迪士尼開發(fā)新觸覺設(shè)備 讓玩家離虛擬世界更近

迪士尼開發(fā)出的新觸覺設(shè)備，能讓玩家離虛擬世界更近一些。
雖然Wii和Kinect這樣的體感游戲設(shè)備正在把越來越多的游戲玩家從沙發(fā)上拉起來，但卻依然無法讓人體會(huì)到游戲人物的感覺。這對(duì)于一直追求更加真實(shí)的體驗(yàn)的用戶來說遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。最近迪士尼公司開發(fā)出的一種技術(shù)原型，也許會(huì)讓游戲更像另一個(gè)真實(shí)世界。
身臨其境，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的終極目標(biāo)，也是對(duì)游戲娛樂的最高要求。我們?cè)缫涯軌蛲ㄟ^環(huán)繞立體聲音響設(shè)備實(shí)現(xiàn)聽覺的身臨其境，基于3D眼鏡的立體顯示技術(shù)也能夠讓人們感受到相當(dāng)程度的視覺真實(shí)，甚至連嗅覺的仿真也可以在一些特殊設(shè)備的幫助下得以滿足，但是觸覺一直都是一大難題。
這主要是因?yàn)椋覀兊挠|覺是由整個(gè)皮膚表面提供的，平均每平方厘米的皮膚上都擁有10個(gè)到30個(gè)觸覺感受器，并不像聽覺或者知覺那樣有位置集中的感受器官，這就意味著要讓人們?cè)谔摂M世界中全方位感受真實(shí)，需要擁有能夠刺激所有觸覺感受器的設(shè)備。在1995年出版的那本《未來之路》里，比爾·蓋茨曾經(jīng)提出過這一問題的解決方案：一件密布著觸覺發(fā)生器的緊身衣。這也許是觸覺真實(shí)的終極解決方案，但是這只有在器件足夠小型化、成本夠低的時(shí)候才可能實(shí)現(xiàn)。
所以人們只好退而求其次，從提供部分觸覺開始—手部是最常見的選擇。1994年，美國航空航天局開始嘗試在模擬訓(xùn)練中提供力反饋功能；1996年，卡耐基·梅隆大學(xué)機(jī)器人研究所開發(fā)出了具有虛擬操作功能的視覺和觸覺虛擬現(xiàn)實(shí)交互系統(tǒng)，讓操作者能夠控制和感受到虛擬環(huán)境中物體的運(yùn)動(dòng)和作用力，算是初步實(shí)現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)中的“所見即所得”。很快，這類技術(shù)就被引入家用游戲當(dāng)中。1997年4月，任天堂發(fā)布了用于N64游戲手柄的附加設(shè)備，能夠讓玩家感覺到游戲中的震動(dòng)?，F(xiàn)在，擁有力反饋功能的賽車和射擊游戲控制器，幾乎已經(jīng)成了喜愛這類游戲的玩家的標(biāo)準(zhǔn)裝備。
現(xiàn)在，迪士尼的研發(fā)部門想做得更多。在今年8月于溫哥華召開的美國計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)計(jì)算機(jī)圖形專業(yè)組年會(huì)（SIGGRAPH 2011）上，匹茲堡迪士尼研發(fā)中心和卡耐基·梅隆大學(xué)的研究者展示了一種“環(huán)繞觸覺”的技術(shù)，提出了一種低成本而效果不錯(cuò)的解決方案。
這種技術(shù)放棄了傳統(tǒng)觸覺仿真的思路，轉(zhuǎn)而從心理學(xué)入手，利用人腦的錯(cuò)覺來模擬更真實(shí)的觸覺。這有點(diǎn)像視覺的似動(dòng)現(xiàn)象—我們之所以能夠看到電影，就是因?yàn)檫@種錯(cuò)覺。20世紀(jì)初德國心理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩條垂直閃光線段出現(xiàn)的時(shí)間差在60毫秒左右時(shí)，人們就會(huì)看到一條線段向另一條線段運(yùn)動(dòng)。這就是說，我們的大腦會(huì)把快速切換的靜止物體理解成物體正在運(yùn)動(dòng)。
在觸覺上也有類似的現(xiàn)象。其中最有趣的例子是“皮膚兔子”現(xiàn)象：1972年，兩位心理學(xué)家在受試者的手腕到肩膀之間布設(shè)了三個(gè)振動(dòng)器，并讓它們輪流振動(dòng)。受試者報(bào)告說，在這些振動(dòng)器之間的皮膚也感受到了震動(dòng)，并感覺有一個(gè)東西從手腕一路跳到肩膀上，就像有只小兔子一路跑過去一樣。
“皮膚兔子”現(xiàn)象是幻覺的一種，它也是“環(huán)繞觸覺”技術(shù)的基礎(chǔ)，讓使用少數(shù)振動(dòng)器實(shí)現(xiàn)豐富的模擬觸覺成為可能。在現(xiàn)在的原型設(shè)備中，開發(fā)人員使用了12個(gè)振動(dòng)器，分為三行四列，埋在家用膠合板椅子的椅背軟墊中。這些振動(dòng)器是美國EAI公司生產(chǎn)的C-2振動(dòng)器，直徑大約3厘米，厚度不到8毫米，能夠提供每秒鐘200至300次的震動(dòng)—這樣的頻率，足以讓皮膚無法明確分辨出來。
通過自行開發(fā)的算法，研究人員實(shí)現(xiàn)了能夠平滑移動(dòng)的、精度很高的觸覺體驗(yàn)。速度、位置、方向、持續(xù)時(shí)間和劇烈程度都可以調(diào)整，配合迪士尼黑巖工作室開發(fā)的賽車游戲《爭分奪秒》，游戲玩家能夠獲得前所未有的真實(shí)感覺—路面的凹凸起伏、汽車打滑、剎車、加速，以及汽車碰撞、飛向空中和重重落地時(shí)的撞擊。
最引人注目的是這種技術(shù)的低成本。研發(fā)這套設(shè)備的總花費(fèi)大概在5000美元左右—考慮到一切都是從零開始，這種程度的開銷已經(jīng)低得令人驚嘆了。研發(fā)人員認(rèn)為，這種利用心理錯(cuò)覺的觸覺體驗(yàn)設(shè)備將可以用在衣服、手套甚至是移動(dòng)設(shè)備上，可以模擬起飛、墜落、收縮、擴(kuò)張，甚至可以模擬蟲子從皮膚上爬過的感覺—它擁有無數(shù)的可能性。
雖然如此，但是要通過這種方式實(shí)現(xiàn)蓋茨的緊身衣，還有許多困難需要克服。背部皮膚上的觸覺感應(yīng)器的密度，比其他敏感區(qū)域—例如手心或者手指—要低得多，即使要制作一只模擬觸覺手套，也需要更多的振動(dòng)器。想體驗(yàn)更加沉浸的立體游戲，可能還需要很長的時(shí)間。
當(dāng)然，這種東西不僅僅只能用在游戲上。模擬觸覺一直是虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域中最重要的研究方向之一，更好的虛擬觸覺設(shè)備對(duì)訓(xùn)練及科研都有很重要的價(jià)值，它也可能會(huì)讓身體殘障者的生活變得更加便利一些。配合類似雷達(dá)的設(shè)備，盲人可以只憑借觸覺來提前避開障礙物，甚至也可能配合之前《第一財(cái)經(jīng)周刊》曾經(jīng)介紹過的輔助駕車裝置，讓出行更安全。
可惜的是，目前這種看來很吸引人的設(shè)備只不過出現(xiàn)在SIGGRAPH上而已—它還只是一個(gè)很初級(jí)的原型。也許再過幾年，它才會(huì)在消費(fèi)電子展之類的展會(huì)上出現(xiàn)；而也許到了那時(shí)，它才會(huì)變成每個(gè)人都想要的圣誕禮物。