觸摸未來 解讀《頭號玩家》中的VR技術(shù)

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電影中主要的VR設(shè)備

《頭號玩家》的故事背景設(shè)置在2045年，世界一片混亂，許多人將自己生活的希望寄托于一款名為“綠洲”的VR游戲中。游戲中設(shè)置了三道謎題，最先解出謎題的玩家即可獲得綠洲的所有權(quán)。進(jìn)入綠洲的虛擬世界很簡單，只要穿戴上VR頭顯、觸覺手套以及體感套裝，站在配有四聲道音響和壓敏底墊的全向跑步機(jī)上，就可以縱橫四海了。這些便是電影中主要的VR設(shè)備，也正是通過它們營造了身臨其境的真實感（圖1）。

VR中奔跑的實現(xiàn)

行走其實也是一種觸摸，用腳觸摸VR世界，它的傳感器或者植入鞋中，或者植入其他可穿戴的VR設(shè)備中。

在《頭號玩家》的VR場景中，主人公可以自由地四處行走，另外還有許多人奔走廝殺的壯觀場面，這些都是通過傳感器與全向跑步機(jī)“聯(lián)手”來實現(xiàn)的，真實的人物不過是在跑步機(jī)上“原地踏步”。這種跑步機(jī)可以根據(jù)玩家的動作向各個方向移動，無論玩家向前、退后或者快速轉(zhuǎn)彎，它都可以快速作出相應(yīng)的反應(yīng)。Infinadeck、Virtuix、Cyberith、KAT等多家廠商已經(jīng)制造出類似的產(chǎn)品（圖2）。

VR跑步機(jī)的結(jié)構(gòu)基本上分成兩大部分，一個是支撐架，一個是跑步臺。支撐架用來固定玩家的身體，大都采用懸吊式結(jié)構(gòu)，在保障安全的情況下方便玩家最大限度地自由活動。跑步臺是實現(xiàn)玩家在VR中移動體驗的關(guān)鍵，大都采用圓形凹式結(jié)構(gòu)，在有限的范圍內(nèi)模擬出無限、連續(xù)的運(yùn)動。相對而言，Infinadeck的跑步臺設(shè)計則較為獨(dú)特，它采用履帶式結(jié)構(gòu)，如同一臺真正跑步機(jī)的傳送帶，不過它是將縱向與橫向傳送巧妙組合在一起的，這樣玩家便可以在跑步臺上360度自由運(yùn)動。Infinadeck跑步機(jī)也是最為接近《頭號玩家》主人公所用的跑步機(jī)原型。

運(yùn)動數(shù)據(jù)通過可穿戴設(shè)備內(nèi)植入的追蹤傳感器同步到VR頭盔或PC控制器中，系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)最大程度整合視覺、聽覺、動作等因素，實時生成相應(yīng)的虛擬圖像以模擬現(xiàn)實世界，使得跑、跳、轉(zhuǎn)頭、側(cè)身等動作，如同在真實世界中一樣自然（圖3）。

觸摸虛擬世界

行走通過腳來觸摸虛擬世界的土地，不過我們在與虛擬世界交互的時候，更希望能用手去觸摸甚至抓住其中的物體，這樣才會更有真實感。在《頭號玩家》電影里，玩家們在VR世界中靈活地進(jìn)行著各種操作，槍戰(zhàn)、搏斗、操作電腦、手拉手跳舞……這些都是通過觸感手套實現(xiàn)的。

相對于視覺來說，觸覺的實現(xiàn)更加復(fù)雜，它需要體現(xiàn)出物體的質(zhì)感，玩家的手需要感受到適當(dāng)?shù)牧Ψ答仯渲幸粋€重要部分是具有觸覺反饋的電機(jī)。微軟最近公開的CLAW就是一個帶有電機(jī)的機(jī)械臂，當(dāng)我們握住VR中虛擬物體的時候，它通過嵌在食指支架中的力傳感器改變電機(jī)的力反饋，在食指和拇指間產(chǎn)生阻力，這樣我們就像真的握住了什么東西（圖4）。

Oculus為他們開發(fā)的一款VR觸感手套申請了專利，他們在觸感手套里加了類似人體肌腱的一種組件，沿著手指一直到手背，通過一個馬達(dá)控制肌腱，當(dāng)我們觸摸VR中的物體時肌腱就會產(chǎn)生相反的阻力，模擬出觸摸的感覺（圖5）。不過不知道Oculus出于什么考慮，他們現(xiàn)在的這個概念產(chǎn)品只支持食指和中指。戴上這樣的手套，我們就能像《頭號玩家》里那樣輕松地進(jìn)行虛擬鍵盤之類的操作了。

當(dāng)然觸感手套還要涉及其他很多問題，比如玩家的手的動作需要力傳感器同步給系統(tǒng)以便對電機(jī)發(fā)出操作指令，還有系統(tǒng)需要隨時追蹤手及手臂的位置等等。

全身觸覺能力的X1套裝

當(dāng)然在虛擬的世界中推開一道門、撿起一個東西之類的，只是些基本的力學(xué)任務(wù)，離真實世界中手的感覺差得遠(yuǎn)。真實的觸覺，還具有質(zhì)地、溫度、濕度、疼痛等多種感覺。在《頭號玩家》中，當(dāng)女主雙手觸摸到男主時，他那種瞬間的震顫感覺，現(xiàn)在的觸摸設(shè)備還做不到。不過已經(jīng)有不少人在做這方面的嘗試了。

H a p t X公司正在研發(fā)一款 HaptX Gloves觸覺手套，手套中沒有電子馬達(dá)，而是通過微流體智能紡織品控制的氣體膨脹來取代皮膚感知。戴上這種手套觸摸雨滴、谷物甚至蜘蛛、狐貍等動物，都會有對應(yīng)的真實感覺。當(dāng)這一技術(shù)成熟時，完全可以應(yīng)用到完整的VR緊身衣上（如電影中的X1套裝），這就接近于《頭號玩家》中看到的那種全身觸覺的能力了。

隨著VR硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，相信在不久的將來，VR會給我們帶來更加不一樣的體驗。