VR-кисточка с регулируемой жесткостью позволила погладить виртуального котенка

Тайванские инженеры сконструировали прототип устройства под названием HairTouch, которое можно подсоединить к VR-контроллеру для передачи ощущений от текстур различной жесткости и шероховатости в виртуальных мирах. Кисточка с регулируемой жесткостью и длиной была представлена на конференции CHI '21: Proceedings of the 2021 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems, ее протестировали 12 добровольцев в двух VR-приложениях, где они трогали подушки разной жесткости и гладили котенка.

Для полноценного погружения в трехмерный мир одних очков виртуальной реальности недостаточно — органы чувств постоянно напоминают человеку о неправдоподобности происходящего перед глазами. Чтобы добавить реалистичности VR-окружению, разрабатываются гаджеты, которые позволят пользователям чувствовать виртуальные объекты. Например, в 2015 году японские инженеры создали контроллер в виде браслета, который позволил пользователям ощутить физическую отдачу виртуальных объектов. А мексиканские инженеры сделали VR-куртку с встроенными датчиками движения, сенсорными контроллерами и вибромотором для гаптической отдачи.

Теперь инженеры из Национального университета Тайваня под руководством Чи-Юнг Ли (Chi-Jung Lee) для дополнения VR-контроллера создали гаджет с синтетической кистью, которая предназначается для пальца пользователя. По словам разработчиков, устройство позволит гладить питомцев и ощущать материалы различных поверхностей в виртуальных мирах.

Основа устройства HairTouch — это синтетическая кисточка с регулируемой длиной волосков и углом наклона. В зависимости от виртуального объекта кисть становится более мягкой и податливой или, наоборот, более жесткой и грубой. Прототип гаджета весит 320 грамм и легко подключается к контроллерам виртуальной реальности.  

Для создания кисточки инженеры протестировали разные материалы: волоски зубных щеток, веников, художественных и косметических кистей. Исследователей удовлетворила косметическая кисть с волосками из полибутилентерефталата: длинная, пушистая на конце и плотная у основания, эластичная и легкая.

У кисти есть пять уровней, отличающихся длиной волос: 36, 31, 21, 11 и 4 миллиметра. На уровнях 1 и 5 кисть достигает максимальной и минимальной длины, обеспечивая максимальную жесткость и максимальную мягкость, соответственно. Для ощущения шершавости поверхности у гаджета существует семь уровней с углами между направлением изгиба волос и направлением скольжения пальца: 45, 55, 65, 90, 115, 125 и 135 градусов. Уровень 1 — максимальная гладкость, а уровень 7 — шершавость.

Исследователи протестировали устройство в двух VR-приложениях: общение с виртуальным питомцем и покупки в виртуальном текстильном магазине. В тестах участвовали 12 человек (6 мужчин и 6 женщин, все правши) в возрасте от 17 до 32 лет. Свои ощущения от HairTouch участники сравнивали с вибрацией, генерируемой базовым контроллером.

В первом эксперименте участники находились в виртуальном офисе, перед ними на столе сидел котенок и просил гладить его в четырех разных местах. Каждой части котенка был присвоен уровень жесткости: уши (уровень 1), живот (уровень 2), спина (уровень 3), голова (уровень 4).

Во втором эксперименте участники оказывались в виртуальном магазине, где ассистент предлагает им на выбор четыре подушки разной жесткости и четыре наволочки из тканей, различных по текстуре (от гладкой до шершавой).

Участников попросили оценить реалистичность, различимость, предпочтения и степень удовольствия по 7-балльной шкале Лайкерта, которая часто используется в опросниках и анкетных исследованиях. При работе со шкалой испытуемые оценивали степень своего согласия или несогласия с каждым суждением, от «полностью согласен» до «полностью не согласен».

После эксперимента с поглаживанием кота 10 участников рассказали, что вибрирование базового контроллера было трудно связать с тактильностью, 7 участников отметили, что HairTouch заметно повысил реалистичность от прикосновений к котенку. Все участникам без исключения сказали, что получили удовольствие от использования HairTouch. После эксперимента с подушками 10 участников однозначно предпочли HairTouch контроллеру с вибрацией, а 9 участников с помощью нового гаджета легко распознали разную степень шершавости поверхностей.

Среди других устройств с обратной связью, позволяющих почувствовать виртуальное окружение, также существуют тактильные перчатки, трости для ходьбы и специальная перчатка от Microsoft Research с шарниром с небольшим мотором и ручкой, который крепится к запястью. Когда рука человека соприкасается с виртуальным объектом, например ловит мяч, рукоять перемещается в ладонь с нужной силой, имитирующей вес предмета и скорость его падения.