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      專題欄目:ARVRMR虛擬現實

      KAIST實時熱傳感VR手套,可承受超過5000次彎曲

      VR技術的不斷發展下,人們對于VR的沉浸感的要求也是越來越高了 。若是僅僅依靠360°視覺模擬,顯然是已經不夠了,當前的市面上,還出現了全身體感反饋、氣味模擬裝置等外設產品,而這個目的就是為了營造很真實的環境。

      而對于體感反饋外設來說,又細分為觸覺反饋、力反饋,甚至溫度體感反饋等形式。最近,韓國科學技術院(KAIST)的科研人員就公布了一項關于體感手套的新研究,在此次研究中指出了,一種集成了壓電傳感器、柔性熱電式傳感器(TED)的無線一體式手套裝置,其主要特點在于不需要外部熱電裝置,可通過無線的方式與PC或VR接收或發送信息,實時模擬與虛擬軟件同步的溫度。

      注:TED傳感器是一種常見于加熱器或制冷機的熱量轉換模組,能夠根據珀爾帖效應,將電流轉換為熱流,達到溫度調節的效果。根據電流方向的不同,TED模組可以產生加熱或冷卻的功效。傳統TED模組結合硬性基底材質,并不夠靈活,因此KAIST科研人員根據賽貝克熱電效應原理,開發了一種柔性TED方案。

      據得知,這套手套系統由軟硬件兩大部分組成:

      1)硬件部分——4個柔性TED傳感器、11個壓電傳感器、一個界面主板、手套主體采用硅膠質地。傳感器體積足夠小,不影響手指伸展等活動。

      2)軟件部分——用于識別壓電傳感器輸出的手勢數據,計算出手指彎曲的角度,以此來模擬手部動作。另外,軟件也用來配合界面主板的控制系統來模擬溫感。

      除了傳感器外,該VR體感手套還集成了主板和電池,用來傳輸數據以及控制不同溫度的體感反饋。原理方面,它是通過TED和壓電傳感器來觸發皮膚表層對溫度的刺激,進而傳輸模擬的體感溫度。

      簡單來講,KAIST研發的VR手套技術涉及到熱量轉換,以此來對體感溫差的模擬,來增強VR虛擬溫度的逼真感,但是,這不是實際上達到的需要模擬的溫度。

      KAIST表示:在我們現實生活中,在于周圍的環境進行交互時候,身體也是在面對外界環境的刺激,以此來做出反應。而通常為了實現對皮膚的溫度刺激,會使用液體循環裝置或溫差電元件,但體積較笨重,難以與緊湊的穿戴式手套集成。此外,傳統溫度模擬系統難以支持快速實時的溫差變化。

      所以,對這個問題的解決,KAIST科研人員研發了一個集成一體式VR溫度模擬手套方案。該方案中搭載的壓電傳感器可識別手部動作,而柔性熱電式傳感器則支持對皮膚的雙向溫度刺激。這種定制的柔性傳感器足夠耐用,可承受超過5000次彎曲,彎曲半徑在20毫米內也足夠靈活。

      因為人的皮膚對溫度的感知是和溫差相關(比如手很涼的時候摸冰塊不會特別冰,碰溫水會覺得體感溫度比實際更高),因此手套在模擬溫度時也將人的體溫元素考慮在內,在室溫環境中降低10°C體感溫度最快只需要半秒時間。

      為了驗證體感溫度模擬與VR之間的關系和影響,科研人員也是做了兩次的實驗研究,在其研究結果中,發現觸發皮膚對溫度的刺激確實有助于提升VR的逼真感和沉浸感。所有男性參與者認為溫感模擬有助于提升VR臨場感,60%男性認為有助于提升逼真感,而80%女性認為溫感模擬有助于提升VR臨場感,70%女性認為有助于提升逼真感。

      另外,人的潛意識會對VR中的特定顏色期待相應的溫感刺激(可能指的是人對暖色調和冷色調會期待不同的溫度),視覺刺激有助于在VR中對溫度反饋的準確和快速識別,并且,男女對于溫度的感受是有些差異的。

      但是,當前的這款VR手套原型需要對不同的手型來進行適配,很難再短時間內在市場上推廣。

      科研人員表示:手套形式的外設用于VR/AR足夠合適??紤]到人的雙手是全身自由度最高(27DoF)的部位,也是身體最敏感的部位之一,可感知壓力、震動、拉扯、疼痛、溫度、輕觸等體感反饋,因此用手套作為控制器來操控AR/VR虛擬物體的效果會更自然。

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