盘点近五年内超有趣的VR触觉技术，“折纸”都能当VR控制器了？
智东西（公众号：zhidxcom）
编译 | 刘柏涵
编辑 | 程茜
智东西11月7日消息，上周，美国虚拟现实媒体Road to VR的记者Ben Lang总结了过去五年内他认为最有趣五种VR触觉技术，包括带有力反馈的触觉操纵杆、VR Touch触觉反馈系统、ThermoReal热触觉技术、3DHaptics控制器和HaptX Gloves触觉手套。
这五种VR触觉技术在不同方面取得了一定的成绩：带有力反馈的触觉操纵杆采用折纸结构，可以360度随意旋转并感知物体软硬；VR Touch触觉反馈系统看上去只是简单的塑料片，但它能提供抓取、触摸和操控等多种触觉；相比于以往的热触觉技术，ThermoReal热触觉技术能够更快、更强的感知冷热；3DHaptics控制器能让用户精准感知力的方向；HaptX Gloves触觉手套利用微型气动执行器阵列和机械制动器，可以为用户提供非常真实的触觉感受。
现在，VR控制器大多采用震动反馈，但还有许多其他的触觉技术有待广泛应用于VR控制器领域，它们相较于震动反馈在为用户创造沉浸感方面更具优势。下面就让我们来看一下哪五种VR触觉技术能让Ben Lang觉得印象深刻。
一、力反馈操纵杆：可360度旋转，感知虚拟物体软硬
2019年的国际消费电子展会（CES）上，瑞士的VR摇杆设备研发商Foldaway Haptics展示了一种带有力反馈的触觉操纵杆。该款设备采用折纸状结构，可以360度旋转并向任何方向倾斜。它能够像一个普通的操纵杆一样工作，类似于人们用拇指控制无人机控制器、游戏手柄上的摇杆，更重要的是它能够在任何方向上推拉用户的拇指，比一般摇杆的运动幅度更大，方便了用户的操作。
设备旋转示意图
在本次展会上，Ben Lang使用该款操纵杆和中国台湾消费电子公司HTC的VIVE头显，体验了Foldaway Haptics开发的一个小型演示游戏。在游戏中，他看到了一个高度差不多到人类腰部的微型卡通农场，还有几只动物在农场里跑来跑去。当他伸手去抓动物时，需要按下拇指杆，将动物“抓”在他的手和拇指之间。抓住动物后，拇指杆会变得僵硬，让人们确定他们已经抓住了一些东西。
每只动物的触觉特性都略有不同。例如，猪会有点“软”，它可以让人们用拇指轻松地推动操纵杆。企鹅“更硬”，所以拇指杆会给人施加更大的阻力。
按压小球示意图
Foldaway Haptics联合创始人Marco Salerno告诉Ben Lang，他们可以通过一些不同的设计让操纵杆向上推动15牛顿的力，但目前只能够推动2牛顿的力，相当于人们用手推动两个苹果时感受到的力量。
除了向上和向下方向的力反馈之外，操纵杆不仅可以向后推，还可以依靠人们的手指进行360度旋转。更重要的是它能通过力反馈触觉技术将力的方向传递给用户，而其他VR头显操纵杆中简单的震动触觉无法传递方向信息。
二、VR Touch系统：可感知抓取和触摸等多种触觉
在2017年第四届硅谷虚拟现实大会（SVVR 2017）上，法国触觉反馈硬件开发商Go Touch VR演示了名为VR Touch的触觉反馈系统。VR Touch由一块装有马达的扁平塑料片和一个尼龙搭扣松紧带组成，它可以通过塑料片在人们指尖顶部提供不同的力，并利用松紧带将塑料片固定在指尖部位。
VR Touch装置示意图
现在，比较常见的VR力反馈方式是震动，非常适用于各类射击游戏，能够用户提高射击游戏的体验感。通常来说，震动拥有很好的提醒作用，例如手机震动可以提醒用户，但在一个虚拟世界中，人们的注意往往会被多种事物所吸引，震动不能够给人明显的反馈。如果用户在进行一项精度比较高的操作时，震动有可能还会成为一种干扰。
VR世界中的很多操作很难通过震动传达有意义的、直接的反馈，比如抓取、触摸和操纵对象等动作，但VR Touch触觉技术则在这些方面表现更为出色。它可以让用户用手指触摸和抓取物体感受到力的压迫，给他们一种物体直接推到他们手指上的错觉。
此外，Go Touch的触觉解决方案非常简单和便宜，因为它的设计很容易与一副VR手套配对，或者作为一个单独的模块绑在人们的手指末端以提供触觉感受。
三、ThermoReal技术：在虚拟世界切实感知冷热
2017年，韩国VR体感外设制造商TEGway研发了一项名为ThermoReal的热触觉技术，希望探索热触觉技术在沉浸式游戏中的可行性。
Ben Lang说：“我尝试过几种不同的热触觉设备，但都不能真正让我印象深刻。因为它们不会让我感觉到特别热或冷，再加上其需要很长时间才能激活，所以让我很难因虚拟世界中的某件事感到冷或者热。但在2017年Vive X Batch 2演示日中，我试用了ThermoReal热电皮肤，这让我第一次相信了热触觉技术的可行性。”
ThermoReal原型机
ThermoReal是一种基于塞贝克效应的热电发电机，它的反应速度非常快，能够立刻反应热和冷的感觉。不仅是速度，该设备热效应和冷效应的反应程度也很厉害，能够让人明显感觉到非常热，甚至有一种烧伤的错觉。
ThermoReal反应效果测试
像ThermoReal这样的热电发电机很常见。TEGway发言人认为，他们设备的外形尺寸是更重要的创新。该设备采用柔性皮肤状导体阵列，可以弯曲并缠绕在各种物体的表面，这使其非常适合集成到VR控制器、手套甚至套装中。
到2020年，该公司已将该技术应用于手臂、手部和VR头显的配件中。在演示游戏中，对面的玩家向用户投掷火球或雪球，用户接到火球或雪球后就可以通过该款手套感受到温度变化。如果火球或雪球击中脸部，用户依托前额安装的触觉单元，就能感觉到抛来物体的温度。
2020年ThermoReal开发套件
四、3DHaptics控制器：超精准感知力的方向
2018年，日本触觉公司MIRAISENS研发了一款名为3DHaptics的触觉感知设备，能让用户用一个较小的力精准感知力的方向。对此，Ben Lang谈道：“在体验过3DHaptics控制器后，它做到了一些我以前认为不可能的事情，比如大大提高了用户感知力的方向的准确率。”
这款不起眼的原型设备仅靠使用者的双手支撑，用振动来产生外力，并在特定方向上推动或拉动使用者的手。它不会提供一个特别大的力量，但其力的方向非常准确。在体验中，Ben Lang能100%猜对测试人员随机给出的力的方向。
3DHaptics控制器
这个演示非常有趣的一点是3DHaptics的硬件构成十分简单。该公司告诉Ben Lang，与现在大多数VR控制器中的触觉引擎相同，3DHaptics控制器只包含两个进行传感的线性谐振执行器（LRA），不同的是，它可以利用LRA的独特频率和波形让自己能够准确感知力的方向。为此，MIRAISENS还申请了多项专利以支撑起其底层技术。
五、HaptX Gloves：采用两种反馈装置，触感极为逼真
美国VR触感手套厂商HaptX在2017年推出了一款名为HaptX Gloves的可穿戴触觉反馈设备。Ben Lang说：“迄今为止，如果说有一款能让我感觉是真正在触摸虚拟物体的设备，那必须是HaptX VR手套。”
HaptX Gloves示意图
该款手套主要提供了两种主要的反馈方式：一是压力反馈，旨在为用户提供更加细致触摸感觉。为此，HaptX Gloves采用了微型气动执行器阵列——小网格形状的充气气囊，可以快速准确地充气和放气。当用户在虚拟世界触摸物体时，这些气囊就会膨胀并按压手掌和指尖，让他们产生一种正在“真实”触摸的感觉。
微型气动执行器阵列
二是力反馈，它能推回或阻挡用户的动作。为此，HaptX Gloves在每个手指上都搭载了一个机械制动器，可以防止手指进一步弯曲。举个例子，当你抓住棒球时，你的手指会接触到球的两侧并被球挡住。该设备就是模拟了这一点，它会阻止你的手指移动，如果你真的拿到一个实际物体，手指就会停止移动。
HaptX Gloves弯曲示意图
HaptX在10月发布了其最新版本的VR触觉手套。虽然新设备比以前更小，但仍然很笨重，这可能意味着这种技术只适用于愿意为增加沉浸感而花钱的企业用户。
结语：VR触觉技术让虚拟交互愈发真实
近年来，随着VR领域不断受到人们的关注，VR触觉反馈和显示技术取得了一定的进步，让人们可以更真实地感知在虚拟世界中的各种交互行为，提升了VR用户的使用体验。
VR触觉技术可以成为未来许多新应用的基础，比如应用于西医或中医的教学模拟中，帮助医生训练手术操作技巧或为运动员、驾驶员和士兵等人员提供更为逼真的模拟训练等。随着这项技术的持续开发，我们可以期待更多惊喜出现。
来源：Road to VR