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就像《頭號玩家》里描繪的那樣，體感反饋也是VR營造沉浸感不可或缺的一部分。為了模擬逼真的VR體感反饋，科研人員想出了各種方式，不管是通過機(jī)械阻力模擬力反饋，還是用絞盤、力反饋模塊模擬觸覺和壓力，或者是用噴氣式推進(jìn)器模擬阻力和重力等等。
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與視覺畫面匹配的體感反饋、實(shí)物道具對于提升VR內(nèi)容沉浸感起到關(guān)鍵性作用，它們可以欺騙和改變VR使用者的感官，科學(xué)家們已經(jīng)通過渲染慣性、轉(zhuǎn)動(dòng)慣性、重心、減幅震蕩等物理特性，研發(fā)出模擬重量、形狀、動(dòng)作等特性的體感反饋方案，但目前的手柄技術(shù)還無法模擬尺子等日常生活中的彈性物體，模擬物體彈性運(yùn)動(dòng)需要模擬出重心的變化，以及物體恢復(fù)原始形態(tài)時(shí)產(chǎn)生的延遲反應(yīng)和震動(dòng)。
近期，一組科研人員于是研發(fā)了一種可以模擬虛擬物體硬度和柔韌性反饋的手柄：ElaStick，其特點(diǎn)是可模擬不同大小、厚度、材質(zhì)的物體在揮動(dòng)和搖晃時(shí)產(chǎn)生的形狀和彈力變化，通過逐步調(diào)整手柄在xy軸兩個(gè)獨(dú)立方向的硬度，來模擬匕首、長劍、加熱或冷卻的軍刀等物體。在模擬體感反饋的同時(shí)，手柄上的兩個(gè)Vive Tracker可追蹤手柄的變化，并實(shí)時(shí)預(yù)測和渲染VR物體的形狀（假設(shè)目標(biāo)物體的中線長度恒定，當(dāng)手柄頂端Tracker移動(dòng)時(shí)，兩端之間形成一個(gè)理想的圓弧）。除此之外，它還可以實(shí)時(shí)調(diào)整彈性變化，還原真實(shí)物體移動(dòng)（搖晃、揮動(dòng)等）的規(guī)律。
具體來講，ElaStick手柄方案由Vive Tracker、握柄、橡膠關(guān)節(jié)和橡皮筋線軸等裝置組成。其中，橡膠關(guān)節(jié)受4組橡皮筋控制，可在XY軸自由彎曲和移動(dòng)，而移動(dòng)的速度和距離受到橡皮筋控制。每一組橡皮筋裝置包含彈性部分與非彈性部分，由機(jī)械線軸來控制整體彈性變化。
而其原理是，利用四個(gè)橡皮筋和無彈性線組成的可調(diào)整彈性裝置，來控制中心彈性模塊移動(dòng)特征。采用四個(gè)靈活的彈性關(guān)節(jié)，配備滾動(dòng)軸承元件，可以在xy軸上下左右移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。手柄上可通過機(jī)械卷軸來實(shí)時(shí)調(diào)整橡皮筋和非彈性魚線的長度，以此來控制關(guān)節(jié)的靈活程度。同時(shí)，關(guān)節(jié)還會識別手柄在xy軸的位置變化，并匹配合適的反饋力度。
它不能模擬物體重量不斷變化的VR場景，不過可以模擬不同硬度的劍或是各種彈性物體?？赡M的硬度范圍在10.8到71.5Nmm/°之間。
在8人組成的實(shí)驗(yàn)中，科研人員用ElaStick方案在VR中模擬了三種不同長度、三種不同形狀的物體，比如：擊劍運(yùn)動(dòng)的劍、打蛋器、健身握力棒等等。與此同時(shí)，也展示了ElaStick可模擬的VR場景：體育運(yùn)動(dòng)、烹飪、健身、游戲等。結(jié)果顯示，ElaStick可逼真模擬30°范圍內(nèi)移動(dòng)的物體，不過在45°極限時(shí)，體驗(yàn)者并未覺得失真。
為了驗(yàn)證ElaStick模擬的彈性阻尼感是否自然逼真，科研人員進(jìn)行了兩場實(shí)驗(yàn)。在第一場實(shí)驗(yàn)中，每位參與者需要體驗(yàn)180次模擬，目的是為了測試ElaStick的體感是否失真。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，參與者認(rèn)為體感阻力比視覺參考看起來更大的概率約為84%，與此同時(shí)ElaStick實(shí)際可模擬8種不同程度的硬度。
第二場實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菧y試ElaStick的體驗(yàn)感，參與者分別體驗(yàn)兩組模擬：僅視覺、視覺加體感，并對兩組模擬進(jìn)行打分。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，視覺加體感反饋的模擬體驗(yàn)在沉浸感、逼真度、樂趣三個(gè)方面得分都更高。參與者表示：加入體感反饋后更逼真自然，如果只有視覺模擬則感覺很假很怪，而且枯燥。同時(shí)，在模擬不同長度的物體時(shí)，參與者可以感受到物體的不對稱性。
不過，也有參與者表示，由于手柄自身重量較大，也會破壞逼真感，尤其是在虛擬物體的形狀和視覺重量與手柄不匹配時(shí)，體驗(yàn)感比較失真。在模擬釣魚、攪拌液體、游戲、聲波震動(dòng)效果等場景中，ElaStick體驗(yàn)感較好。
未來，科研人員將繼續(xù)優(yōu)化ElaStick手柄，包括采用體積更小的馬達(dá)或關(guān)節(jié)裝置來降低ElaStick的重量，此外也可以利用ElaStick的重量來模擬更強(qiáng)的力反饋。
當(dāng)然，考慮到ElaStick復(fù)雜的構(gòu)造，以及重量，這也是體感反饋手柄難以普及的原因之一。此前，微軟曾展示力反饋模塊TORC、阻力模擬絞盤CapstanCrunch，還有可以模擬摘蘋果的PIVOT電動(dòng)手柄，這些都是在VR與體感反饋結(jié)合的不同嘗試，而目前市面上并沒有一個(gè)可以通用于所有場景的體感手柄，普通消費(fèi)者只能先觀望觀望。參考：KAIST
分享名稱：如何讓VR手柄模擬尺子？KAIST科研人員辦到了
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