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这款体感手柄原型可让你在VR中体验“原力”
Esther｜撰文
玩过Oculus独占大作《Vader Immortal》的很多人对其中的“原力”模拟玩法赞不绝口，你只需要用手柄来模仿伸手动作，即可吸引远处的虚拟物体。同时也有点遗憾，因为“原力”只模拟了视觉效果，加上一些手柄震动，实际效果还不够逼真。如果在召唤远处物体的同时，手掌也能“感受”到原力，并且抓取物体时感受到好像在摸真实物体所带来的触觉/力反馈，该有多好？
为了实现在VR中逼真、沉浸的力反馈效果，科研人员和技术人员研发了各种各样的解决方案。比如，韩国科学技术院通过喷气式推进器来控制气流方向，在0.3秒内可实现对14牛顿重力的模拟；多项专利显示Facebook在探索通过VR手套来模拟触觉、力反馈等体感效果；微软曾利用绞盘、力反馈模块来模拟触觉、压力等效果，等等。
PIVOT手柄结构
人类对VR体感方案的探索一直在进行中，微软也是如此，因此今天其发布了最新的VR体感研究成果：PIVOT，展示了一款更加灵活的VR手柄，特点是可以模拟抓取和抛出的动力和阻力，延迟低、反应快，有效提升VR沉浸感。
特点总结：
○ 模拟抛出、抓取静物的体感；
○ 模拟接住和抛出移动物体的速度、力量和触感；
○ 可模拟抓取虚拟物体时感受到的动态力量，比如重力、惯性、空气阻力、拖拽（比如抓活动的动物）等；
○ 不需要时刻手握手柄，无抓取状态时双手可自由活动。
据青亭网了解，PIVOT方案由“骨头”形状的体感手柄、支持190°移动的电动关节、伺服马达、计算模块和Vive Tracker组成。手柄通过腕带固定在手腕处，当你抓取VR中的虚拟物体，或是转动手腕时，可召唤手柄移动到手掌心，用来模拟和替代真实物体的体感。在不需要手柄时，也可以通过手腕动作来收回手柄，不影响后续体验。
PIVOT配备扳机、音圈电机、马达、电池、IMU、蓝牙等元件
细节方面，PIVOT手柄部分配备电容式触控感测器，可识别接触和释放动作，还搭载音圈电机来提供触觉震动。PIVOT手柄上的扳机键可用于输入确认等指令，而其中的加速器可用来识别手腕动作，触发和收回手柄。
PIVOT内部结构
通常，VR手柄提供的震动反馈在拉弓射箭、打网球等虚拟场景中，可带来一定程度的逼真感，不过PIVOT可以让你在VR中握住苹果的时候，也能感受到苹果的形状，体验感更逼真细腻。
手柄部分可弹回手腕
此外，PIVOT还可以模拟虚拟物体触碰到手心的速度，以此来模仿物体首次碰到皮肤时的力量和触感。据悉，微软希望通过从空手到手握物体的感知变化，来触发皮肤与物体接触时产生的自然物理反应，这是传统VR手柄做不到的。
手柄可左右移动30°
当然，PIVOT手柄除了能够做出弹到手心的动作外，你也可以主动对手中的手柄进行上下左右移动（依靠被动铰链），左右移动范围可达60°。除此之外，PIVOT与传统手柄另一个不同之处在于，在VR中空手时，你实际上手中也不需要时刻握住手柄，不破坏沉浸感的同时，你的手还可以同时操作键盘、鼠标等真实物体。
模拟双手提重物
应用场景方面，PIVOT可以模拟抛、接棒球，或是摘苹果、凭空召唤物体等等。如果应用在B端场景，PIVOT可用于VR设计、工业培训、产品展示等方向。
微软科研人员利用一段视频对PIVOT的用途进行了展示，包括模拟摘苹果、抓兔子、击石取火、左右手摆弄苹果等效果，双手握住的物体触碰时也会配合震动反馈，延迟看起来足够低。视频中的场景不仅让人想到《塞尔达传奇》中的高自由度交互，想象一下如果能利用PIVOT和VR来玩类似于塞尔达的开放游戏，玩法应该会更多样化。
比如在模拟摘苹果场景时，体感手柄靠近手掌的速度会根据你的手向苹果移动的速度来决定，碰到虚拟苹果时，手柄也会同步弹到你手心里。同时，触碰到苹果时，手柄会产生低频率震动，来模拟树枝的反作用力。更有趣的是，手柄离开手心的速度也与抛出苹果的速度同步（最大角速度可达0.55毫秒/度），离开手掌最快只需要340毫秒。对于棒球等移动物体，PIVOT可模拟约90公里/小时的速度。
PIVOT可模拟多角度抛出物体的效果
目前，PIVOT手柄方案并未配备手势识别传感器，不过可以配合HoloLens的计算机视觉算法，或是Vive Tracker等追踪器进行定位。当使用者的手掌与虚拟物体距离少于30厘米时，体感手柄将开始向手掌靠近。手掌抓住手柄后，会触发手柄上的4个电容触感单元，同时VR中的虚拟手会显示出握住苹果的动作，延迟不足1毫秒。
除了定制化的VR手柄外，微软科研人员还研发了一种可以配合特制的WMR手柄使用的方案，或是配合3DoF手柄的方案。不过考虑到WMR手柄或3DoF手柄与铰链并未紧密集成，所带来的体验感并不如定制化的体感手柄好。
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此外，科研人员在一场12人的实验中发现，体验者认为PIVOT在抓取物体时的逼真感平均可达5.19分（满分7分），在抛接时的逼真感平均达5.5，而PIVOT模拟100g左右重力的准确性则可达87%。而PIVOT体感手柄可模拟的虚拟物体大小在5±2厘米左右。
未来，科研人员计划进一步优化PIVOT方案，包括缩减穿戴式手柄的重量（或是替代Vive Tracker），提升长时间使用的舒适度，避免破坏沉浸感。此外，还将优化手柄可模拟的形状，加入更多机械关节（为体感手柄增加更多移动方式），甚至还有望加入基于摄像头的五指识别功能等等。
参考：
https://time.com/5896420/time-iss-experience-camera-virtual-reality/
（ END）
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