Отображение в воздухе обычной 2D-графики в виде виртуальных 3D-объектов

Псевдоголограмма с аэрогаптической обратной связью для интерактивных волюметрических дисплеев
Возможность отображать в воздухе виртуальные объекты, которые можно увидеть без специального головного убора, является привлекательным предложением для систем виртуальной реальности ближайшего будущего. Технологии объемного отображения продемонстрировали эту концепцию, позволяя пользователям просматривать виртуальные объекты с реальными размерами в трехмерном пространстве, обеспечивая при этом некоторые формы взаимодействия. Наблюдается развитие технологий тактильной обратной связи, которые используются для создания ощущения прикосновения в цифровом мире. Поскольку виртуальные среды находят все больше приложений в современном мире, устройства тактильной обратной связи могут интегрироваться с системами виртуальной реальности и способствовать более захватывающему и интерактивному взаимодействию с пользователем. Здесь представлено устройство тактильной обратной связи воздушного базирования под названием Aerohaptics, которое обеспечивает тактильную обратную связь в воздухе, когда пользователь манипулирует виртуальными объектами на псевдоголографическом дисплее. Разработанная система представляет собой рентабельный подход с относительно невысокой сложностью и различными потенциальными приложениями, поскольку не требуются носимые или портативные периферийные устройства. Предоставляемая тактильная обратная связь может быть точно направлена ​​в определенные места на руке пользователя, а ее интенсивность может контролироваться в соответствии с различными сценариями взаимодействия. С помощью экспериментов демонстрируется локальная обратная связь на кончиках пальцев пользователя, а также изменяющаяся сила обратной связи в зависимости от движения руки пользователя.

Отображение в воздухе обычной 2D-графики в виде виртуальных 3D-объектов с реальными физическими размерами, во многом схожих с изображаемым физическим объектом, является интересным подходом для следующего поколения систем виртуальной реальности (VR) и дополненной реальности (AR). [1-3 ] Недавно было сообщено о нескольких вариантах таких объемных дисплеев, которые позволяют просматривать трехмерные виртуальные объекты со всех сторон. [4-7] К ним относятся псевдоголограммы, развернутые объемные изображения, статические объемные изображения и дисплеи в свободном пространстве. [1, 2] , 4] Было также предпринято несколько коммерческих попыток, в том числе первые заметные новинки, такие как дисплей Perspecta от компании Actuality Systems, дисплей с развернутым объемом диаметром 10 см [8] и LightSpace DepthCube, многослойный жидкокристаллический дисплей (ЖКД) статического типа. дисплей громкости. [9] Текущие коммерческие примеры включают широкоформатный дисплей Voxon [10] и технологию светового поля Looking Glass [11]. Основное преимущество этих систем перед существующими AR / VR заключается в том, что они не требуют от пользователя ношения очков или головного убора. При соответствующей сенсорной обратной связи эти объемные дисплеи могут привести к интерактивным цифровым двойникам, которые могут объединить виртуальный и физический миры и стимулировать инновации в нескольких областях, включая здравоохранение, космос, медицину и управление стихийными бедствиями. Однако большинство представленных объемных дисплеев обеспечивают только визуальное восприятие, не давая возможности почувствовать виртуальный объект прикосновением. Хотя недавно появились сообщения о некоторых носимых гаджетах и ​​сенсорных технологиях, они ограничены управлением отображаемым виртуальным объектом [1]. Управление виртуальным объектом и близко не похоже на ощущение давления, оказываемого его реальным двойником, или ощущение температуры. В этом отношении добавление искусственного прикосновения может обеспечить дополнительное измерение взаимодействия с виртуальными объектами.

С развитием технологий виртуальной реальности интерактивные системы, обеспечивающие реалистичную обратную связь с виртуальными контактами, могут значительно улучшить иммерсивный пользовательский опыт [12]. Такие системы могут варьироваться от простых устройств тактильной обратной связи, интегрированных в контроллеры игровых консолей, до более сложных подходов, таких как перчатки с тактильной функцией [13-18] и доставка тактильной обратной связи в воздухе с помощью ультразвуковых волн [19]. Технологии тактильной обратной связи представляют большой интерес в нескольких областях, таких как робототехника, автономные транспортные средства и реабилитация. [20-26] Системы, которые могут объединять зрение и тактильную обратную связь, найдут большой интерес во многих секторах, включая развлечения, образование, медицину и др. управление стихийными бедствиями, безопасность, телеработика и тактильная связь. [2, 27-30] Однако объединение этих интерактивных возможностей в целостную систему включает в себя серьезные проблемы с точки зрения сложности технологии, стоимости, реализации и безопасности.

Здесь мы представляем псевдоголограмму с устройством тактильной обратной связи на основе воздуха, чтобы обеспечить бесконтактную тактильную обратную связь в воздухе, ведущую к интерактивным объемным дисплеям. Схематическое изображение на рисунке 1 показывает, что разработанная система состоит из трех основных компонентов: псевдоголографического дисплея, модуля распознавания жестов и устройства тактильной обратной связи. Он использует струи сжатого воздуха для воспроизведения ощущений прикосновения, обеспечивая при этом контроль местоположения и интенсивности. Интеграция «аэрогаптического» устройства с интерактивным псевдонимом. голографический объемный дисплей демонстрирует его потенциальное применение в виртуальных средах с возможностью обратной связи. Сравнение с другими интерактивными голографическими дисплеями (таблица 1) подчеркивает потенциал представленной системы за счет объединения функций, которые были реализованы только отдельно в других системах, таких как углы обзора 360 °, взаимодействие «на месте» и тактильная обратная связь без требование для устройств, подключаемых пользователем. Качественное сравнение представленной воздушной тактильной обратной связи с другими технологиями доставки тактильной обратной связи в трехмерных виртуальных средах приведено в таблице 2. Представленные аэрогаптические системы предлагают такие преимущества, как определение местоположения обратной связи и контроль интенсивности, сохраняя при этом низкую сложность и более низкую стоимость по сравнению с другие подходы.
Продолжение