导读：随着VR技术多年的沉淀，我们对VR的关注点也早就突破了视觉维度与听觉维度，开始渴望近乎全真的虚拟体验。这就离不开其他感官的参与，那当前模拟感官的VR技术究竟发展到什么程度了呢？我们不妨从近期实验室研究人员的报告中，找寻答案。
文| Jun long
VR设备的沉浸式体验分为非交互式体验、人——虚拟环境交互式体验和群体——虚拟环境交互式体验等几类。该角度强调用户与设备的交互体验，相比之下，非交互式体验中的用户更为被动，所体验内容均为提前规划好的，即便允许用户在一定程度上引导场景数据的调度，也仍没有实质性交互行为，如场景漫游等，用户几乎全程无事可做；而在人——虚拟环境交互式体验系统中，用户则可用过诸如数据手套，数字手术刀等的设备与虚拟环境进行交互，如驾驶战斗机模拟器等，此时的用户可感知虚拟环境的变化，进而也就能产生在相应现实世界中可能产生的各种感受
想象一下，如果我们能够在虚拟博物馆中，用手抚摸、感受珍贵的文物；在VR游戏中，能真切感受到对方抛过来球的体积和重量；甚至是在社交软件中与伴侣拥抱或者接吻，这会是多么有意思的一件事。
今年5月，在人机界面（ACM CHI）会议上，卡内基梅隆大学人机交互研究所的研究人员展示了一个触觉反馈系统。这套系统有意思的地方在于，能够让你用嘴感受虚拟世界。
“嘴部在触觉敏感度方面仅次于指尖，位列第二，这就为创造非常精细的触觉效果提供了机会。”近日，在人机界面（ACM CHI）会议上，卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University ，CMU）人机交互研究所的研究员展示了不接触唇部即可产生唇齿触觉的VR设备。
该设备由一个薄而紧凑的超声波换能器波束形成阵列组成，可以安装在虚拟现实头戴设备的底部。
超声波换能器将声能聚焦在佩戴者的嘴上，它们会触发不同类型的效果，如滑动、点脉冲或持续振动。使用者会在他们的嘴唇、舌头或牙齿上感受到这些超声波效应。研究人员表示，这些口腔触觉可以带来新的有趣的虚拟现实体验，比如用来模拟VR用户嘴唇上的水或咖啡等虚拟液体，甚至可以用来模拟“吸”一支虚拟香烟的感觉。
除了娱乐价值之外，还有人设想，这样的应用程序可能具有医疗益处，比如可以帮助人们戒烟的虚拟戒烟疗法。由于研究的性质，科学家们其实避免提及任何亲吻的可能性，虽然从技术看确实非常相关。
研究小组表示，嘴部触觉创新可用于在虚拟现实中模拟逆风或雨水拍打脸部的感觉，这种触觉模拟可以从根本上提高VR环境中的沉浸感。
在展示片中，研究人员让体验者“进入”幽暗的森林，体验蜘蛛“跳到”唇上（随机脉冲的模拟）。在用户用信号枪射击蜘蛛后，用户即会感到粘液飞溅（通过更高频率的嘴巴上的随机脉冲来模拟）。
研究人员写道，“重要的是，所有组件都集成到耳机中，这意味着用户无需佩戴额外的配件，也无需在房间内放置任何外部基础设施。”这是一个重要的进步，修改后的头戴装置不再需要像以前一样在用户的嘴巴附近放置设备。在VR头显底部安装的64个40kHz超声波传感器阵列，尺寸为17.9x10.6x1.5cm，重量为107g，存在感较之前的方式降低许多。
对参与者的研究发现，口腔触觉大大增加了沉浸感，并为大多数人提供更好的临场感。但也有用户反映，用超声波模拟水在认知上是不协调的。
“尽管触觉效果很有趣并且位置很好，但感觉本身并不一定符合我的期望，”用户说。研究人员在论文中承认，他们的系统从根本上是有限的，因为仅靠振动不足以模拟嘴巴的感觉。尽管如此，参与者在很大程度上更喜欢有嘴部触觉而不是根本没有。
为了创造可信的触觉，让虚拟世界变得“有形”，不少厂商推出或升级了技术方案。比如，去年11月，Meta公布了触觉感知手套；同月，VR外设公司bHaptics开放了两款新版TactSuit触觉背心的预售。无论是触觉手套，还是游戏背心，由于上面布满了执行器，使人们感觉像在触摸物体，或被VR中的三维物体触摸。
芝加哥大学一实验室的研究人员则另辟蹊径，提出了一种可替代执行器的化学触觉技术，即通过将液态刺激物输送到皮肤表面，来实现多种触觉。目前，该团队已经确定了五种有助于产生持久感觉的化学物质：山椒素产生刺痛感，利多卡因使人麻木，肉桂醛提供刺痛感，辣椒素让人感到温暖，薄荷醇营造凉爽感。
与此同时，为了让这一技术应用于VR和其他领域，研究人员又设计了一种呈硅胶贴片状的可穿戴设备。该设备通过使用微型泵，来推动液体刺激物为皮肤所吸收，而用户可将其贴在面部、手臂等位置。这项技术的创新性在于可以实现麻木等目前触觉设备无法实现的感觉。但从长远来看，即便是在安全范围内使用化学物质，也会面临监管的问题。
触觉反馈 科技巨头的下一个必争之地
触觉反馈技术，可划分为触感以及力反馈两部分。所谓触感，指的是与物体交互时的产生的震动、摩擦或微变形等感觉，而力反馈指的是触摸过程中发生的力学相互作用。
目前的民用VR设备，所能提供的只有触觉反馈只有手柄震动所产生的微薄的震动，对于物体重量、纹理、刚度等信息的还原，又或者是其他力学交互，还属于一片空白阶段。
在现实当中，我们的双眼起到目标的追踪跟定位作用，然后通过双手等肢体确认并且实现与物体的交互。由于VR中触觉反馈的缺失，使得我们在虚拟世界中需要时刻盯着物体反复确认，工作效率很低。触觉的加入，能大大减缓我们对于视觉的依赖。
此外，触觉在VR培训教育等领域中，能够加深我们的学习记忆，提高知识的存留率。
目前，市面上已经有一些全身触觉设备出现，比如Teslasuit和bHaptics等，通过衣服内置震动触觉电机，能够在《VRCHAT》等游戏中模拟别人触摸你的感觉。触觉的引入，给VR游戏或者应用带来了更多新的玩法和可能性。
虽说目前触控反馈对于VR头显来说并不是刚需，但是它对于元宇宙的发展有着极其重要且不可替代的重要作用，很多科技巨头都在这一领域进行着技术布局。
Meta的人机交互团队划分出了未来三个比较大的研究方向：AR眼镜、肌电手环以及触控手套。
Meta在去年11月展示了自家的触觉原型手套。该手套采用了“气体制动器”的解决方案：传感器捕捉用户的手部姿势，然后通过微流体芯片控制手套里面气囊的充气量，气囊对于手指的压力能够模拟出物品的触觉信息。
当然，有业内人士指出，Meta这一副手套售价高达5000美元，距离大范围民用还遥遥无期。
苹果同样是一家极为注重人机交互的公司，它在智能手机时代推出了很多优秀的人机交互解决方案，比如3D Touch、Taptic Engine等等。
目前苹果的VR产品尚未发布，但是它的VR手套研究最早可以追溯到2016年。上个月，美国专利商标局公布了苹果的一项专利申请，专利中展示了苹果的一款集成SMI传感器的手套，用户在AR或者VR环境中使用该手套，可以感知物体的表面质量。
上个月，微软也公布了自家VR触觉反馈手套专利，专利指出，该手套可以检测机械刺激，并提供压力、震动、皮肤拉伸等触觉感受。未来，微软VR手套将用于游戏、工业、商业和医疗场景等多个领域。
触觉反馈潜力并不小，Technavio 2021年分析报告指出，预计 2021 年至 2025 年间，触觉市场将增长158.4亿美元。随着触觉反馈系统的小型化、轻量化以及售价的降低，未来势必会让VR设备的体验提升到一个新的层级。
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