新设备可模拟虚拟现实中的墙壁和固体物体的感觉

当今的虚拟现实系统可以创建身临其境的视觉体验，但很少能使用户感觉到任何东西，特别是墙壁，设备和家具。但是，卡内基梅隆大学开发的一种新设备使用多条附着在手和手指上的绳子来模拟障碍物和重物的感觉。

例如，当用户的手靠近虚拟墙壁时，通过锁定琴弦，该设备可模拟触摸墙壁的感觉。类似地，弦线机制使人们可以感觉到虚拟雕塑的轮廓，当他们推压家具时可以感觉到阻力，甚至可以给虚拟角色高五的感觉。

Cathy Fang将于下个月从CMU毕业，获得机械工程和人机交互的联合学位。他说，这种肩扛式装置利用弹簧加载的弦来减轻重量，消耗更少的电池电量并保持较低的成本。

CMU人机交互研究所(HCII)助理教授克里斯·哈里森(Chris Harrison)表示：“墙壁，家具和虚拟角色等元素是构建沉浸式虚拟世界的关键，而当代VR系统仅能使手动控制器振动。”合著者Harrison，Fang，机器人技术研究所工程师Matthew Dworman和HCII博士生Yang Zhang报告说，对多弦设备的用户评估发现，它比其他触觉技术更为现实。

方说：“我认为这种体验会带来惊喜，例如当您与栏杆互动并且可以将手指缠绕在栏杆上时。”“探索诸如雕像之类的不规则物体的感觉也很有趣。”

该团队的研究论文被计算系统人为因素会议(CHI 2020)评为最佳论文，该会议原定于本月举行，但因COVID-19大流行而被取消。该论文现已发表在计算机协会数字图书馆的会议记录中。

其他研究人员已经使用弦在虚拟世界中创建触觉反馈，但是通常他们使用电机来控制弦。电动机对CMU研究人员不起作用，他们设想该系统既轻便足以被用户佩戴，又可以让消费者负担得起。

方说：“电动机的不利之处在于它们消耗大量功率。”“他们也很沉重。”

该小组使用弹簧加载的卷收器代替了马达，类似于钥匙链或ID徽章中的那些。他们增加了一个棘轮机构，可以通过电控闩锁快速锁定。弹簧而不是电动机使琴弦绷紧。只需少量的电能即可接合闩锁，因此该系统具有能源效率，并且可以依靠电池供电。

研究人员对多种不同的琴弦和琴弦位置进行了实验，最终得出结论，将一根弦连接到每个指尖，一根弦连接到手掌和一根腕部提供了最佳的体验。跟踪手部和手指运动的Leap Motion传感器已安装到VR耳机上。当感觉到用户的手靠近虚拟墙壁或其他障碍物时，棘轮按适合那些虚拟物体的顺序啮合。当人拔出手时，闩锁脱离。

整个设备的重量不到10盎司。研究人员估计，量产版本的价格不到50美元。

Fang表示，该系统将适用于涉及与物理障碍物和物体(例如迷宫)互动的VR游戏和体验。它也可能用于参观虚拟博物馆。而且，在并非总是能够亲自拜访零售店的时代，“您也可以使用它在家具店购物”，她补充说。