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怎麼用VR手套解決問題

發布時間: 2023-08-04 04:48:38

1. 戴上這副手套玩VR/AR游戲,體驗風雨雷電的快感

在科技發達的今天,打個游戲都要戴上VR頭顯,要麼拿個手柄,要麼戴個手套,追求那種虛擬現實的體驗。

而VR手套也有了長足的進步,用戶可以擁有冷熱、震動、粗糙等感覺,但也僅限於幾個手指。

2. vr是什麼有什麼用

VR的英文全稱是Virtual Reality,翻譯成中文名稱是虛擬現實。

虛擬現實技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機模擬系統,它利用計算機生成一種模擬環境,是一種多源信息融合的、互動式的三維動態視景和實體行為的系統模擬使用戶沉浸到該環境中。

1.簡介

虛擬現實技術是模擬技術的一個重要方向,是模擬技術與計算機圖形學人機介面技術多媒體技術感測技術網路技術等多種技術的集合,是一門富有挑戰性的交叉技術前沿學科和研究領域。虛擬現實技術(VR)主要包括模擬環境、感知、自然技能和感測設備等方面。模擬環境是由計算機生成的、實時動態的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術所生成的視覺感知外,還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知,甚至還包括嗅覺和味覺等,也稱為多感知。自然技能是指人的頭部轉動,眼睛、手勢、或其他人體行為動作,由計算機來處理與參與者的動作相適應的數據,並對用戶的輸入作出實時響應,並分別反饋到用戶的五官。感測設備是指三維交互設備。

2.發展歷史

虛擬現實技術演變發展史大體上可以分為四個階段:有聲形動態的模擬是蘊涵虛擬現實思想的第一階段(1963年以前);虛擬現實萌芽為第二階段(1963 -1972 );虛擬現實概念的產生和理論初步形成為第三階段(1973 -1989 );虛擬現實理論進一步的完善和應用為第四階段(1990 -2004 )。

3.特徵

多感知性

指除一般計算機所具有的視覺感知外,還有聽覺感知、觸覺感知、運動感知,甚至還包括味覺、嗅覺、感知等。理想的虛擬現實應該具有一切人所具有的感知功能。

存在感

指用戶感到作為主角存在於模擬環境中的真實程度。理想的模擬環境應該達到使用戶難辨真假的程度。

交互性

指用戶對模擬環境內物體的可操作程度和從環境得到反饋的自然程度。

自主性

指虛擬環境中的物體依據現實世界物理運動定律動作的程度。

4.關鍵技術

顯示

人看周圍的世界時,由於兩隻眼睛的位置不同,得到的圖像略有不同,這些圖像在腦子里融合起來,就形成了一個關於周圍世界的整體景象,這個景象中包括了距離遠近的信息。當然,距離信息也可以通過其他方法獲得,例如眼睛焦距的遠近、物體大小的比較等。

在VR系統中,雙目立體視覺起了很大作用。用戶的兩隻眼睛看到的不同圖像是分別產生的,顯示在不同的顯示器上。有的系統採用單個顯示器,但用戶帶上特殊的眼鏡後,一隻眼睛只能看到奇數幀圖像,另一隻眼睛只能看到偶數幀圖像,奇、偶幀之間的不同也就是視差就產生了立體感。

聲音

人能夠很好地判定聲源的方向。在水平方向上,我們靠聲音的相位差及強度的差別來確定聲音的方向,因為聲音到達兩只耳朵的時間或距離有所不同。常見的立體聲效果就是靠左右耳聽到在不同位置錄制的不同聲音來實現的,所以會有一種方向感。現實生活里,當頭部轉動時,聽到的聲音的方向就會改變。但目前在VR系統中,聲音的方向與用戶頭部的運動無關。

感覺反饋

在一個VR系統中,用戶可以看到一個虛擬的杯子。你可以設法去抓住它,但是你的手沒有真正接觸杯子的感覺,並有可能穿過虛擬杯子的「表面」,而這在現實生活中是不可能的。解決這一問題的常用裝置是在手套內層安裝一些可以振動的觸點來模擬觸覺。

語音

在VR系統中,語音的輸入輸出也很重要。這就要求虛擬環境能聽懂人的語言,並能與人實時交互。而讓計算機識別人的語音是相當困難的,因為語音信號和自然語言信號有其「多邊性」和復雜性。例如,連續語音中詞與詞之間沒有明顯的停頓,同一詞、同一字的發音受前後詞、字的影響,不僅不同人說同一詞會有所不同,就是同一人發音也會受到心理、生理和環境的影響而有所不同。

5技術應用

醫學。VR在醫學方面的應用具有十分重要的現實意義。在虛擬環境中,可以建立虛擬的人體模型,藉助於跟蹤球、HMD、感覺手套,學生可以很容易了解人體內部各器官結構,這比現有的採用教科書的方式要有效得多。

娛樂。豐富的感覺能力與3D顯示環境使得VR成為理想的視頻游戲工具。由於在娛樂方面對VR的真實感要求不是太高,故近些年來VR在該方面發展最為迅猛。

軍事航天。模擬訓練一直是軍事與航天工業中的一個重要課題,這為VR提供了廣闊的應用前景。美國國防部高級研究計劃局DARPA自80年代起一直致力於研究稱為SIMNET的虛擬戰場系統,以提供坦克協同訓練,該系統可聯結200多台模擬器。另外利用VR技術,可模擬零重力環境,替非標準的水下訓練宇航員的方法。

室內設計。虛擬現實不僅僅是一個演示媒體,而且還是一個設計工具。

房產開發。隨著房地產業競爭的加劇,傳統的展示手段如平面圖、表現圖、沙盤、樣板房等已經遠遠無法滿足消費者的需要。

工業模擬。當今世界工業已經發生了巨大的變化,大規模人海戰術早已不再適應工業的發展,先進科學技術的應用顯現出巨大的威力,特別是虛擬現實技術的應用正對工業進行著一場前所未有的革命。虛擬現實已經被世界上一些大型企業廣泛地應用到工業的各個環節,對企業提高開發效率,加強數據採集、分析、處理能力,減少決策失誤,降低企業風險起到了重要的作用。

應急推演。防患於未然,是各行各業尤其是具有一定危險性行業(消防、電力、石油、礦產等)的關注重點,如何確保在事故來臨之時做到最小的損失,定期的執行應急推演是傳統並有效地一種防患方式,但其弊端也相當明顯,投入成本高,每一次推演都要投入大量的人力、物力,大量的投入使得其不可能進行頻繁性的執行,虛擬現實的產生為應急演練提供了一種全新的開展模式,將事故現場模擬到虛擬場景中去,在這里人為的製造各種事故情況,組織參演人員做出正確響應。

游戲。三維游戲既是虛擬現實技術重要的應用方向之一,也為虛擬現實技術的快速發展起了巨大的需求牽引作用。 盡管存在眾多的技術難題,虛擬現實技術在競爭激烈的游戲市場中還是得到了越來越多的重視和應用。

Web3D

Oculus Rift開拓虛擬現實游戲新時代[3]

Web3D主要有四類運用方向:商業、教育、娛樂、和虛擬社區。

道路橋梁。城市規劃一直是對全新的可視化技術需求最為迫切的領域之一,虛擬現實技術可以廣泛的應用在城市規劃的各個方面,並帶來切實且可觀的利益。

地理。應用虛擬現實技術,將三維地面模型、正射影像和城市街道、建築物及市政設施的三維立體模型融合在一起,再現城市建築及街區景觀,用戶在顯示屏上可以很直觀地看到生動逼真的城市街道景觀,可以進行諸如查詢、量測、漫遊、飛行瀏覽等一系列操作,滿足數字城市技術由二維GIS向三維虛擬現實的可視化發展需要,為城建規劃、社區服務、物業管理、消防安全、旅遊交通等提供可視化空間地理信息服務。

教育。虛擬現實應用於教育是教育技術發展的一個飛躍。它營造了「自主學習」的環境,由傳統的「以教促學」的學習方式代之為學習者通過自身與信息環境的相互作用來得到知識、技能的新型學習方式。

還有演播室、水文地質、技術培訓、船舶製造、汽車模擬、軌道交通、生物力學、數字地球、虛擬現實等方面都會有很大的應用價值。

但是從現在來看,虛擬現實技術想要真正進入消費級市場,還有一段很長的路要走,包括Oculus公司在內。在Oculus內部,也對虛擬現實技術現在面對的問題進行了討論,並且不斷的在尋找解決方法。雖然所有問題最終都會找到答案,但是都不太可能在一夜之間全部解決。

目前,開發者如何為用戶提供一個真正身臨其境的游戲或應用體驗還存在比較大的技術局限性,而一些問題到現在仍然還沒有很好的解決辦法。

3. VR手套能讓人觸碰虛擬世界,以後人類還分得清現實和虛擬嗎

如果不帶這些手套,就是現實世界,但如果帶上的話,就是vR世界,是完全可以分清的

4. 虛擬現實硬體的交互設備

(1)數據手套
數據手套是虛擬模擬中最常用的交互工具。 數據手套設有彎曲感測器,彎曲感測器由柔性電路板、力敏元件、彈性封裝材料組成,通過導線連接至信號處理電路;在柔性電路板上設有至少兩根導線,以力敏材料包覆於柔性電路板大部,再在力敏材料上包覆一層彈性封裝材料,柔性電路板留一端在外,以導線與外電路連接。把人手姿態准確實時地傳遞給虛擬環境,而且能夠把與虛擬物體的接觸信息反饋給操作者。使操作者以更加直接,更加自然,更加有效的方式與虛擬世界進行交互,大大增強了互動性和沉浸感。並為操作者提供了一種通用、直接的人機交互方式,特別適用於需要多自由度手模型對虛擬物體進行復雜操作的虛擬現實系統。數據手套本身不提供與空間位置相關的信息,必須與位置跟蹤設備連用。
(2)力矩球
力矩球(空間求Space Ball)是一種可提供為6自由度的外部輸入設備,他安裝在一個小型的固定平台上。6自由度是指寬度、高度、深度、俯仰角、轉動角和偏轉角,可以扭轉、擠壓、拉伸以及來回搖擺,用來控制虛擬場景做自由漫遊,或者控制場景中牧歌物體的空間位置機器方向。力矩球通常使用發光二極體來測量力。他通過裝在求中心的幾個張力器測量出手所施加的力,閉關將其測量值轉化為三個平移運動和三個旋轉運動的值送入計算機中,計算機根據這些值來改變其輸出顯示。力矩球在選取對象時不是很直觀,一般與數據手套、立體眼鏡配合使用。3
(3)操縱桿
操縱桿是一種可以提供前後左右上下6個自由度及手指按鈕的外部輸入設備。適合對虛擬飛行等的操作。由於操縱桿採用全數字化設計,所以其精度非常高。無論操作速度多快,他都能快速做出反應。
操縱桿的優點是操作靈活方便,真實感強,相對於其他設備來說價格低廉。缺點是只能用於特殊的環境,如虛擬飛行。
(4)觸覺反饋裝置
在VR系統中如果沒有觸覺反饋,當用戶接觸到虛擬世界的某一物體時易使手穿過物體,從而失去真實感。解決這種問題的有效方法是在用戶交互設備中增加觸覺反饋。觸覺反饋主要是居於視覺、氣壓感、振動觸感、電子觸感和神經肌肉模擬等方法來實現的。向皮膚反饋可變點脈沖的電子觸感反饋和直接刺激皮層的神經肌肉模擬反饋都不太安全,相對而言,氣壓式和振動觸感是是較為安全的觸覺反饋方法。
氣壓式觸摸反饋是一種採用小空氣袋作為感測裝置的。它由雙層手套組成,其中一個輸入手套來測量力,有20~30個力敏元件分布在手套的不同位置,當使用者在VR系統中產生虛擬接觸的時候,檢測出手的各個部位的手裡情況。用另一個輸出手套再現所檢測的壓力,手套上也裝有20~30個空氣袋放在對應的位置,這些小空氣袋由空氣壓縮泵控制其氣壓,並由計算機對氣壓值進行調整,從而實現虛擬手物碰觸時的觸覺感受和手裡情況。該方法實現的觸覺雖然不是非常的逼真,但是已經有較好的結果。
振動反饋是用聲音線圈作為振動換能裝置以產生振動的方法。簡單的換能裝置就如同一個未安裝喇叭的聲音線圈,復雜的換能器是利用狀態記憶合金支撐。當電流通過這些換能裝置時,它們都會發生形變和彎曲。可能根據需要把換能器做成各種形狀,把它們安裝在皮膚表面的各個位置。這樣就能產生對虛擬物體的光滑度、粗糙度的感知。
(5)力覺反饋裝置
力覺和觸覺實際是兩種不同的感知,觸覺包括的感知內容更加豐富如接觸感、質感、紋理感以及溫度感等;力覺感知設備要求能反饋力的大小和方向,與觸覺反饋裝置相比,力反饋裝置相對成熟一些。目前已經有的力反饋裝置有:力量反饋臂,力量反饋操縱桿,筆式六自由度游戲棒等。其主原理是有計算機通過里反饋系統對用戶的手、腕、臂等運動產生阻力從而使用戶感受到作用力的方向和大小。
由於人對力覺感知非常敏感,一般精度的裝置根本無法滿足要求,而研製高精度里反饋裝置又相當昂貴,這是人們面臨的難題之一。
(6)運動捕捉系統
在VR系統中為了實現人與VR系統的交互,必須確定參與者的頭部、手、身體等位置的方向,准確地跟蹤測量參與者的動作,將這些動作實時監測出來,以便將這些數據反饋給顯示和控制系統。這些工作對VR系統是必不可少的,也正是運動捕捉技術的研究內容。
到目前為止,常用的運動捕捉技術從原理上說可分為機械式、聲學式、電磁式、和光學式。同時,不依賴於感測器而直接識別人體人體特徵的運動捕捉技術也將很快進入實用。
從技術角度來看,運動捕捉就是要測量、跟蹤、記錄物體在三維空間中的運動軌跡。
(7)機械式運動捕捉
機械式運動捕捉依靠機械裝置來跟蹤和測量運動軌跡。典型的系統由多個關節和剛性連桿組成,在可轉動的關節中裝有角度感測器,可以測得關節轉動角度的變化情況。裝置運動是,根據角度感測器所測得的角度變化和連桿的昂度,可以得出桿件末端點在空間中的位置和運動軌跡。實際上,裝置上任何一點的軌跡都可以求出,剛性連桿也可以換成長度可變的伸縮桿。
機械式運動捕捉的一種應用形式是將欲捕捉的運動物體與機械結構相連,物體運動帶動機械裝置,從而被感測器記錄下來。這種方法的優點是成本低、精度高、可以做到實時測量,還可以允許多個角色同時表演,但是使用起來非常不方便,機械結構對表演者的動作的阻礙和限制很大。
(8)聲學運動捕捉
常用的聲學捕捉設備由發送器、接收器和處理單元組成。發送器是一個固定的超聲波發送器,接收器一般由呈三角形排列的三個超聲波探頭組成。通過測量聲波從發送器到接收器的時間或者相位差,系統可以確定接收器的位置和方向。
這類裝置的成本較低,但對運動的捕捉有較大的延遲和滯後,實時性較差,精度一般不很高,聲源和接收器之間不能有大的遮擋物,受雜訊影響和多次反射等干擾較大。由於空氣中聲波的速度與大氣壓、濕度、溫度有關,所以必須在演算法中做出相應的補償。
(9)電磁式運動捕捉
電磁式運動捕捉是比較常用的運動捕捉設備。一般由發射源、接受感測器和數據處理單元組成。發射源在空間按照一定時空規律分布的電磁場;接受感測器安置在表演者沿著身體的相關位置,隨著表演者在電磁場中運動,通過電纜或者無線方式與數據處理單元相連。
它對環境的要求比較嚴格,在使用場地附近不能有金屬物品,否則會干擾電磁場,影響精度。系統的允許范圍比光學式要小,特別是電纜對使用者的活動限制比較大,對於比較劇烈的運動則不適用。
(10)光學式運動捕捉
光學式運動捕捉通過對目標上特定光點的監視和跟蹤來完成運動捕捉的任務。目前常見的光學式運動捕捉大多數居於計算機視覺原理。從理論上說,對於空間中的一個點,只要他能同時被兩個相機縮減,則根據同一時刻兩個相機所拍攝的圖像和相機參數,可以確定這一時刻該點在空間中的位置。當相機以足夠高的速率連續拍攝時,從圖像序列中就可以得到該店的運動軌跡。
這種方法的缺點就是價格昂貴,雖然可以實時捕捉運動,但後期處理的工作量非常大,對於表演場的光照、反射情況有一定的要求,裝置定標也比較繁瑣。
(11)數據衣
在VR系統中比較常用的運動捕捉是數據衣。數據衣為了讓VR系統識別全身運動而設計的輸入裝置。他是根據『數據手套』的原理研製出來的,這種衣服裝備著許多觸覺感測器,穿在身上,衣服裡面的感測器能夠根據身體的動作探測和跟蹤人體的所有動作。數據衣對人體大約50個不同的關節進行測量,包括膝蓋、手臂、軀乾和腳。通過光電轉換,身體的運動信息被計算機識別,反過來衣服也會反作用在身上產生壓力和摩擦力,使人的感覺更加逼真。
和HMD,數據手套一樣數據衣也有延遲大、解析度低、作用范圍小、使用不便的缺點,另外數據衣還存在著一個潛在的問題就是人的體型差異比較大。為了檢測全身,不但要檢測肢體的伸張狀況,而且還要檢測肢體的空間位置和方向,這需要許多空間跟蹤器。

5. Meta公司推出讓你『感受』虛擬物品的手套

近日馬克扎克伯格展示了一種新設備,有望為他的虛擬現實元宇宙鋪平道路:一種可以讓你感受虛擬物體的觸覺手套。

手套看起來像科幻電影中的機器人擁有的機械手臂, 該手套配備了數百個執行器和微型電機,可以在你的手上傳遞觸摸的感覺。它還可以將你的手指鎖定在某個位置--例如,如果你在VR世界中抓住一個球或觸摸一個硬表面。

"為了實現這種體驗,並將觸覺帶入元空間(VR虛擬世界),該團隊正在開發觸覺手套:一款舒適和可定製的手套,幫助你在虛擬世界中重現一系列的感覺,包括紋理、壓力和振動,"據報道Meta,這家公司的前身是Facebook。

目前該項目面臨的主要挑戰是技術的限制。例如,傳統的機械執行器可能很重,戴在手套上會產生過多的熱量。因此,Meta的現實實驗室一直在開發由較軟的柔性材料製成的執行器。現在 科技 的發展以及技術的進步還不能完全滿足該手套的需求,相信未來會逐漸解決這一問題。

Meta公司報道說:在過去兩年中,實驗室在氣動執行器(利用氣壓產生力)和電動力執行器(在有電場的情況下改變形狀或大小)方面都取得了重大突破。手套上的一個小型 "微流控晶元 "也能控制流經執行器的氣流。

上周,Meta公司聯合扎克伯格上傳了該技術的幾個操作視頻。然而,該公司指出,該手套不能完全重現現實世界的物理感覺。相反,該系統可以在適當的時候提供足夠的反饋,以欺騙你的大腦,使其認為一個虛擬物體在你手中。

"觸覺手套甚至可以讓佩戴者的感知系統相信它正在感受一個物體的重量,通過用致動器輕輕拉動佩戴者的手指皮膚來模仿重力對所持物體的拉扯。但這一切都必須在時間上完全正確,"Meta的現實實驗室說。

這個手套原型是該公司長期願景的一部分,即創造一個虛擬現實世界,有朝一日取代互聯網。據扎克伯格稱,元空間甚至可以取代我們在現實世界中做的事情,如參加音樂會和運動。但為了實現這一目標,Meta公司將需要一系列突破性的技術,能夠使VR互動感覺更像生活。

目前還沒有關於Meta何時向VR用戶發布觸覺手套的消息。但目標是有一天將手套與VR頭盔和增強現實眼鏡配對。

"該公司補充說:"我們的觸覺手套項目開始時是一個月球射擊,但隨著我們不斷創新和完成研究,它的可行性越來越高。

開發這些手套的工作仍處於研究過程的早期階段,隨著它們變得更加實用,Meta公司希望出售這些手套,允許用戶將它們與VR頭顯或AR眼鏡配對。