科学家发明能摸到的3D全息投影拍虚拟篮球触感似乎真球

作者 | ZeR0

编辑 | 漠影

瞥见篮球的3D全息投影已经不稀奇，但如果你能拍打、触摸这个篮球幻像，而且能感想熏染到它的弹性呢？

英国格拉斯哥大学的一个工程师团队提出一种新方法，能创造跟全息投影进行物理交互的觉得。

当你用不同力度拍这个虚拟篮球时，你的手掌会感想熏染到不同的弹性力道，就像在拍一个真球，你的手、手指和手腕都会有逼真的触感。

而实现这样宛如科幻片里的互动体验，完备不须要可穿着或手持外围设备，比传统的VR/AR系统更加轻便。

这项研究的论文题目为《交互式立体显示的伪全息投影和气动反馈》，已揭橥于WILEY智能系统领域旗舰刊Advanced Intelligent Systems上。

论文链接：https://doi.org/10.1002/aisy.202100090

一、三种模式，让虚拟篮球拍起来像真球

如何做到逼真的篮球弹跳触感？

研究团队打造了一个带有气动触觉反馈设备的伪全息投影。

用于交互式立体显示的带有气动触觉反馈的伪全息投影

如图，其开拓的系统有3个紧张组件，分别是伪全息显示、手势识别模块和触觉反馈设备。
这些组件被连接到主打算机，并通过基于Unity平台的内部构建程序进行掌握。

个中，伪全息显示基于Pepper的幽灵投影方案，创造了一种物体“漂浮”在空中的错觉；手势识别模块使得用户可用手势与虚拟工具进行交互。

除了视觉反馈外，该系统通过供应触觉反馈来供应更真实的交互感。

其触觉反馈设备名为Aerohaptics，当用户操纵虚拟物体时，该设备利用指向用户手上的加压空气喷射，来复制触摸觉得，同时它还供应位置和强度掌握，以适应各种交互场景。

根据全息投影与用户之间的交互性子，Arduino掌握器单元可区分多种操作模式，包括恒压模式、手部标志选择模式和手部跟踪模式。

在恒压输出模式下，无论手的空间位置如何，系统都会向用户供应恒定的气动反馈，即用户会感想熏染到相同的压力。

在手部标志选择模式下，算法可以选择用户手的哪个部分（共6个标志，每个指尖各1个+手掌上1个）是跟踪系统的目标，系统可以准确地供应气动触觉反馈给不同的手部标志。

在手部跟踪模式下，压力基于3D虚拟成像的拓扑与用户手的运动交互，Arduino掌握器单元将手指速率值直接映射到压力调制单元，利用户觉得像触碰到一个真实存在的东西。

比如用户试图拍打全息篮球时，将收到与拍打球时“感知”的力度成正比的气动反馈，能感想熏染到球从指尖滚动时“圆圆”的形状，以及球弹反击掌时的弹跳压力变革。

二、定位精准得手指，拍得越重反弹越猛

随后，研究团队用实验展示了其系统的两项功能，即触觉反馈通报的准确定位掌握和可调触觉反馈强度。

首先在掌握触觉反馈通报的位置方面，系统可掌握空气喷射以非常高的精度指向不同位置。

系统中的商业手部跟踪设备可以检测到用户手部的不同位置，包括手指、手掌、手腕等，跟踪系统和气体喷嘴能准确掌握触觉反馈的通报位置。

为了证明这一点，Aerohaptics系统被编程为按顺序瞄准用户手上的单个指尖，研究职员在用户指尖上粘了纸条，这样就能清晰看到喷气的位置是否精准。

从上图（d）中可以看到，空气汇合中喷在目标手指上，相邻手指上粘的纸条没有受到滋扰。

其次，为了供应不同强度的触觉反馈，其系统包含一个气流掌握机制，以调节喷到用户手部的空宇量。
这在很多情形下都很有用。

比如，当用户的手离空气喷嘴越来越近或越来越远时，触觉反馈的强度可以保持不变；当用户试图迅速猛拍虚拟篮球，会产生更强的触觉反应；当用户拍打幅度很轻时，球的反馈强度也会相应降落。

研究职员在用户的手掌上放了一个力传感器，并记录了触觉反馈的强度，得到的图像结果显示了虚拟篮球三次硬弹跳后气流变革，然后是三次较软的气流，从而致使通报给用户手的力发生了变革。

三、比其他全息显示功能更全

Aerohaptics系统由格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院的Ravinder Dahiya教授领导的可波折电子和感应技能（BEST）小组开拓。

Dahiya教授说，近年来，触觉反馈和立体显示技能取得了长足的进步，使我们更靠近于与虚拟工具进行逼真地交互。

但当前的触觉技能每每要用到可穿着或手持外围设备，其高本钱与繁芜性可能会阻碍该技能的遍及。

与其他交互式全息显示比较，Aerohaptics系统能将其他系统实现的360视角、空中手势识别、触觉等功能合在一起，同时无需用户连接设备。

相对付其他在3D虚拟环境中供应触觉反馈的技能，启动触觉反馈系统拥有反馈定位和强度掌握等上风，并保持较低的繁芜性和低本钱。

结语：未来或引入嗅觉反馈

总体来看，与在虚拟环境中供应触觉反馈的其他方法比较，Aerohaptics系统是一个本钱效益高的办理方案，繁芜性相对较低。

研究团队正在考虑给系统添加更多触觉反馈功能，比如温度变革带来的觉得，嗅觉反馈也可以通过该系统在气流中引入各种气味来供应。
随着后续进一步发展，Aerohaptics系统拥有实现多种感官相互浸染的潜力。

这在现实生活中的运用有相称广阔的探索空间，比如可以为远程电话会议创造更逼真的3D渲染互动，帮年夜夫在虚拟空间实行棘手的操作，或者让年夜夫远程辅导机器人进行真正的手术。

来源：Tech Xplore