虚拟现实中双手套筒串扰的连接材质体验

文献标题

Connected Material Experiences using Bimanual Vibrotactile Crosstalk in Virtual Reality

出版信息

• 主题领域: 基于双手触觉反馈和振动交叉感知的虚拟现实（VR）中的材料感知。
• 关键词: 双手交互、振动触觉反馈、虚拟现实、材料感知、运动耦合振动、交叉感知、触觉渲染、连贯性、Dvihastīya、心理物理学。

背景与问题

• 问题/挑战: 现有的VR系统通常无法复制自然的双手材料交互，因为大多数振动触觉渲染方法仅关注单手或单指反馈。此前的双手触觉系统依赖于专用硬件，限制了可访问性和灵活性。
• 重要性: 双手材料感知对于自然和直观的VR体验至关重要，因为人类本能地使用双手探索材料属性，例如弹性、柔韧性和扭转性。
• 动机与相关工作: 先前的研究探讨了单手交互的振动触觉反馈以及双手反馈的专用硬件。然而，这些方法缺乏通用性、可访问性，以及在未连接的控制器之间诱发连贯感的能力。本文旨在解决运动耦合振动是否能够在双手之间创造统一的材料体验的问题。

解决方案

• 提出的方法: 一种具有可调交叉感知的双手运动耦合振动算法，将两个未连接的VR控制器链接起来，创造统一的材料体验。
• 创新点:
  1. 引入具有可调交叉感知的运动耦合振动触觉反馈，以诱发双手材料体验。
  2. 提供关于交叉感知参数（振幅、频率、颗粒度、延迟）如何影响连贯性和材料质量感知的实证洞察。
  3. 开发Dvihastīya，一个用于设计VR中双手振动触觉反馈的创作工具。
• 过程与关键技术:
  1. 设计一种双手振动算法，根据运动和交叉感知参数计算每只手的振动脉冲。
  2. 通过心理物理学和定性研究评估交叉感知对连贯性和材料感知的影响。
  3. 实现Dvihastīya，使用户能够为虚拟对象设计双手反馈。

结果

• 具体发现:
  • 单靠交叉感知即可在未连接的控制器之间诱发强烈的连贯感，较高水平的交叉感知能够增强这一效果。
  • 相对映射在产生连贯和自然体验方面优于绝对映射。
  • 不同的交叉感知参数对应于不同的材料感知：振幅对应于坚固性，延迟对应于传播性，颗粒度对应于离散性，频率对应于节奏感。
• 相比基线的优势:
  • 不需要专用硬件或物理连接，与之前的系统相比更灵活。
  • 将运动耦合振动渲染从单点扩展到双手交互。
• 实验/评估:
  • 研究1: 16名参与者的心理物理学研究，评估映射类型、交叉感知水平和运动原型（拉伸、弯曲、扭转）对连贯性和自然性的影响。
  • 研究2: 12名参与者的定性研究，探索不同交叉感知参数诱发的材料联想。
  • Dvihastīya探索: 五位用户为虚拟对象设计双手反馈，展示了该工具的可用性和灵活性。
• 局限性与未来工作:
  • 对非振幅交叉感知对连贯性的影响探索有限。
  • 仅依赖振动触觉反馈，缺乏动觉和本体感受线索。
  • 未来工作包括整合多模态反馈、探索等距动作，以及开发更高级的材料驱动创作工具。

总结

本文介绍了一种具有可调交叉感知的双手运动耦合振动算法，使未连接的VR控制器能够模拟统一的材料体验。两项研究表明，交叉感知增强了连贯性，并传达了弹性和扭转性等材料属性。Dvihastīya创作工具允许用户为各种VR应用设计双手振动触觉反馈。该方法提供了一种灵活、可访问的替代方案，替代了硬件密集型系统，推进了VR中沉浸式和直观的双手交互设计。未来工作旨在扩展该方法的适用性并整合多模态反馈。