韓國研究員研發力反饋VR控制器ElaStick，用彈性筋模擬柔性運動響應

VR/AR

2020

11/27

20:04

映維網

評論

來源：映維網作者夢秋

觸覺技術為增加虛擬現實的真實感提供了一個巨大的機會。事實上，用于游戲和仿真的觸覺控制器能夠顯著提高相關體驗的真實性和享受性。用戶對虛擬世界的感知受到有形代理和觸覺錯覺的極大影響，再結合視覺界面，這將有助于改變用戶的感官體驗。

業界和學界已經出現了眾多既利用觸覺反饋又利用力反饋的系統。過去的大多數努力都是由商業可行性和經濟可行性驅動，而這往往會導致人們更傾向于使用振動電機來產生觸覺反饋，而不是更復雜的機械裝置。然而，第二種方法特別有趣，不僅因為它正在不斷成熟，變得越來越被接受和可行，而且還因為它能夠產生非常真實的動態特性感覺，可以模擬重量、質量運動、沖擊，和阻尼振蕩。所有這一切都是傳統的觸覺刺激所不可能支持的感受。

日前，韓國科學技術院的一個研究小組憑借名為ElaStick的項目獲得了“ACM UIST 2020”研討會的最佳論文獎。這是韓國院校首次在大會獲得最佳論文獎。

ElaStick是一款手持式力反饋控制器。在握持時，它能夠獨特地再現對象的柔韌性和可變形性。例如，想象一下你拿著一根柔性梁，如一把擊劍或一根釣魚竿。

柔性梁的移動會導致質心的感知偏移，而其振蕩將產生隨長度、橫截面和材料成分而變化的獨特動態響應。所以，ElaStick可以作為一個可變剛度控制器來模擬由于振動或擺動柔性虛擬對象而產生的動態響應。

這是通過沿一個關節動態改變四個自定義彈性筋的剛度來實現。其中，所述關節能夠有效地增加和減少控制器沿兩個獨立軸（2自由度）的整體剛度。例如，有了這個裝置，我們可以創造一種拿著一把釣魚竿的錯覺。釣竿前端感覺顫抖柔質，而后端握柄則感覺僵硬結實。類似地，我們可以將剛度映射到對象的其他參數，例如長度和橫截面，從而真實地渲染對象在現實世界中的響應。

為了演示ElaStick控制器的潛力，團隊構建了幾個應用程序，如上面的視頻所示。團隊主要關注三組應用程序。

擊劍應用展示了設備通過兩個獨立軸渲染不同剛度的手能力。用戶可以體驗擊劍與三種類型的剛劍，每一把都有著特定的剛度。花劍最為靈活，薄薄的矩形橫截面允許它在任何軸上彎曲。馬刀刀身較短，較硬，橫截面呈Y形，使刀鋒在垂直軸上更為堅硬；重劍最為堅硬，其三角形橫截面使刀鋒均勻堅硬對于攪打機應用，用戶可以體驗到剛度的動態變化。在這款應用程序中，用戶在碗中體驗攪打奶油。最初，面糊為液態，而且在任何方向上都是柔性。隨著時間的推移，面糊會變得更加堅硬。最后的應用程序展示了一種控制控制器的替代方法，并為日后定制具有可選形狀參數的控制器打開了大門。在名為扭力器的應用中，一個附加的物理手柄會接在彈性棒的頂端，并將設備變成一個雙手動控制器，從而模擬用于健身的扭力器。通過彎曲設備，用戶會體驗不同程度的剛度，類似于扭力器的重量調整。