но они редко позволяют пользователям чувствовать что-либо, особенно стены, бытовые приборы и мебель. Однако в новом устройстве, разработанном в Университете Карнеги-Меллона, используются несколько струн, прикрепленных к руке и пальцам, для имитации ощущения препятствий и тяжелых предметов.

Например, блокируя струны, когда рука пользователя находится возле виртуальной стены, устройство имитирует ощущение прикосновения к стене. Точно так же механизм струн позволяет людям чувствовать контуры виртуальной скульптуры, ощущать сопротивление, когда они толкают предмет мебели или даже дают пять очков виртуальному персонажу.

Кэти Фанг, которая закончит CMU в следующем месяце и получит совместное образование в области машиностроения и взаимодействия между человеком и компьютером, говорит, что устройство на плече использует пружинные струны для уменьшения веса, уменьшения потребления энергии аккумулятора и снижения затрат.

“Такие элементы, как стены, мебель и виртуальные персонажи, являются ключом к созданию иммерсивных виртуальных миров, и все же современные системы виртуальной реальности делают не больше, чем вибрирующие ручные контроллеры”, – сказал Крис Харрисон, доцент в Институте взаимодействия человека с компьютером (HCII). Оценка пользователей многорядного устройства, как сообщают соавторы Харрисон, Фанг, инженер Института робототехники Мэтью Дворман и докторант HCII Ян Чжан, показала, что оно более реалистично, чем другие тактильные приемы.

“Я думаю, что этот опыт создает сюрпризы, например, когда вы взаимодействуете с перилами и можете обхватить их пальцами”, – сказал Фанг. – “Также интересно исследовать ощущение нерегулярных объектов, таких как статуя”.

Командная исследовательская работа была названа лучшим документом Конференции по Факторам человека в вычислительных системах (CHI 2020), который был запланирован на этот месяц, но отменен из-за пандемии COVID-19. Документ был опубликован в материалах конференции в Цифровой библиотеке Ассоциации вычислительной техники.

Другие исследователи использовали струны для создания тактильной обратной связи в виртуальных мирах, но обычно они используют моторы для управления струнами. Мотор не будет работать для исследователей CMU, которые предполагали, что система будет достаточно легкой, чтобы ее могли носить пользователи, и доступной для потребителей.

“Недостатком двигателей является то, что они потребляют много энергии”, – сказал Фанг. – “Они также тяжелые”.

Вместо моторов команда использовала подпружиненные ретракторы, подобные тем, которые можно увидеть на брелках или идентификационных значках. Они добавили храповой механизм, который можно быстро заблокировать с помощью электрически управляемой защелки. Пружины, а не моторы, натягивают струны. Для включения защелки требуется лишь небольшое количество электроэнергии, поэтому система является энергосберегающей и может работать от батареи.

Исследователи экспериментировали с рядом различных струн и размещением струн, в конечном итоге заключив, что прикрепление одной струны к каждому кончику пальца, одной к ладони и одной к запястью обеспечило наилучшие впечатления. Датчик Leap Motion, который отслеживает движения рук и пальцев, прикреплен к гарнитуре VR. Когда он чувствует, что рука пользователя находится рядом с виртуальной стеной или другим препятствием, храповые механизмы включаются в последовательность, подходящую для этих виртуальных объектов. Защелки отключаются, когда человек убирает руку.

Все устройство весит менее 10 унций (примерно 280 грамм). Исследователи считают, что серийная версия будет стоить менее 50 долларов.

Фанг сказал, что система подойдет для виртуальных игр и событий, которые включают взаимодействие с физическими препятствиями и объектами, такими как лабиринт. Он также может быть использован для посещения виртуальных музеев. И в то время, когда физическое посещение розничных магазинов не всегда возможно, “вы также можете использовать его для покупки в мебельном магазине”, добавила она.

По материалам Techxplore