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螺丝钉模型 想啥呢?还不能“嘿嘿嘿”?我还在思考

发布日期:2022-09-22 19:37:51     来源:网络整理     作者:佚名     浏览次数:193
核心提示:对比弯曲传感器和电位器的价格丨图片来自淘宝可能设计了一套软件),不够精确到每一处关节。摘下头显之后,拧开舵机螺丝,调整舵盘,如此反复,直到在虚拟世界中正巧抓住物体。由于整套装置并非完全贴合在手上,而是粘在手套上,手套的轻微移位也会带来力反馈的误差。有人将这副手套改良,把拉绳换成更加坚韧的塑料片,解决拉绳容易变形的问题。

你怎么看?还不能“呵呵呵呵”……

做了一个月的VR游戏主播,除了越来越沉迷《半条命:爱莉克斯》之外,我还在思考另一个问题:现在的VR是什么?

作为一个“中间人”,我会在直播的时候用头像来解释——我相信如果未来一定要有虚拟世界,我们一定要和我们的数字头像“深度绑定”。这种绑定不仅仅是外在的认知,现实世界和虚拟世界的体验也应该是共通的。

玩家知道,VR 游戏提供的体验与传统游戏截然不同。在 VR 游戏中,您不必坐在电脑前摆弄鼠标和键盘。你真的可以把双手握持当枪,瞄准敌人,拉动食指然后扣动扳机,如今的VR游戏可以非常准确地识别手指动作——但你不能捡起掉在里面的子弹VR 世界文件夹。

偶尔在 上闲逛的时候,看到 Lucas(美国一家 VR 创业团队的创始人)做了一个 VR 触觉手套,重点是所有零件的成本,他只花了 60 美元。

我申请将此视频重新发布到我的帐户,但没想到会收到回复。加上卢卡斯的话“你真的可以用它触摸任何东西”,这增加了我的好奇心。顺着线索,找到了一个开源教程,准备做一对。

零件购买丨图片由作者提供

以目前的技术,我并不期待“触摸到任何东西”的 VR 外围设备。但这就是让我震惊的地方。目前,在VR市场上,除了一个耳机和两个手柄之外,并没有什么新鲜事。任何以“平民价格”扩展用户体验的尝试都值得一试。

以最便宜的方式触摸虚拟

1987年,在任天堂红白机时代,手套已经承担了“输入设备”的功能,作为体感游戏的外设。

动力手套丨“”

如果你想在现实生活中在游戏中摸枪,除了让电脑识别你的手在移动,并模拟虚拟手与真手同步移动(信号输入功能)之外,你还必须等到虚拟手移动。当手握枪时,会返回一个信号——这个信号作用在手上,也就是我们常说的力反馈。

螺丝钉模型 
想啥呢?还不能“嘿嘿嘿”?我还在思考

meta 发布了一个触觉手套的视频,该手套使用微流体 ( ) 技术并使用气动执行器 ( ) 通过对气泡进行充气和放气来产生精确的压力。为此,meta 表示它还在构建高速微流控处理器。当在元界“全力以赴”的扎克伯格终于拿出点东西时,另一位触觉手套开发者 HaptX 说:“元界抄袭了我们!”

meta 发展了七年,HaptX 发展了十年。我们不知道是谁抄袭了谁,但可以肯定的是,VR相关技术成熟还需要很多年(至少在普通用户接受的价格上)。

我很高兴能够以“极低的成本”实现力反馈。当我翻阅教程时,我发现了一个特别“棘手”的方法。如果 meta 和 HaptX 让你手的每一寸皮肤都成为一个受力点,那么这副手套只会将力反馈到你的指尖。

固定手指上的拉绳丨图片由作者提供

简单地说,在即将抓握物体的那一刻,立即拉动手指以防止进一步弯曲。因为弯曲范围不同,就意味着手中“握”的物体的大小和形状不同。控制手指不能继续弯曲的方式,就是给指尖一个“反作用力”。

指尖的力量丨图片由作者提供

所以手套的主体部分是一个“大门”,伸出五根拉绳缠绕在指尖,随时呼唤停下。

当轮轴转动到(伺服)限位时,方向盘会卡住轮轴上的螺丝,使轮轴无法继续转动,拉绳也无法继续展开丨图片提供作者

现在我知道了力反馈的工作原理,我需要弄清楚何时以及如何“关闭大门”。

“When”很好理解,就是虚拟手触摸虚拟世界中的物体的时刻。因此,我们需要做一个媒介,使生物体的动作信号和计算机的电信号可以相互转换,相互“理解”。这也是我认为这双手套最巧妙的设计。

螺丝钉模型 
想啥呢?还不能“嘿嘿嘿”?我还在思考

旋转电位器(原理类似于初中教材中的滑动变阻器)与拉绳连接使用。当手指弯曲时,五根拉绳分别驱动五个电位器,拉绳的长度转化为电势,将器件电阻值的变化传递给虚拟世界进行分析。

课本上的滑动变阻器丨图片来自网络

还有其他基于建模“数据手套”上的 IMU(惯性测量单元)或弯曲传感器的实现。所谓惯性传感器,就是测量物体三轴姿态角和加速度的装置。它一般包括一个三轴陀螺仪、一个加速度计和一个磁力计,用于多传感器数据融合,以重建每个手指的三自由度方向。弯曲传感器更好理解。当手指弯曲时,会发生物理变形,从而改变传感器的电阻。

弯曲传感器和电位器价格对比丨图片来自淘宝

两遍数据显然更准确,但为什么不呢?只有一个答案:更贵。

电位器和拉绳在3D打印轴的帮助下“连接”起来丨图片由作者提供

了解何时以及如何“关闭大门”。显然,拉绳需要一个装置来在它的伸展和收缩过程中“卡住”它。跟着教程买了MG-90S,航模中常用的舵机,10块钱也很便宜。

应用广泛的MG-90S舵机丨图片来自亚马逊

工作了一个月,在游戏里只捡到一个酒瓶

看完教程,我很快就掌握了原理,对自己说,这个“看起来”很简单?不就是先这个,然后这个,最后那个吗?

我立即在电商平台上订购了所有的零件,这些都是生活中的一些常用工具。只有一部分现成的产品买不到(组装模块的骨架),我根据开源组件参数用家用3D打印机解决了。

当然,你也可以找环球淘宝代作者玩。图片由作者提供

然后,又是一个月的时间……同时,我深深明白了“古怪”的另一个意思是“不完美”。

当我戴上现成的触觉手套时螺丝钉模型,调整 Valve Index(VR 耳机)的位置,开始游戏《半条命:爱莉克斯》。我在熟悉的“十七城”,从背包里掏出手枪,瞄准了散落在街上的酒瓶,“砰!”在射击的那一刻,我认为应该有后坐力。事实上,在我扣动扳机的那一刻,只有我的食指被拉动了——这种体验比在公园里玩气球更“可塑性”。

但我应该成功了!我换了一个散落在街上的酒瓶,“握”在手上,我可以粗暴地“摸”到它,它是一个圆柱体。

游戏中的使用效果丨作者提供的图片

当我想更灵活地使用它们时,我发现了问题。

首先是“识别准确率”问题。我们首先要了解定位跟踪和局部跟踪是两个概念。手套的整体定位和跟踪可以通过附上一个Vive和一个手柄来实现,例如现成的跟踪技术。

手指的局部跟踪是力反馈手套的重点。组装的时候发现手套并没有设计每个关节都附有传感器,手指的弯曲状态只能通过拉绳转换的阻力信号粗略建模(Lucas可能设计了一套软件为此),对于每个关节都不够准确。

螺丝钉模型 
想啥呢?还不能“嘿嘿嘿”?我还在思考

手部追踪丨图片由作者提供

第二个是“识别范围”问题。也因为手套的结构简单,我的手指只能在上下移动时识别,不能实现左右扩展、旋转等其他自由度。但卢卡斯告诉我,他已经在研究它,下一个版本的手套将有更多的自由度,通过在第一个关节处添加一个电位器来左右展开。

识别是否准确会影响力反馈的效果。另一个因素是极限位置的调整。手指不同的弯曲程度一一对应不同的极限位置,带动方向盘转动到不同的角度,进而作用在被拉伸的拉绳上。

在我的理解中,之所以能做到这一点,是因为系统预设了这个“对应”。

但是,每个人的手部情况不同,使用前需要“个性化”校准极限。调节过紧,抓物前会拉手;如果调整太松,就会像空手握拳。

没有简单的方法可以做到这一点,而是通过在佩戴耳机时感受松紧度来“估计”极限位置。摘下耳机后,拧下舵机螺丝,调整方向盘,等等,直到恰好抓住了虚拟世界中的物体。

不断调试极限位置丨作者提供的照片

另外,长时间拉伸会导致拉绳和手套变形。由于整套不完全贴合手部,而是粘在手套上,手套的轻微位移也会造成力反馈的误差。

优化体验停不下来!可以转化,也可以通过大脑来补充

在手套实际使用之前,有一个小插曲。

经过多次调试螺丝钉模型,舵机仍然一动不动。跑到楼上求救,网友告诉我,不是舵机线接错了开发板,而是电流太小,带不上舵机。我需要单独连接一个新的移动电源到伺服,而不是与开发板共享一个移动电源。

的群组有 14,000 名关注者。有人对这副手套进行了改进,将拉绳换成更坚韧的塑料片,解决拉绳容易变形的问题。

螺丝钉模型 
想啥呢?还不能“嘿嘿嘿”?我还在思考

也有人直接改变结构,做成外骨骼形状,为更多的传感器留出空间。很多开源项目不会包罗万象,反而会留下很多“空白”,让技术爱好者自己去探索。

外骨骼版丨作者供图

卢卡斯在他的演示中将戴上手套的 VR 体验描述为令人兴奋。在《半条命:爱丽克斯》中,你可以捡起汽水罐,扔出去,走到车上,打开车门上车,甚至在遇到危险时爬墙逃生。然而,这更像是一种带入其他感官体验的“大脑补充”。顶多会遇到靠墙的阻力,不会有逆重力爬上去的感觉。

知道了这一点,当我第一次戴上这只手套的时候,我就觉得这个物体有大有小,有圆有方,哪怕只是指尖钝的“触碰”,还是让我觉得小说。在此之前,我什至无法想象“清空”一个玻璃瓶。

大约在我制作手套的同时,我制作了自己的全身追踪器。与手套“类似”,我做了五个传感器并将它们绑在脚踝、大腿和腰部(因为软件没有对上肢进行建模)。五个传感器首先通过 T-pose 复位识别绝对位置,然后通过“识别相对位置并将电信号解析成虚拟人体动作。有了这副手套(手柄)和头戴式显示器,你可以让“老二次元”在里面欢快地跳舞。

代码也开源丨图片来自

几个月前,我在互联网上发布了自己的视频并获得了随机关注。当然这还不是最让我兴奋的。在“全身追踪器”视频发布两个月后,最重要的部件 BNO-080(九轴传感器模块)在淘宝上从 90 元涨到了 300 元。 (在此之前,没有人教过自制的全身追踪器,所以假设我激发了老二维人的爱。)

传感器模块丨作者提供图片

当然,我收到的不只是“赞美”。我 3D 打印了一个适合小风扇的模型,将它连接到耳机上,解决了闷热问题。

自制VR头显风扇丨图片由作者提供

这一次,我的解决方案因噪音太大而被嘲笑——“像机场一样”,因为使用的风扇太便宜了。


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