混合現實技術(Mixed Reality,MR),是指將虛擬世界和真實世界合成創造一個新的三維世界,物理實體和數字對象并存實時相互作用的技術,被認為是虛擬現實與增強現實發展的高級階段。混合現實更加注重虛擬世界、真實世界以及參與其中的人之間的真實互動,但目前虛擬現實和增強現實的場景重建仍主要圍繞人的視覺和聽覺感官展開,缺乏更高維度上的信息反饋和交互。觸覺反饋技術的發展,為虛擬對象與人之間的力學交互搭建了橋梁,可被應用于力學敏感的混合現實輔助創建和遠程操控實踐中,有望成為混合現實應用發展的關鍵技術突破口。
混合現實技術是虛擬現實技術發展的高級階段
混合現實技術是虛擬現實技術和增強現實技術發展的高級階段。虛擬現實技術是利用計算機圖形技術和三維顯示技術打造一個虛擬的世界。增強現實技術是將計算機生成的虛擬物體或真實物體的數字信息疊加到現實世界中。混合現實技術則是建立了一個虛擬世界與現實世界融合的場景,人可以通過對虛實融合場景的觀察來理解世界,獲得計算機的數據并根據反饋信息進行操作,實現沉浸式的深度交互,虛中有實,實中有虛。
混合現實技術是通過多個維度的信息反饋來實現人和真實、虛擬世界的交互互動。虛擬現實、增強現實技術的關鍵是顯示技術,通過計算機視覺技術、顯示技術給人高沉浸感,主要圍繞人的視覺和聽覺感官展開,與虛擬世界的觸覺互動十分有限,缺乏更高維度上的信息反饋和交互。混合現實技術更加注重虛擬世界、真實世界以及參與其中的人之間的真實互動,需要通過包括視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等多維度的感知技術提供多維度的信息反饋。因此,混合現實技術的本質是建立在人類多種直覺感知上的,通過人機交互,實現在虛擬世界控制真實世界或是在真實世界中進行虛擬活動。
觸覺反饋技術是混合現實技術的關鍵突破點
觸控反饋技術的研發不斷突破,觸覺感知從簡單的振動擴展到對紋理、材質的感知。觸覺是一種復合傳感,通過人體表面的溫度、力覺傳感器等提供的復合信息可以識別物體的冷熱、尺寸、柔軟度、表面形狀、表面紋理等特征,為人類感知世界提供了大量有用的信息。Haptics跨越的技術領域十分廣泛,包括機械學、電子工程、神經學、心理學等方面的知識。常見的振動反饋是觸覺反饋(Haptics)領域的基礎部分,隨著觸覺技術的迅速發展,可以識別物體的冷熱、柔軟度、表面形狀、表面紋理等特征的觸覺設備已被開發出來,這類設備使得觸摸虛擬物體變成可能。目前,虛擬現實的觸覺反饋技術還處于早期,現在還沒有成熟可用的消費級產品。據MarketsandMarkets預測,觸覺反饋技術產品的全球市場在2020年預計市場總值達298.4億美元。
觸覺反饋技術的發展為虛擬對象與人之間的力學相互作用搭建了一座橋梁,有望成為混合現實應用發展的關鍵技術突破口。觸覺反饋技術能通過作用力、振動等一系列動作為使用者再現觸感。這種力學刺激可被應用于計算機模擬中的虛擬場景或者虛擬對象的輔助創建和控制,以及加強對于機械和設備的遠程操控。借助觸覺反饋技術,可以建立人與虛擬世界直覺的通道,讓人感知虛擬活動的影響,也能讓機器感知人的操作影響,實現人機交互、虛實交互,打破虛擬與現實的界限,實行混合現實。
虛擬現實的觸覺反饋技術還處在早期研發階段,成熟消費級產品亟待突破。目前,虛擬現實的觸覺反饋技術還處于觸覺感知里面的振動反饋階段,對其他觸覺類型的感知還停留在實驗室的原型機階段。觸覺反饋的核心技術掌握在國外公司中,國內對觸覺反饋技術的研究還停留在實驗室階段,技術攻關和應用推廣仍任重而道遠。