身臨其境的感覺總是令人向往，而虛擬與現(xiàn)實的交互，關(guān)于喜愛沉醉體驗的人們來說，更是一種極致的 “誘惑”。譬如在《星際迷航》等科幻大片中，我們經(jīng)?？梢钥匆娙⑼队暗燃夹g(shù)，被作為一種科幻元素出現(xiàn)在觀眾面前，從而引發(fā)無限聯(lián)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(xué)的研究團隊開發(fā)了一種名為 Aerohaptics 的基于空氣的觸覺反應(yīng)設(shè)備，可將全息投影與精確控制的空氣噴射相結(jié)合，無需特殊頭飾即可體驗真實觸感。

當(dāng)用戶在僞全息顯示器內(nèi)操縱虛擬對象時，該設(shè)備會提供空中觸覺反饋，並準(zhǔn)確地指向用戶手上的特定位置。另外，該設(shè)備還可以控制其強度以適應(yīng)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，無疑具備一種極爲(wèi)迫切的吸引力。

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

相關(guān)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應(yīng)的偽全息圖》（Pseudo-Hologram with Aerohaptic Feedback for Interactive Volumetric Displays）為標(biāo)題，由格拉斯哥大學(xué)電子與納米工程傳授拉文德·達希亞（Ravinder Dahiya）擔(dān)任通訊作者。

19 世紀幻覺技術(shù)的現(xiàn)代變體

該系統(tǒng)由格拉斯哥大學(xué)的可曲折電子和傳感技術(shù)（BEST）研究小組開發(fā)，達希亞傳授是 BEST 研究小組的擔(dān)負人。另外，他還擔(dān)任著印度班加羅爾印度科學(xué)研究所（IISc）的客座講席傳授。

圖 | 拉文德·達希亞（來源：格拉斯哥大學(xué)）

據(jù)了解，該系統(tǒng)基于僞全息顯示器，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。

達希亞表達，“該技術(shù)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(shù)的基礎(chǔ)?！?/span>

事實上，這是一種被稱為 “Pepper's Ghost” 古舊幻覺技術(shù)的現(xiàn)代變體。該技術(shù)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，在舞臺上出現(xiàn)出一種奇異的幻覺結(jié)果，往往被用于魔術(shù)表演。

值得一提的是，該技術(shù)還可以應(yīng)用于大型博物館中，能夠有效地還原曆史情景，且費用相對惠而不費。

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(dǎo)到他們的手掌或指尖，從而使人感受到逼確實觸感。

動圖 | “空氣觸覺” 技術(shù)下的虛擬籃球（來源：格拉斯哥大學(xué)）

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，并借實驗證明白他們是如何通過轉(zhuǎn)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)的有味方法。不僅極大地增強了用戶的沉醉式體驗，也在機器人技術(shù)、自動駕駛汽車和康復(fù)等多個土地引起了極大的興致。

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

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

另外，也有一些商業(yè)上的努力，譬如早期的 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）；今天的商業(yè)示例則包括 Voxon 的掃描體積顯示器和窺鏡的光場技術(shù)。

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

但遺憾的是，當(dāng)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(shè)備宣稱“可觸摸”，但它們僅限于控制正在顯示的虛擬對象，並不能感受真實對象施加的壓力或溫度。

“近年來，觸覺反應(yīng)和顯示技術(shù)取得了長足的前進，使我們更靠近于能夠令人相信地與虛擬對象進行交互。然而，今天的觸覺技術(shù)通常仍然涉及可穿戴或手持外圍設(shè)備，這會增加成本和龐大性，并也許阻礙該技術(shù)的廣泛采用。” 達希亞傳授表達。

圖 | 觸覺全息技術(shù)示貪圖（來源：格拉斯哥大學(xué)）

而 BEST 的新系統(tǒng)恰恰以相對較低的成本創(chuàng)造了令人相信的物理交互感覺，最重要的是，該系統(tǒng)并不需要穿戴或手持外圍設(shè)備。另外，研究小組差不多在考慮為新系統(tǒng)添加分外的功能。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(shù)可以成為未來許多新應(yīng)用的基礎(chǔ)，譬如為電話會議創(chuàng)建令人相信的真人交互式 3D 渲染，或者在虛擬空間中幫助外科醫(yī)生訓(xùn)練如何履行辣手的手術(shù)?！?達希亞說道。

該研究獲得了英國工程和物理科學(xué)研究委員會（EPSRC）的資助，達希亞表達，“隨著該系統(tǒng)的持續(xù)開發(fā)，我們在線期待著探索更多的也許性。”