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元宇宙能感知触觉了?计算机帮你呈现真实纹理

ynrdgb ynrdgb ⋅ 2022-05-26 05:36:41

科技让我们在舒适的家中就能沉浸在一个视觉和听觉的世界里,但却缺少了某种东西:触觉。

触觉是人类感知现实的一个非常重要的部分。触觉技术或设备可以产生非常特殊的振动,模仿触觉,这是一种将第三种感觉带入生活的方式。然而,就触觉学的发展而言,人类对某些东西是否感觉“正确”非常挑剔,而虚拟纹理并不总是能达到目标。

现在,南加州大学维特比工程学院的研究人员开发了一种新的方法,让计算机在人类的帮助下呈现出真实的纹理。

该框架被称为偏好驱动模型,它使用我们区分特定纹理细节的能力作为工具,以便对这些虚拟纹理进行调整。

这项研究由三名南加州大学维特比计算机科学博士生Lu Shihan, Zheng Mianlun和Matthew Fontaine,以及南加州大学维特比计算机科学助理教授Stefanos Nikolaidis和南加州大学维特比WiSE Gabilan计算机科学助理教授Heather Culbertson在IEEE Haptics杂志上发表。

第一作者Lu解释说:“我们让用户比较真实纹理和虚拟纹理之间的感觉。然后,该模型迭代更新虚拟纹理,以便最终虚拟纹理能够与真实纹理匹配。”

根据Fontaine的说法,这个想法最早出现在2019年秋季,当时他们分享了一门由Culbertson教授的触觉界面和虚拟环境课程。他们从艺术应用Picbreeder中获得了灵感,该应用可以根据用户的喜好反复生成图像,直到达到理想的结果。

“我们想,如果我们可以对纹理做这样的事情会怎么样?” Fontaine思考道。

元宇宙能感知触觉了?计算机帮你呈现真实纹理

使用这个偏好驱动的模型,用户首先得到一个真实的纹理,模型使用几十个变量随机生成三个虚拟纹理,然后用户可以从中选择一个感觉最接近真实的东西。随着时间的推移,随着搜索越来越接近用户的喜好,搜索会调整这些变量的分布。根据Fontaine的说法,这种方法比直接记录和“回放”纹理具有优势,因为在计算机读取的内容和我们的感觉之间总是存在差距。

Fontaine说:“你是在准确地测量他们的感受,而不是模仿我们所能记录的。”在你录制纹理的方式和回放的方式上都会有一些错误。

用户要做的唯一的事情就是选择最匹配的纹理,并使用一个简单的滑块调整摩擦量。摩擦对于我们如何感知纹理是至关重要的,它可以在人与人之间的感知中有所不同。这“非常简单”,Lu说。

正好赶上新兴市场的具体,准确的虚拟纹理。从电子游戏到时尚设计,所有的东西都在整合触觉技术,现有的虚拟纹理数据库可以通过这种用户偏好方法进行改进。

“这种触觉设备在视频游戏、时尚设计和手术模拟中越来越受欢迎。”Lu说。“即使在家里,我们也开始看到用户使用这些(触觉)设备,它们正变得像笔记本电脑一样受欢迎。例如,在第一人称电子游戏中,这会让玩家觉得自己真的在与环境互动。”

Lu之前也做过其他关于沉浸式技术的工作,但是是关于声音,特别是通过在工具与之交互时引入匹配的声音而使虚拟纹理更具沉浸感。

“当我们通过工具与环境互动时,触觉反馈只是一种形式,一种感官反馈。”Lu说。“音频是另一种感官反馈,两者都非常重要。”

元宇宙能感知触觉了?计算机帮你呈现真实纹理

纹理搜索模型还允许用户从数据库中取出一个虚拟纹理,就像宾夕法尼亚大学的触觉纹理工具包一样,并对其进行改进,直到得到他们想要的结果。

“你可以使用之前别人搜索到的虚拟纹理,然后基于这些,你可以继续优化它。”Lu说。“你不必每次都从头开始搜索。”

这对于牙科或外科训练中使用的虚拟纹理来说尤其方便,因为这些训练需要非常精确。“外科训练无疑是一个巨大的领域,它需要非常逼真的纹理和触觉反馈。”Lu说。“时装设计在制作之前,在纹理方面也需要很高的精确度。”

Lu解释说,在未来,模型甚至可能不需要真实的纹理。我们生活中某些事物的感觉是如此的直观,我们可以通过看照片来调整纹理以匹配记忆,而不需要在我们面前参考真实的纹理。

“当我们看到一张桌子时,我们可以想象我们触摸它时的感觉。”Lu说。“利用我们对表面的先验知识,你可以向用户提供视觉反馈,让他们选择匹配。”

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