虚拟行走。 (图片来源:丰桥技术科学大学)
一个来自丰桥技术科学大学的研究团队开发了一套虚拟行走系统,该系统可以记录一个人的行走过程,然后通过震荡的光流(oscillating optic flow)和同步的足部振动(synchronous foot vibrations)传递给另一个用户。这个研究团队包括来自丰桥技术科学大学的Michiteru Kitazaki教授、来自东京大学的Tomohiro Amemiya副教授和来自东京都立大学的Yasushi Ikei教授。
心理学实验已经证实,由震荡的光流和同步的足部振动引起的自我运动(self-motion)、行走、下肢动作和“身临其境”(telepresence)的感觉比随机振动(randomized-timing vibrations)激励或无振动激励时更加强烈。这一结果表明,震荡的视觉场景和同步的足部振动对于构建虚拟行走感觉是十分有效的。虚拟行走系统可以将行走体验传递给远程人员、或者在未来可能失去行走能力的残障人士。这项研究于2019年10月15日由英国的开源期刊i-Perception出版。
行走,是健康的成年人每天都要进行的一项自然而频繁的活动,它包含了视觉、触觉、听觉、本体感觉(proprioception)以及发出运动指令和行动(motor commands and actions)在内的多种感觉。正因为如此,开发一套可以传递行走感知的虚拟现实系统很具有挑战性。
最近,为了解决上述问题,日本的一个研究团队开发了一套针对视觉和足部振动的行走系统。之所以针对视觉和足部振动,是因为这些感觉是产生行走感觉的基本量和关键指标。预先设置的记录系统使用一对立体相机(stereo cameras)捕获行走者振荡的光学流,同时使用嵌入在鞋中的四个麦克风记录他们踏击地面的时间。该行走系统包括一个头戴式显示器(head-mounted display,HMD)和四个固定在鞋跟和前掌处的振动器(vibrators)。
研究者借助心理学实验来测试该虚拟行走系统。结果显示,由行走者头部运动产生的振荡场景和同步的足部振动生成的第一人称视角显著增强了自我运动、行走、下肢动作和“身临其境”的感觉。同步的视觉振荡和足部振动对于增强虚拟行走体验是很关键的。这一结果证实,在步行中对足部的触觉进行模拟对于增强虚拟行走感知是有效的。
系统概述。 (图片来源:丰桥技术科学大学)
Michiteru Kitazaki教授是丰桥技术科学大学的感知心理学家,他认为“我们应该针对虚拟现实系统进行更加深入的研究,从而可以让人们在陌生的环境中行走,例如月球或海底,同时也可以提高那些有行走障碍的人的生活质量。这项研究是实现上述这些目标的第一步。因此,我们致力于通过有限的感觉来构建虚拟行走感知,例如通过视觉和触觉感知。”
Tomohiro Amemiya副教授是东京大学的一位年轻的虚拟现实研究员,研究方向是触觉。他说道“足底的触觉感知会产生假性行走感觉(pseudo-walking sensation),当前的研究已经揭示了这一现象的心理学原因。另外,我们发表在《心理科学》(Psychological Science)杂志上的其他文章还提及到,当身边有走路的声音时,由施加到足底的行走振动组成的类似节奏特征有助于触觉处理。这项研究表明,即使是没有肢体动作,个人周围空间(peripersonal space)的扩展也可以由刺激足底而产生,这将在大脑中自动激发一个表示行走的运动程序,从而导致身体对周围空间感知发生变化。”
Yasushi Ikei教授是来自东京都立大学的一位虚拟现实专家,他认为“在这一系列相关的研究中,我们开发了这样一个全尺寸、超存在感(super-presence)的虚拟感知重现系统。比如,FiveStar VR(ACM SIGGRAPH Asia 2018最佳VR/AR技术奖获得者)使用了视觉、前庭知觉(vestibular sense)、本体感觉、嗅觉、气流感知、听觉和触觉来重现另一个人的感觉。感知重现系统可以让我们扩展自己的感觉范围,并有助于技能转移(skill transfer),提升所有人的生活质量。”
因此,虚拟行走系统可以使我们的感觉更加丰富,并提升那些在未来可能患有行走障碍的人的生活质量。
翻译:刘一尘
审校:郝豪
引进来源:丰桥技术科学大学