卡内基梅大学新研究：相互力VR触觉手套Wireality诞生

目前消费级VR场景中手部触觉回馈装置是比较常见的，除了基础的各种内置马达和电容触摸的手柄外，就要属各种类型的触觉反馈手套了。从触觉回馈的类型方面分类，触觉反馈手套的种类基本分为：马达、气囊两大类，其中大多数都是马达方案。

值得注意的是，目前触觉回馈手套方案基本情况类似，但是即便同类型间不同品牌产品也有着不同的体验，这其中关键在于产品整合能力，也有产品结合了电极传感器等方案，产品也在不断升级和优化之中。

专注相互力回馈场景

近期，卡内基·梅隆大学Morphing Matter Lab研究小组公布了一套有线弹簧伸缩VR触觉回馈系统：Wireality。

从外观来看，Wireality系统原型的体型较大，和传统的虚拟物体VR力回馈手套相比，它采用的是：指套＋穿戴式马甲的方案，其中马甲顶部拥有最重要的部分：有线伸缩控制系统。

具体使用方面，你肩膀上的设备会用有线连接到你的每个指尖，其通过内置的弹簧线性回馈系统，可以让你感受到在VR中被组织的力量，而这个设计的好处就是可以受到到虚拟场景中物体的轮廓细节。

可能你会疑问，为什么要设计这样一套力回馈系统？根据该项目的开发小组成员，Cathy Fang在论文中表述：常规触觉回馈方案通常重点放在手上，例如你可以轻松拿起一个物体，而多数VR手套也会让你感受到握持感觉，并且可以轻松的在虚拟空间中移动。

但这种方案只能感受到绝对的触觉回馈，例如你拿起手枪时会有触觉回馈，但它无法实现虚拟物体的触碰回馈，例如在碰到一堵虚拟的墙时就不能起作用，因为多数方案均无法感受到虚拟墙，往往会造成穿模，造成体验上的失真，降低真实感。

因此，它不适用于和VR中虚拟物体之间交互的触碰交互，也可以说是多数VR触觉反馈系统不具备“相互作用的力”回馈交互。

触摸实际场景演示

而Wireality系统则打破了这一点，它可轻松的完成相互力回馈。例如，当你的手后手臂触碰到一堵虚拟墙时会感受到阻力，当你的手握住小推车握把时，也会感受到相互的阻力。

应用场景方面，除了适用于大体积、复杂/不规则平面的虚拟物体交互，例如在VR/AR中触摸雕塑、墙壁、家居等也极为适合。

设计细节：号称成本低于50美元

Cathy Fang描述，Wireality方案还具备：轻量化、低成本、低功耗的优势。据悉整套成本目前已可控制在50美元以内，内置电源可独立工作。

细节方面，Wireality系统整体反应灵敏，在上图中触摸虚拟雕塑的场景，从触碰到虚拟实物，到系统反馈的延迟约30ms，并且可以提供最大180牛（约18kg）的作用力。

控制单元

从中我们了解到，这套系统的关键就在于肩膀上这个控制单元，其支持为每个手指提供触觉回馈。

单组控制模块工作原理

值得注意的是，这种采用齿轮固定的设计方式存在几个不足：

◉一个是这种力回馈的施加方向只能是前方，其他方向并不适用；

◉另一个是无法持续向前，一旦某个位置被卡住，只有将手掌往回收才能进一步释放，否则只能固定距离弧线运动，也意味着无耻持续向前探索；

◉另一个是无法抓取小体积物体，例如水杯、钢笔等涉及手指需要弯曲的物体，这时的沉浸效果远低于大型物体的交互；

◉还有一个是，无法模拟手持物体的重力，因此Wireality专注于大型物体的相对作用力模拟。

Wireality系统马甲穿戴端的重量约重273g，每个指套和中间固定装置约重11g，加起来的话比单只Vive手柄(203g)要重一些，但好在穿戴式的方案会降低这种重量感。

其它应用场景演示

当然，Wireality相比其它触觉回馈系统体积要大一些，其它方案通常只是手套或类手掌骨架设计，几乎没有穿戴端。因此虽然Wireality自称具有很好的消费级应用潜力，但目前原型阶段的产品体积和佩戴体验方面，它的方案优势并不大。因此，论文中也提到Wireality当前原型并不适合消费者使用。

设计原型

同时Cathy Fang还谈到，经过验证Wireality系统在反应速度、空间准确性、舒适性方面都有着不错的效果。当然，我们也期待着Wireality最终走向消费级市场的最终形态。