先進的虛擬現(xiàn)實（VR）和擴增實境（AR）如今在專業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著舉足輕重的作用，尤其是與觸覺相結(jié)合時；在即將到來的時代，我們的數(shù)字互動的觸覺細微差別將與現(xiàn)實變得難以區(qū)分。

先進的虛擬現(xiàn)實（VR）以其復(fù)雜的圖形和音頻欺騙我們的感官，使我們對虛擬提示做出本能的反應(yīng)。雖然VR和擴增實境（AR）的顯著足跡是在游戲領(lǐng)域，但現(xiàn)在在專業(yè)領(lǐng)域中也發(fā)揮著舉足輕重的作用，尤其是與觸覺相結(jié)合時。

這種技巧的結(jié)合，讓我們不僅可以虛擬地觸摸物體，還可以辨別它的質(zhì)地、溫度和阻力。這種觸覺回饋在專業(yè)應(yīng)用中變得至關(guān)重要：例如，外科醫(yī)生需要在遠程手術(shù)期間量測阻力，技術(shù)人員在衛(wèi)星維修期間需要有形的抓握保證，自動化工程師在使用虛擬控制面板時也需要尋求觸覺確認。

從本質(zhì)上講，隨著VR和AR的成熟，它們提供細致入微的物理回饋在精確任務(wù)中變得至關(guān)重要。在即將到來的時代，我們的數(shù)字互動的觸覺細微差別將與現(xiàn)實變得難以區(qū)分。


觸覺手套、套裝和椅子
第一個廣泛采用的觸覺技術(shù)是強制反饋觸覺手套。許多制造商提供觸覺手套，可對手指和手部運動提供編程的阻力，讓用戶感受到虛擬物體的大小、密度和重量。它們使用磁力摩擦片來實現(xiàn)阻力和物體的感覺。有些手套可以提供高達20N的力，可模擬2公斤磚塊加在每個手指上的重量。有些手套甚至具有溫度控制功能，使用戶能夠感受到遠程物體的溫度。

觸覺手套必須快速反應(yīng)，且延遲最小。當使用者使用沉浸式技術(shù)來培訓危險工作時，這一點尤其重要，因為它可以讓他們在沒有高風險的情況下體驗高風險場景。這種低延遲意味著用戶可以在實時執(zhí)行手勢時感受到阻力或其他感覺。

VR和AR頭盔使用加速計來追蹤頭部運動，而手套可以使用加速計、反射計或視訊。反射計可以透過使用一個或多個紅外線發(fā)射器對兩個（或多個）紅外線傳感器進行三角測量來感應(yīng)位置，這些發(fā)射器可以位于耳機、游戲機或手套中（圖一）。


 
圖一 : 作者制作的一款運動感應(yīng)手套，它在重點位置使用紅外線發(fā)射器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌胤降膫鞲衅?，而其他運動感應(yīng)手套可以在手套上嵌入傳感器，并從放置在其他地方的兩個或多個發(fā)射器進行三角量測。（source：Jon Gabay）

感知運動、手勢和觸摸，只是解決了問題的一半；另一半就是要創(chuàng)造出佩戴者的身體感覺。為此目的開發(fā)了幾種令人興奮的技術(shù)，包括磁力（類似于揚聲器紙盆運動）、振動致動器、壓電數(shù)組和微流體，有些系統(tǒng)甚至使用聲波產(chǎn)生的力場。
同樣，裝有執(zhí)行器的連身衣和背心讓穿著者感受到全身的觸覺刺激。許多公司生產(chǎn)主要針對游戲市場的觸覺背心，bHaptics TactSuit X40就是這類設(shè)備之一（圖二）；顧名思義，該套裝包含40個振動馬達，提供身臨其境的感官刺激。


 
圖二 : bHaptics TactSuit X40觸覺背心包含40個振動運動感覺刺激器，并提供有線或無線連接。（source：bHaptics）

觸覺椅也能夠提供觸覺體驗。這些椅子主要用于游戲和飛行訓練等應(yīng)用，可模擬重力、加速度和湍流。

使用聲波產(chǎn)生觸覺
感官錯覺技術(shù)已經(jīng)顯著進步，讓用戶能夠感覺自己正在動態(tài)數(shù)字環(huán)境中真正觸摸物體。值得注意的是，使用超音波發(fā)射器，聲波力場會產(chǎn)生會聚在目標上的波前，讓使用者感受到觸覺。

例如，Ultraleap Leap Motion Controller 2就是很好的例證，它透過使用基于視訊的手部追蹤進行3D互動。其先進的視訊成像可偵測手部動作和方向。該控制器可以與超音波換能器數(shù)組配對，將氣壓引導到特定位置，使用戶能夠感受到從點擊按鈕到握住球的觸覺。

下一步是什么？
所有這些當前技術(shù)都預(yù)示著這樣的未來：我們的數(shù)字體驗跨越所有感官，融合物理世界和數(shù)字世界。以下是觸覺技術(shù)與其他感覺回饋系統(tǒng)結(jié)合，改變近未來的一些潛在方式：

醫(yī)療復(fù)健與培訓
觸覺技術(shù)可以改變身體復(fù)健實踐。配備觸覺回饋的設(shè)備可以指導患者完成精確的運動模式。例如，對于重新學習手臂運動的患者，當患者偏離正確姿勢時，觸覺裝置可以提供阻力或振動提示，使得治療師即使在數(shù)英里之外，也能以數(shù)字方式「感覺」并調(diào)整患者的運動。

房地產(chǎn)與建筑
觸覺技術(shù)還可以改變房地產(chǎn)參觀與建筑展示的方式，讓他們不僅僅是3D模型和虛擬演示。觸覺技術(shù)可模擬各種材料的感覺，例如木地板的紋理或地毯的柔軟度，可以為數(shù)字游覽提供觸覺層，幫助客戶在無需親自到場的情況下親身感受空間或設(shè)計。

藝術(shù)與數(shù)字創(chuàng)作
數(shù)字領(lǐng)域的藝術(shù)性將獲得有形的維度。借助觸覺工具，藝術(shù)家可以在虛空間中體驗他們正在處理的材料的感覺，無論是黏土的可塑性還是石頭的硬度。這種觸覺接口可以豐富創(chuàng)作過程，使數(shù)字藝術(shù)感覺像傳統(tǒng)方法一樣自然。

教育
觸覺技術(shù)保證了即使在數(shù)字教室中也能進行實作學習。學生將能夠感受到虛擬的研究對象—從歷史文物的表面到分子的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這種額外的教育觸覺層可以促進更好的理解和參與。

游戲和娛樂
游戲世界將變得無與倫比，甚至比現(xiàn)在更令人身臨其境。配備觸覺套裝或控制器的游戲玩家不僅會看到或聽到他們的虛擬環(huán)境，還會感受到它們。無論是外星球的紋路或是中世紀戰(zhàn)爭游戲中箭頭的撞擊，觸覺技術(shù)都會讓游戲世界變得生動。

人際關(guān)系
透過觸覺接口，人際交往中的距離可能會變得不那么令人畏懼。穿戴式裝置可以仿真實時的身體感覺，將簡單的視訊通話轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M的握手會話。透過觸覺回饋，一端的輕輕擠壓可以讓另一端感受到一種令人放心的觸摸，從而縮小了數(shù)英里之間的情感差距。
在所有這些領(lǐng)域中，觸覺充當數(shù)字和有形之間的橋梁，增強了虛擬互動的真實感。隨著我們的進步，觸摸與視覺和聽覺回饋的復(fù)雜結(jié)合將重新定義我們的體驗，讓現(xiàn)實與虛擬更加緊密融合。

結(jié)論
觸覺技術(shù)可以在提高人類能力、保護工人免受危險環(huán)境影響、提供系統(tǒng)遠程控制、實現(xiàn)遠距醫(yī)療程序等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。微妙的觸覺對于了解某人何時使用了足夠的力量或太多的力量至關(guān)重要，這就是高質(zhì)量、準確的觸覺技術(shù)發(fā)揮作用的地方。
預(yù)計觸覺技術(shù)將發(fā)展并應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天、工廠環(huán)境以及游戲和其他產(chǎn)業(yè)。我們正處于新科技革命的開始。
（本文由貿(mào)澤電子提供）