如果虚拟现实的最终目的是模仿我们现在的现实，那么触觉是一个重要的需要解决的感官。触觉研究——围绕能够融入这种触感的技术的研究——一直是虚拟现实和增强现实公司 如 Meta 的一个热门话题。
现在，卡内基梅隆大学 Future Interfaces Group 的研究人员开发了一款可以连接到 VR 头显底部的附加嘴部触觉设备。他们关于这项技术的 论文 本周将在新奥尔良举行的 CHI 计算系统人因会议上发表。他们的系统可以让佩戴 VR 眼镜的用户体验到从喷泉喝水，或者脸上有蜘蛛爬过的感觉。
它的工作原理是：一排微小的超声波扬声器被固定在 VR 头显底部的一块板上。这些被称为换能器的扬声器会发出人耳听不到的频率的声音，也就是压力波。Future Interfaces Group 的主任 Chris Harrison 解释说，这些扬声器可以以特定方式触发，使它们的所有声波聚焦在一起，就像通过放大镜的光一样。“它产生了这种压力的感觉。随时间变化的压力会产生振动，”他说。“如果你把它们以有趣的方式组合起来，并与良好的声音设计和良好的视觉设计相结合，它实际上会非常具有沉浸感。”
卡内基梅隆大学的博士候选人、该论文的第一作者 Vivian Shen 表示，他们之所以选择超声波触觉技术，是因为它能提供更局部化的效果，并且非常“富有表现力”。嘴部是一个很好的测试目标，因为它是人体上一个特别敏感的区域。该技术有许多参数可以调整，包括效果的强度、效果的位置、效果的持续时间、随时间变化的效果模式，以及效果是稳定还是调制。
他们尝试了这些参数的组合来制作基本的动画效果，并使用最强大、最引人注目的效果来构建他们的动画库，其中包括不同运动的基本触觉指令。这些动作包括在 x、y 和 z 方向上的滑动，“因为嘴唇上的任何类型的运动都是一种非常有趣的效果，可以很好地搭配各种 VR 动画，”Shen 说。“当然，超声波是一种非常局部化的节点，所以很容易实现点击和持续振动。我们可以改变时序、间距和调制频率。”
该设备的原型借鉴了一些开源设计，并配备了定制的印刷电路板。设备的第一版看起来像一个打字机键盘，有迷你聚光灯对准用户的嘴部。研究人员还提前展示了该设备一个较新、仍在开发中的版本，该版本具有更薄的面板，是换能器的更先进版本。
在首次亮相之前，该团队在一小群参与者身上演示了该设备。作为演示的一部分，参与者被要求体验一个鬼屋场景、一个真实物体模拟器和一个赛车游戏，这些都是流行的 VR 应用类别。当参与者穿越虚拟世界时，他们可以感觉到蜘蛛爬过、雨滴滴落、泥浆飞溅、喷泉在嘴唇上冒泡。场景的感觉是通过代码构建的（即将 开源）。
“我们希望它是拖放式的触觉。现在用户界面设计中的工作方式是，你可以将颜色拖放到对象上，将材质和纹理拖放到对象上，并通过非常简单的 UI 命令来改变场景，”Shen 说，他指的是程序员如何改变交互式软件应用程序的外观和感觉。“我们制作了一个动画库，它是一个拖放式的触觉节点，所以你可以将这个触觉节点拖放到场景中的物体上，比如喷泉的水流或者跳到你脸上的虫子。”拖放之后，程序员还可以调整代码参数。
在体验完不同的场景后，“用户体验研究中的八名用户表示，他们更喜欢有触觉反馈，而不是完全没有，”Shen 说。在研究过程中，一些参与者甚至在“感觉”到蜘蛛爬过嘴巴时，会下意识地拍打自己的脸。
尽管取得了令人印象深刻的结果，但嘴部触觉系统并不总是能完美工作。“我们遇到的主要问题是校准，”Shen 指出。由于每个人的面部几何形状都不同，有时很难将换能器定位在动画能够正确映射到嘴部的准确位置。还有一些用户无法感受到设备的任何效果。Harrison 指出，这些问题提出了有待他们通过未来研究探索的开放性问题。
Shen、Harrison 和他们的同事当然不是第一个研究嘴部触觉的研究人员。2020 年，一个德国团队的 FaceHaptics 使用连接到头显的机械臂，配备了喷嘴、加热丝、风扇和橡胶头，在脸上创造了一系列感觉。多感官 VR 面罩 FeelReal 的系统中则包含温度、气味、振动和喷雾。但 Harrison 指出，这些功能过多的设备最终都会变成笨重的头盔，长时间佩戴可能会感觉沉重。对于他们的原型，他们希望专注于体积小、重量轻，但仍然“逼真”并且能够便捷地集成到现有 VR 头显中的东西。他们可能会与产品设计合作伙伴进一步开发这个概念。
“有趣的是，到目前为止，许多新闻文章都集中在接吻的可能性上，而我实际上想说的是，这是不可能的，因为目前我们的软件只渲染一个节点。它适用于小效果，比如有东西爬过你的嘴巴，或者有雨水，非常小的点打在你的嘴上，”Shen 说。“我们无法处理更大的物体，因为超声波聚焦的方式，波长非常短，空间中的峰值也非常小。”
要生成接吻效果，他们需要由一个庞大的阵列控制的多个节点，这很可能与 VR 头显不兼容。但即使嘴部触觉能力有限，这个原型也表明，在 VR 中增强触觉感官可以相当实用。
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