科學家發明能摸到的3D全息投影，拍虛擬籃球觸感宛如真球

看見籃球的3D全息投影已經不稀奇，但如果你能拍打、觸控這個籃球幻像， ... 根據全息投影與使用者之間的互動性質，Arduino控制器單元可區分多種操作 ... MdEditor 科學家發明能摸到的3D全息投影，拍虛擬籃球觸感宛如真球 語言:CN/TW/HK 時間 2021-09-0308:50:42 智東西 主題: 投影機 科學家 智東西（公眾號：zhidxcom） 作者|ZeR0 編輯|漠影 看見籃球的3D全息投影已經不稀奇，但如果你能拍打、觸控這個籃球幻像，而且能感受到它的彈性呢？ 英國格拉斯哥大學的一個工程師團隊提出一種新方法，能創造跟全息投影進行物理互動的感覺。

當你用不同力度拍這個虛擬籃球時，你的手掌會感受到不同的彈性力道，就像在拍一個真球，你的手、手指和手腕都會有逼真的觸感。

而實現這樣宛如科幻片裡的互動體驗，完全不需要可穿戴或手持外圍裝置，比傳統的VR/AR系統更加輕便。

這項研究的論文題目為《互動式立體顯示的偽全息投影和氣動反饋》，已發表於WILEY智慧系統領域旗艦刊AdvancedIntelligentSystems上。

論文連結：https://doi.org/10.1002/aisy.202100090 一、三種模式，讓虛擬籃球拍起來像真球 如何做到逼真的籃球彈跳觸感？ 研究團隊打造了一個帶有氣動觸覺反饋裝置的偽全息投影。

▲用於互動式立體顯示的帶有氣動觸覺反饋的偽全息投影 如圖，其開發的系統有3個主要元件，分別是偽全息顯示、手勢識別模組和觸覺反饋裝置。

這些元件被連線到主計算機，並通過基於Unity平臺的內部構建程式進行控制。

其中，偽全息顯示基於Pepper的幽靈投影方案，創造了一種物體“漂浮”在空中的錯覺；手勢識別模組使得使用者可用手勢與虛擬物件進行互動。

除了視覺反饋外，該系統通過提供觸覺反饋來提供更真實的互動感。

其觸覺反饋裝置名為Aerohaptics，當用戶操縱虛擬物體時，該裝置使用指向使用者手上的加壓空氣噴射，來複制觸控感覺，同時它還提供位置和強度控制，以適應各種互動場景。

根據全息投影與使用者之間的互動性質，Arduino控制器單元可區分多種操作模式，包括恆壓模式、手部標誌選擇模式和手部跟蹤模式。

在恆壓輸出模式下，無論手的空間位置如何，系統都會向用戶提供恆定的氣動反饋，即使用者會感受到相同的壓力。

在手部標誌選擇模式下，演算法可以選擇使用者手的哪個部分（共6個標誌，每個指尖各1個+手掌上1個）是跟蹤系統的目標，系統可以準確地提供氣動觸覺反饋給不同的手部標誌。

在手部跟蹤模式下，壓力基於3D虛擬成像的拓撲與使用者手的運動互動，Arduino控制器單元將手指速度值直接對映到壓力調製單元，使使用者感覺像觸碰到一個真實存在的東西。

比如使用者試圖拍打全息籃球時，將收到與拍打球時“感知”的力度成正比的氣動反饋，能感受到球從指尖滾動時“圓圓”的形狀，以及球彈回手掌時的彈跳壓力變化。

二、定位精準到手指，拍得越重反彈越猛 隨後，研究團隊用實驗展示了其系統的兩項功能，即觸覺反饋傳遞的準確定位控制和可調觸覺反饋強度。

首先在控制觸覺反饋傳遞的位置方面，系統可控制空氣噴射以非常高的精度指向不同位置。

系統中的商業手部跟蹤裝置可以檢測到使用者手部的不同位置，包括手指、手掌、手腕等，跟蹤系統和氣體噴嘴能準確控制觸覺反饋的傳遞位置。

為了證明這一點，Aerohaptics系統被程式設計為按順序瞄準使用者手上的單個指尖，研究人員在使用者指尖上粘了紙條，這樣就能清晰看到噴氣的位置是否精準。

從上圖（d）中可以看到，空氣會集中噴在目標手指上，相鄰手指上粘的紙條沒有受到干擾。

其次，為了提供不同強度的觸覺反饋，其系統包含一個氣流控制機制，以調節噴到使用者手部的空氣量。

這在很多情況下都很有用。

比如，當用戶的手離空氣噴嘴越來越近或越來越遠時，觸覺反饋的強度可以保持不變；當用戶試圖迅速猛拍虛擬籃球，會產生更強的觸覺反應；當用戶拍打幅度很輕時，球的反饋強度也會相應降低。

研究人員在使用者的手掌上放了一個力感測器，並記錄了觸覺反饋的強度，獲得的影象結果顯示了虛擬籃球三次硬彈跳後氣流變化，然後是三次較軟的氣流，從而致使傳遞給使用者手的力發生了變化。

三、比其他全息顯示功能更全 Aerohaptics系統由格拉斯哥大學詹姆斯·瓦特工程學院的RavinderDahiya教授領導的可彎曲電子和感應技術（BEST）小組開發。

Dahiya教授說，近年來，觸覺反饋和立體顯示技術取得了長足的進步，使我們更接近於與虛擬物件進行逼真地互動。

但當前的觸覺技術往往要用到可穿戴或手持外圍裝置，其高成本與複雜性可能會阻礙該技術的普及。

與其他互動式全息顯示相比，Aerohaptics系統能將其他系統實現的360°視角、空中手勢識別、觸覺等功能合在一起，同時無需使用者連線裝置。

相對於其他在3D虛擬環境中提供觸覺反饋的技術，啟動觸覺反饋系統擁有反饋定位和強度控制等優勢，並保持較低的複雜性和低成本。

結語：未來或引入嗅覺反饋 總體來看，與在虛擬環境中提供觸覺反饋的其他方法相比，Aerohaptics系統是一個成本效益高的解決方案，複雜性相對較低。

研究團隊正在考慮給系統新增更多觸覺反饋功能，比如溫度變化帶來的感覺，嗅覺反饋也可以通過該系統在氣流中引入各種氣味來提供。

隨著後續進一步發展，Aerohaptics系統擁有實現多種感官相互作用的潛力。

這在現實生活中的應用有相當廣闊的探索空間，比如可以為遠端電話會議創造更逼真的3D渲染互動，幫醫生在虛擬空間執行棘手的操作，或者讓醫生遠端指導機器人進行真正的手術。

來源：TechXplore 「其他文章」 211TOPS！算能推出行動式邊緣大算力伺服器，解鎖三大場景需求 Matter落地前夕，亞馬遜開放多個工具包，智慧家居大洗牌要來了？ 3399元的驍龍8旗艦機來了，努比亞Z40SPro依舊死磕人像攝影 機器狗一小時就能學會走路？模仿動物本能，研究已登Nature子刊 谷歌子公司開發新款無人機，6英里內可無壓力送貨 裸手玩VR、線稿變3D人、充電寶上跑AI…曠視大秀AI技術生產力 國家雲概念來了！天翼雲獲中國電子、中國電科投資 全球手機衰退背景下，為什麼只有iPhone銷量逆勢上漲？ 蘋果花1億美元挽留三年，靈魂設計師JonyIve最終選擇單飛 愛立信高通聯手開發5G衛星通訊技術，馬斯克“星鏈”或遇對手？ 剛剛，教育智慧硬體第一股誕生！ 揭祕高通“首發”大戲：是跳坑還是躺贏？ 安謀科技商德明：端雲協同，進入軟體定義智慧攝像頭時代 成立兩週，元宇宙標準論壇到底在幹嘛？ 小米第四顆自研芯落地！全球首發1英寸感測器和高通驍龍8晶片 華為連發6款新品，智慧生活全場景生態佈局加速！ 讓馬斯克瘋狂的人形機器人！萬億級新藍海，揭祕背後產業|智東西內參 全球手機PC市場銷量雙雙暴跌，中國智慧手機月銷創7年來新低 國產顯示晶片龍頭衝上市！估值超300億元 三星或收購德國OLED螢幕創企，劍指技術和專利，繼續押寶OLED 「投影機」 TheFreestyle三星隨享智慧投影儀：智慧校色不挑牆壁，自動調平隨心放置 人類看到的顏色是一樣嗎？也許你從沒看過真正的黃色…… 即日起逛京東領北京綠色消費券入手投影儀等電腦數碼品類好物 百度系減持、銷量漲股價跌，極米何以深陷怪圈？ 投影儀、音響、冰箱，這屆露營愛好者想在戶外有個家 百度系再減持極米3%，套現或超6億元 100英寸只要499！2022上半年高性價比投影儀推薦 客廳C位爭奪戰 手機銷量巨跌的這屆“618”，這幾個消費電子品類卻賣爆了|焦點分析 市值215億，這個四川80後會讓電視機成為歷史？ 「科學家」 這種危險的戒菸方式，希望你永遠不會用到 一位科學家的閱讀觀 “你不能通過欺騙來治癒疾病”，阿爾茨海默病重磅論文陷“造假”風波 一個拒絕所有“最佳xx女性”獎項的女科學家 NASA確定火星有液態水，你認為火星有生命嗎？ 五彩斑斕的恐龍，這些顏色是科學家想象出來的嗎? 壓估值的醫療投資人：“攢局的人多了，頂級科學家創業也不靈了” 恐龍是如何做愛的？ 來自太空深處的浪漫，與詹姆斯韋伯核心團隊的宇宙級對話 「新基石研究員專案」資助啟動：10年100億，讓有探索精神的科學家不用再忙於「找錢」