如何在VR购物体验中模拟毛料质感?

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去年底,沃尔玛宣布关闭VR子公司Insperience,这家公司的业务涉及VR购物解决方案,沃尔玛原本希望通过这家公司为消费者提供沉浸式、定制化的购物体验,而为什么关闭这项业务原因未知。

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实际上,用VR来购物听起来像是一个可行的方案,因为VR可以让你在沉浸的虚拟环境中从多种角度查看3D商品模型,还可以与虚拟商品互动、试用虚拟商品。尽管如此,视觉可视化仅仅只是商品体验的一个部分,还需要模拟触觉、味觉、嗅觉等多重感官才能还原线下购物的完整体验。

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因此可以想象,即使沃尔玛推广VR购物,可能也还是缺少触觉等更完整的购物体验。就市面现有的技术来看,Feelreal已经通过气味模拟系统为VR带来逼真的嗅觉体验,但是逼真的触觉却依然难以模拟,因为受到不同材质、形状、体感模拟方案的限制。

而近期,国立台湾大学和国立政治大学的科研人员,就提出了一种机械的毛发触感模拟VR手柄,特点是可以模拟不同触感的毛,比如小猫的背部,或是各种毛料材质的枕头等等。此前的一些触觉反馈手柄研究已经可以模拟摘苹果、温度变化、弹力球等场景的触感,而台湾科研人员发布的这项VR体感方案,则旨在模拟更加逼真的毛发感。

科研人员表示:触觉反馈是日常生活中一种重要的体感,利用它可以提升VR的逼真感。一些通过马达等制动器来模拟体感反馈的方案比较常见,但缺点是隔离区、反冲等因素会造成延迟。而对于持续变化的硬度模拟,则需要动态改变的阻力反馈,也就是说需要尽可能减少延迟。

具体来讲,一簇长刷毛可模拟弹性较弱的软毛,毛长变短则是相反的效果。另一方面,倾斜刷毛的角度也可以模拟不同的粗糙程度,刷毛越平,触感越顺滑。因此,利用市面上现有的化妆刷、手柄装置和Vive Tracker,科研人员通过刷毛的物理性质来模拟逼真、灵活的VR体感反馈。

也就是说,科研人员通过控制和调整刷毛长度和角度来实现理想的效果。此外还从实验中发现,刷毛较平、较细、较长、具有合适弹性,而且刷头蓬松,另一头紧实的刷子最适合动态调整的体感反馈。

硬件方案

细节方面,该方案名为HairTouch,采用两簇刷毛,通过控制毛发的长度(4毫米到36毫米)、密度来调整弹性,模拟毛发的硬度、粗糙度、表面高度差。此外,该方案还可以调整刷毛的角度,模拟不同角度的触觉反馈,比如摸头发等等。刷毛的角度越大,阻力也越大,更容易模拟硬度高的毛边。

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科研人员在论文中解释,整个装置的结构比较复杂,包括多个元件,比如:凹槽、马达、支撑架、手柄、管、轨道、框架等等。

为了验证它的效果,还进行了一场感知研究,调查参与者能否分辨四种不同的毛发触感,每一种触感的硬度和粗糙度各不相同,模拟了不同的VR场景,比如:小猫的背部、耳朵、头部、腹部。

此外,在实验中还探索了VR虚拟购物的可能性,通过4种不同的触感,来模拟4种不同材质的枕头和枕头套。除了毛发外,还可以用来模拟和其他人的交互。

实验方案

在初始状态下,刷毛没有被抬高,角度垂直,位于食指下方,未接触手指。而当手指感受到刷毛的硬度时,则设定为基准平面,因此如果要在VR中模拟毛发的触觉,手柄需要将刷毛提升到基准面的高度。接着,食指可以向下继续感受刷毛的硬度,或是在水平方向抚摸刷毛。

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为了提供虚拟表面上方的表面高度差异,马达进一步抬高头发的高度,超出基准平面。感知虚拟表面时既有硬度和表面高度差,又有粗糙度和表面高度差,马达需要同时调整和弥补刷毛的高度。此外,当你抬起食指时,刷毛也会下降,避免误触。

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值得注意的是,HairTouch不能同时模拟硬度和粗糙度,因为使用者难以同时察觉两种特征的变化。实际上,我们一般通过上下推动来感知硬度,通过在表面上滑动以感知其粗糙度。由于手势动作的不同,通常这两种体感并不会同时感知。因此,HairTouch会根据当前的VR场景,切换到适当的触觉反馈模式。

此外,由于弯曲头发的粗糙度反馈与手指弯曲和移动时手指的滑动运动相关,用户只能在特定方向滑动手指而不能来回滑动,感知粗糙度反馈。比如滑动,抬起,移动向后和滑动等手势,在抚摸或抚摸宠物时比较常见。

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在实验中,HairTouch模拟了5种不同的硬度,以及7种不同的粗糙度。

在对于硬度的模拟上,有6位参与者(P3,P5,P7,P8,P9,P11)表示:由于较长的时间,难以区分1级和2级这些柔软的头发使手指可以轻松地按入簇簇的头发。为了区分硬度,有6位参与者主要是基于他们对何时感觉到的抵抗力的评估压头发,而5名参与者主要依靠刷毛的形状变化。

对于粗糙度的模拟方面,有5位参与者(P4,P6,P8,P10,P11认为,在毛发角度小于90°时难以区分粗糙度的变化。此外,P3和P4认为第四种粗糙度(不弯曲头发)是最平滑的,而不是而不是第一种角度比较弯曲的毛发。

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P10和P12表示:主要是根据毛发的阻力来识别粗糙感,但由于头发较蓬松,第四种角度的刷毛没有弯曲,则更容易识别粗糙度。P10进一步提到第四种角度的毛发有时会使他/她将其与平滑度相关联,而第一种角度会让他们感觉最平滑。总之,主要有5位参与者通过阻力来评估滑动感,4参与者主要依赖于来自头发尖端,有1位参与者将毛发的阻力从1到4依次排序。

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总之,HairTouch可模拟长达31毫米的毛发,以及四个硬度等级31mm,21mm,11mm,4mm由HairTouch提供。对于粗糙度,从第5、6和7级开始,毛向相反的方向弯曲。滑动运动是可以区分的,这些也是与级别1区分,选择这四个级别。最终,HairTouch有效模拟了四个粗糙度级别(1、2、3、4),在头发弯曲方向和水平方向之间的夹角为45°,115°,125°和135°。参考:VRScout

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