隱藏力量和滑蓋螢幕欺騙感官：讓 VR 更加真實
引言
虛擬現實（VR）一直在不斷進步，不僅在影像和聲音方面取得了更高的解析度和沉浸感，同時還在進一步利用物理感知和移動部分來迷惑我們的感官，以致使虛擬和真實之間的界限模糊不清。在標誌著 SIGGRAPH 50 屆的國際計算機圖形學和相關領域會議上，來自 Meta、Epic 和各大學和電影製片廠的研究人員展示了他們在使 VR 和 AR 更加令人信服方面的最新努力。
Meta 的可變焦 VR 頭盔
該會展廳充斥著各種實驗性的 VR 前沿技術，這些技術在視覺上令人印象深刻，但沉浸感主要仍依賴於視覺效果。為了讓這種幻覺更加完整，Meta 的展示引起了廣泛關注。他們首次展示了兩款實驗性的頭盔，分別被稱為 Butterscotch 和 Flamera。Flamera 以一種有趣的「透過影片」方法帶來視覺效果，但 Butterscotch 的「可變焦」方法才真正改變了虛擬世界。
一般情況下，VR 頭盔由一對固定在鏡片堆疊上的小型高解析度顯示屏組成，使得它們似乎填滿了使用者的視野。這種設計已經非常成功，任何試用過最新型虛擬頭盔的人都能證實這一點。但是它也存在一個缺點，那就是將物體靠近並不能真正使你看得更清楚，因為它們的解析度仍然相同。儘管你或許可以看到更多的細節，但並不像在現實生活中拿起物體並進一步仔細檢查那樣。我親自測試並對 Meta 的 Butterscotch 原型進行了訪談，這個原型模擬了現實生活中物體近距離觀察的體驗。它透過追蹤使用者在頭盔中的注視點，並在注視點落在物體上時將顯示屏物理滑動到眼睛更近的位置。這個效果對於那些已經習慣了 VR 中「近距離觀察」糟糕近似的人來說確實是震撼的。Meta 的一位研究人員告訴我，顯示屏的移動範圍僅為 14 毫米，在這個範圍內，不僅可以建立一個更清晰的近距離物體影像（我要說這個影像相當清晰），還可以使眼睛更自然地改變它們的「適應」和「匯聚」，即眼睛自然地追蹤和聚焦物體的方式。
然而這種顯示屏移動的技術在消費者型號上可能有一些實際應用上的約束，這使得這一特點很難在 Quest 頭盔上得到應用。
振動裝置和滾動裝置
在展示會的其他地方，一些人正在測試更加驚人的物理方法來欺騙我們的知覺。索尼研究人員開發了一種極端的振動裝置：控制器固定在一種類似於長棍的裝置中，裡面有一個可以透過馬達上下移動的重物，以改變重心或模擬運動。與我嘗試的其他觸覺實驗一樣，如果沒有虛擬場景的配合，這種裝置在感官上並不明顯，但是一旦與視覺刺激相結合，它的欺騙力就非常強烈。在一系列快速的示範中，我首先開啟了一把虛擬的雨傘——顯然這不是一款你會玩很長時間的遊戲，但它非常好地展示了如何透過改變重心的方式使虛擬物體變得真實。當雨傘開啟時的運動感知很合適，而當重物移動到最遠的極限位置時，它的運動感知使人感知到物體質量確實移動到了手柄的末端。接下來，我在第一個裝置上新增了一個垂直的第二個裝置，形成了一個槍的形狀，這個示範讓我用霰彈槍和手槍打擊外星人，每把槍都因為裝置中的重物運動和模擬後坐力和重新裝彈而有不同的「感知」。最後我用一把虛擬光劍碰觸附近的怪物，當光劍光束接觸時，帶來了觸覺反饋。我與一位研究人員交談後得知，他們沒有計劃商業化這一技術，但回應非常正面，他們正在改進和開發新的應用。
還有一個名為 SomatoShift 的不尋常的、巧妙的技術，在東京大學的一個展示攤位上展出。在那裡，我戴上了一個帶動力手環，裡面有兩個旋轉陀螺儀相對彼此，但可以改變它們的方向以產生一種要麼阻擋手部運動、要麼加速手部運動的力。這種機制有點難以理解，但這種類似重力的重物基本上想要保持「直立」，透過改變它們相對於重力或其所安裝的物體的方向，這種自我校正的特性可以產生相當精確的力向量。這項技術幾十年來一直用於衛星上，它們被稱為「反作用輪」，在這個技術中也運用得很好，可以使我的手在移動到兩個按鈕之間時變得遲緩或加速。所涉及的力量很小但可察覺，人們可以想像到，這個旋轉陀螺儀的巧妙應用可以創造出各種微妙但令人信服的推拉感知。
和其他展示類似的原理的展示一樣，芝加哥大學的展位也展示了一種不同的應用，參觀者身上裝有一個大型的動力背包，裡面有一個快速上下移動的帶馬達的重物。這被用來創造一個更高或更低的跳躍的幻象，透過在適當的時刻改變重量位置，似乎會令人感到減輕或加速，或者在犯錯的情況下產生向下的壓迫感。在展會之前，我們的同事在 Engadget 上對這項技術的技術細節進行了報導。
模擬觸感的方法
當涉及到在虛擬環境中觸控或握住物體的感知時，現有的 VR 控制器也存在一些局限性。儘管最新的 Quest 和 PlayStation VR2 頭盔具有令人驚嘆的運動追蹤能力，但您仍然無法真正感受到自己與虛擬環境中物體的互動。東京工科大學團隊創造了一種巧妙（並且非常瑣碎）的方法，模擬您用指尖觸控或握住物體的感知。
使用者手上裝有四個小小的環，每隻手有一個，除了小指以外的每個手指都有一個。每個環的頂部都裝有一個微型馬達，而每個馬達都懸掛著一個小小的線圈，環繞著每個指尖的皮膚。手的位置和手指的位置透過一個存取（僅僅）與頭盔相連的深度感測器來追蹤。在虛擬現實模擬中，一張桌子上覆蓋著各種立方體和其他形狀的物體。當感測器檢測到您的虛擬手與虛擬方塊的邊緣相交時，馬達會稍微旋轉並拉條迴圈，這感知非常像是有東西碰觸到手指尖的感知！儘管這聽起來非常簡單，也確實如此，但這種基本的想法和感知的體驗是值得一試的，而且這個設定顯然並不太昂貴。能夠模擬阻力的觸覺手套很少見，而且非常複雜（事實上另一位研究人員還對這款裝置進行了改進，一個更複雜的版本，但原理類似）。這種系統的一個改進版本可能價格不到 100 美元，並提供一種基本的體驗，這仍然是一種具有轉形力的體驗。
結論
在 SIGGRAPH 這樣的會議上，虛擬現實和其他領域的交匯點比比皆是，展示了物理和數位之間相互融合的各種體驗。雖然虛擬現實在主流市場上還沒有全面普及，但許多人認為這不是放棄它作為一個失敗平臺，而是要加倍努力改善和擴充套件它。展會還展示了遊戲、VFX、藝術、虛擬製作和其他許多領域之間的重疊。這些實驗的幕後人員和會展上展示的成熟產品的創造者們明顯認為，這個行業正在趨於匯聚和多元化，多模態、多媒體、多感官的體驗是未來的發展方向。但這並不意味著這種發展是不可避免的——有人必須去實現它，因此他們開始行動了。
