身臨其境的感覺總是令人神往，而虛擬與現(xiàn)實的交互，對于喜愛沉浸體驗的人們來說，更是一種極致的 “誘惑”。比如在《星際迷航》等科幻大片中，我們經(jīng)常可以看見全息投影等技術，被作為一種科幻元素呈現(xiàn)在觀眾面前，從而引發(fā)無限遐想。

圖 | 《星際迷航》中的三維全息投影（來源：電影截圖）

現(xiàn)在，來自格拉斯哥大學的研究團隊開發(fā)了一種名為 Aerohaptics 的基于空氣的觸覺反饋設備，可將全息投影與精確控制的空氣噴射相結合，無需特殊頭飾即可體驗真實觸感。

當用戶在偽全息顯示器內操縱虛擬對象時，該設備會提供空中觸覺反饋，并準確地指向用戶手上的特定位置。此外，該設備還可以控制其強度以適應各種交互場景。這種能力對于未來的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)來說，無疑具備一種極為迫切的吸引力。

圖 | 相關論文（來源：Advanced Intelligent Systems）

相關研究成果以論文的形式發(fā)表在 Advanced Intelligent Systems 上，該論文以《用于交互式體積顯示器的具有氣動觸覺反饋的偽全息圖》（Pseudo-Hologram with Aerohaptic Feedback for Interactive Volumetric Displays）為標題，由格拉斯哥大學電子與納米工程教授拉文德·達希亞（Ravinder Dahiya）擔任通訊作者。

19 世紀幻覺技術的現(xiàn)代變體

該系統(tǒng)由格拉斯哥大學的可彎曲電子和傳感技術（BEST）研究小組開發(fā)，達希亞教授是 BEST 研究小組的負責人。此外，他還擔任著印度班加羅爾印度科學研究所（IISc）的客座講席教授。

圖 | 拉文德·達希亞（來源：格拉斯哥大學）

據(jù)了解，該系統(tǒng)基于偽全息顯示器，通過使用玻璃或鏡子等工具，使二維圖像看起來似乎在太空中盤旋。

達希亞表示，“該技術是與虛擬對象交互的新方法，也是一種高級形式的電話會議，甚至是使外科醫(yī)生能夠遠程執(zhí)行手術的基礎。”

事實上，這是一種被稱為 “Pepper's Ghost” 古老幻覺技術的現(xiàn)代變體。該技術最早起源于 19 世紀，又稱作佩珀爾幻象，通常借由玻璃和特定光源，在舞臺上呈現(xiàn)出一種奇特的幻覺效果，往往被用于魔術表演。

值得一提的是，該技術還可以應用于大型博物館中，能夠有效地還原歷史情景，且費用相對低廉。

而在 BEST 研究小組的實驗中，該系統(tǒng)表現(xiàn)出了令人驚喜的變化。它可以和一個傳感器形成完美 “搭檔”，來跟蹤體驗者的手部運動，并通過一個可移動的空氣噴嘴將氣流引導到他們的手掌或指尖，從而使人感受到逼真的觸感。

動圖 | “空氣觸覺” 技術下的虛擬籃球（來源：格拉斯哥大學）

在論文中，該團隊提供了一個示例，將計算機生成的籃球 3D 圖像顯示在空中，并借實驗證明了他們是如何通過改變氣流的方向和力量來創(chuàng)造一種真實的籃球彈跳感。

比 VR、AR 更輕便的虛擬交互

將傳統(tǒng) 2D 圖形在虛空中顯示為具有真實物理尺寸的 3D 虛擬對象，是下一代虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）系統(tǒng)的有趣方法。不僅極大地增強了用戶的沉浸式體驗，也在機器人技術、自動駕駛汽車和康復等多個領域引起了極大的興趣。

然而，在一個完整的系統(tǒng)中結合這些交互體驗往往會帶來技術復雜性、成本、實施和安全方面的重大挑戰(zhàn)。

科學們在此方面也進行了很多嘗試，包括偽全息圖、掃描體積、靜態(tài)體積和自由空間顯示等。

此外，也有一些商業(yè)上的努力，比如早期的 Perspecta 顯示器（一個 10 厘米直徑的掃描體積顯示器）和 LightSpace DepthCube（一個堆疊式液晶顯示器）；當前的商業(yè)示例則包括 Voxon 的掃描體積顯示器和窺鏡的光場技術。

圖 | 虛擬環(huán)境中觸覺反饋方法比較（來源：Advanced Intelligent Systems）

但遺憾的是，當前大多數(shù)的立體顯示器僅提供視覺體驗，而無法通過觸摸感受虛擬物體。盡管一些可穿戴設備宣稱“可觸摸”，但它們僅限于控制正在顯示的虛擬對象，并不能感受真實對象施加的壓力或溫度。

“近年來，觸覺反饋和顯示技術取得了長足的進步，使我們更接近于能夠令人信服地與虛擬對象進行交互。然而，當前的觸覺技術通常仍然涉及可穿戴或手持外圍設備，這會增加成本和復雜性，并可能阻礙該技術的廣泛采用?！?達希亞教授表示。

圖 | 觸覺全息技術示意圖（來源：格拉斯哥大學）

而 BEST 的新系統(tǒng)恰好以相對較低的成本創(chuàng)造了令人信服的物理交互感覺，最重要的是，該系統(tǒng)并不需要穿戴或手持外圍設備。另外，研究小組已經(jīng)在考慮為新系統(tǒng)添加額外的功能。例如，在氣流中添加溫度控制，借以加深與熱或冷物體交互的感覺。

“我們相信，氣動觸覺技術可以成為未來許多新應用的基礎，比如為電話會議創(chuàng)建令人信服的真人交互式 3D 渲染，或者在虛擬空間中幫助外科醫(yī)生訓練如何執(zhí)行棘手的手術?！?達希亞說道。

該研究得到了英國工程和物理科學研究委員會（EPSRC）的資助，達希亞表示，“隨著該系統(tǒng)的持續(xù)開發(fā)，我們期待著探索更多的可能性。”