看見籃球的3D全息投影已經不稀奇，但如果你能拍打、觸摸這個籃球幻像，而且能感受到它的彈性呢？ 智東西9月3日消息，英國格拉斯哥大學的一個工程師團隊提出一種新方法，能創造跟全息投影進行物理交互的感覺。

原標題：科學家發明能摸到的全息投影，拍虛擬籃球觸感宛如真球 來源：Tech

當你用不同力度拍這個虛擬籃球時，你的手掌會感受到不同的彈性力道，就像在拍一個真球，你的手、手指和手腕都會有逼真的觸感。

而實現這樣宛如科幻片裡的互動體驗，完全不需要可穿戴或手持外圍設備，比傳統的VR/AR系統更加輕便。

這項研究的論文題目為《互動式立體顯示的偽全息投影和氣動反饋》，已發表於WILEY智慧系統領域旗艦刊Advanced Intelligent Systems上。

01.三種模式，讓虛擬籃球拍起來像真球

如何做到逼真的籃球彈跳觸感？

研究團隊打造了一個帶有氣動觸覺反饋設備的偽全息投影。

▲用於互動式立體顯示的帶有氣動觸覺反饋的偽全息投影

如圖，其開發的系統有3個主要元件，分別是偽全息顯示、手勢識別模組和觸覺反饋設備。 這些元件被連接到主計算機，並通過基於Unity平臺的內部構建程序進行控制。

其中，伪全息显示基于Pepper的幽灵投影方案，创造了一种物体“漂浮”在空中的错觉；手势识别模块使得用户可用手势与虚拟对象进行交互。

除了视觉反馈外，该系统通过提供触觉反馈来提供更真实的交互感。

其触觉反馈设备名为Aerohaptics，当用户操纵虚拟物体时，该设备使用指向用户手上的加压空气喷射，来复制触摸感觉，同时它还提供位置和强度控制，以适应各种交互场景。

根據全息投影與使用者之間的交互性質，Arduino控制器單元可區分多種操作模式，包括恆壓模式、手部標誌選擇模式和手部跟蹤模式。

在恆壓輸出模式下，無論手的空間位置如何，系統都會向使用者提供恆定的氣動反饋，即使用者會感受到相同的壓力。

在手部標誌選擇模式下，演算法可以選擇使用者手的哪個部分（共6個標誌，每個指尖各1個+手掌上1個）是跟蹤系統的目標，系統可以準確地提供氣動觸覺反饋給不同的手部標誌。

在手部跟蹤模式下，壓力基於3D虛擬成像的拓撲與使用者手的運動交互，Arduino控制器單元將手指速度值直接映射到壓力調製單元，使用戶感覺像觸碰到一個真實存在的東西。

比如使用者試圖拍打全息籃球時，將收到與拍打球時”感知”的力度成正比的氣動反饋，能感受到球從指尖滾動時”圓圓”的形狀，以及球彈回手掌時的彈跳壓力變化。

02.定位精準到手指，拍得越重反彈越猛

隨後，研究團隊用實驗展示了其系統的兩項功能，即觸覺反饋傳遞的準確定位控制和可調觸覺反饋強度。

首先在控制觸覺反饋傳遞的位置方面，系統可控制空氣噴射以非常高的精度指向不同位置。

系統中的商業手部跟蹤設備可以檢測到使用者手部的不同位置，包括手指、手掌、手腕等，跟蹤系統和氣體噴嘴能準確控制觸覺反饋的傳遞位置。

為了證明這一點，Aerohaptics系統被程式設計為按順序瞄準使用者手上的單個指尖，研究人員在使用者指尖上粘了紙條，這樣就能清晰看到噴氣的位置是否精準。

從上圖（d）中可以看到，空氣會集中噴在目標手指上，相鄰手指上粘的紙條沒有受到干擾。

其次，為了提供不同強度的觸覺反饋，其系統包含一個氣流控制機制，以調節噴到使用者手部的空氣量。 這在很多情況下都很有用。

比如，當使用者的手離空氣噴嘴越來越近或越來越遠時，觸覺反饋的強度可以保持不變;當用戶試圖迅速猛拍虛擬籃球，會產生更強的觸覺反應;當使用者拍打幅度很輕時，球的反饋強度也會相應降低。

研究人員在使用者的手掌上放了一個力感測器，並記錄了觸覺反饋的強度，獲得的圖像結果顯示了虛擬籃球三次硬彈跳后氣流變化，然後是三次較軟的氣流，從而致使傳遞給使用者手的力發生了變化。

03.比其他全息顯示功能更全

Aerohaptics系統由格拉斯哥大學詹姆斯·瓦特工程學院的Ravinder Dahiya教授領導的可彎曲電子和感應技術（BEST）小組開發。

Dahiya教授說，近年來，觸覺反饋和立體顯示技術取得了長足的進步，使我們更接近於與虛擬物件進行逼真地交互。

但當前的觸覺技術往往要用到可穿戴或手持外圍設備，其高成本與複雜性可能會阻礙該技術的普及。

與其他互動式全息顯示相比，Aerohaptics系統能將其他系統實現的360°視角、空中手勢識別、觸覺等功能合在一起，同時無需使用者連接設備。

相對於其他在3D虛擬環境中提供觸覺反饋的技術，啟動觸覺反饋系統擁有反饋定位和強度控制等優勢，並保持較低的複雜性和低成本。

04.結語：未來或引入嗅覺反饋

總體來看，與在虛擬環境中提供觸覺反饋的其他方法相比，Aerohaptics系統是一個成本效益高的解決方案，複雜性相對較低。

研究團隊正在考慮給系統添加更多觸覺反饋功能，比如溫度變化帶來的感覺，嗅覺反饋也可以通過該系統在氣流中引入各種氣味來提供。 隨著後續進一步發展，Aerohaptics系統擁有實現多種感官相互作用的潛力。

這在現實生活中的應用有相當廣闊的探索空間，比如可以為遠端電話會議創造更逼真的3D渲染互動，幫醫生在虛擬空間執行棘手的操作，或者讓醫生遠端指導機器人進行真正的手術。