Ми створили голограми, до яких можна доторкнутися – і незабаром ви зможете потиснути руку віртуальним колегам
Автор: Равіндер Дахія, професор електроніки та наноінженерії Університету Глазго.
Завдяки телешоу «Зоряний шлях: Наступне покоління» мільйони людей дізналися про «голопалубу» – захоплюючу реалістичну тривимірну голографічну проекцію повноцінного середовища, з якою можна взаємодіяти і навіть доторкнутися до неї.
У ХХІ столітті голограми вже використовуються в різних сферах життя, таких як медицина, освіта, мистецтво, безпека та оборона. Вчені продовжують розробляти шляхи використання лазерів, сучасних цифрових процесорів і технологій розпізнавання руху для створення різних типів голограм, які можуть змінити спосіб нашої взаємодії.
Ми з колегами, які працюють у дослідницькій групі з вивчення гнучкої електроніки та сенсорних технологій Університету Глазго, спираючись на дослідження з «аеротактильності» (англ. aerohaptics), нещодавно розробили систему голограм людей, створюючи відчуття дотику за допомогою струменів повітря. Ці струмені повітря передають відчуття дотику до пальців, рук і зап’ясть людей.
З часом розвиток цієї технології дозволить вам зустріти віртуальний аватар колеги, який, скажімо, живе в іншій країні чи навіть на іншому континенті, і справді потиснути «йому» руку. Це навіть може стати першим кроком до розробки чогось на кшталт голопалуби.
Для створення такого відчуття дотику, ми використовуємо недорогі, комерційно доступні деталі для поєднання комп’ютерної графіки з ретельно контрольованими струменями повітря.
У певному сенсі це крок за межі можливостей сучасного покоління віртуальної реальності, яке зазвичай вимагає гарнітури для відображення тривимірної графіки та інших, суміжних з нею, гаджетів (наприклад, рукавиці чи джойстик) для забезпечення тактильного зворотного зв’язку, стимуляції схожої на дотик. Але ці гаджети обмежуються лише керуванням віртуальним об’єктом, який відображається.
Керування віртуальним об’єктом не створює відчуття, яке ви отримуєте, коли доторкаєтеся до людини. Додавання штучного відчуття дотику може забезпечити додатковий вимір без необхідності носити рукавички, щоб відчувати об’єкти, і тому це відчуття набагато природніше.
Використання скла та дзеркал
У нашому дослідженні використовується графіка, яка створює ілюзію тривимірного віртуального зображення. Це сучасна варіація техніки ілюзій XIX століття, відома як «Привид Пеппера», яка вражала вікторіанських театралів баченням надприродного на сцені.
Системи використовують скло та дзеркала, щоб двовимірне зображення зависло у просторі без потреби у будь-якому додатковому обладнанні, а тактильний зворотний зв’язок створюється лише за допомогою повітря.
Дзеркала, що утворюють нашу систему, розташовані у формі піраміди з однією відкритою стороною. Користувачі простягають руки через відкритий бік і взаємодіють з комп’ютерними об’єктами, які, здається, плавають у вільному просторі всередині піраміди. Об’єкти являють собою графіку, створену та керовану програмним забезпеченням під назвою Unity Game Engine, що часто використовується для створення тривимірних об’єктів та світів у відеоіграх.
Прямо під пірамідою розташований датчик, який відстежує рухи рук і пальців користувачів, і повітряне сопло, яке спрямовує струмені повітря на них, створюючи відчуття дотику. Загальна система керується електронним апаратним забезпеченням, запрограмованим на керування рухами cопла. Ми розробили алгоритм, який дозволив повітряному соплу реагувати на рухи рук користувачів відповідними комбінаціями – спрямовувати струмені повітря у різних напрямках та з різною силою.
Одним із способів, яким ми продемонстрували можливості «аеротактильної» системи, є інтерактивна проекція баскетбольного м’яча, якого можна реалістично торкатися, котити та відбивати. Тактильний зворотний зв’язок від повітряних струменів системи також модулюється на основі віртуальної поверхні баскетбольного м’яча, що дозволяє користувачам відчути округлу форму м’яча, що котиться з кінчиків пальців, коли вони відбивають його, або плескання по долоні, коли він повертається.
Ба більше, система дозволяє користувачам штовхати віртуальний м’яч із різною силою. Навіть щось таке ніби просте, як підстрибування баскетбольного м’яча, вимагало від нас наполегливої роботи, щоб змоделювати фізику рухів та те, як ми могли б відтворити це знайоме відчуття за допомогою струменів повітря.
Аромати майбутнього
Хоча ми й не очікуємо, що найближчим часом зможемо запропонувати повний досвід використання голопалуби «Зоряного шляху», ми вже сміливо рухаємось у нових напрямках, щоб додати більше функцій до системи. Незабаром ми очікуємо, що зможемо змінювати температуру повітряного потоку, щоб користувачі могли відчувати гарячі або холодні поверхні. Ми також досліджуємо можливість додавання ароматів у повітряний потік, щоб поглибити ілюзію віртуальних об’єктів, дозволяючи користувачам відчувати їх запах, а також торкатися їх.
Очікується, що з розширенням та розвитком системи вона може знайти застосування в різних секторах. Здобуття більш захоплюючого досвіду у відеоіграх без необхідності носити громіздке обладнання є очевидним прикладом, але вона також може забезпечити більш реалістичне спілкування під час телеконференцій. Ви навіть можете по черзі додавати компоненти до віртуальної плати, коли ви разом працюєте над проектом.
Це також може допомогти практикуючим лікарям співпрацювати у лікуванні пацієнтів та зробити останніх більш залученими та поінформованими у цьому процесі. Лікарі могли б бачити, відчувати та обговорювати особливості пухлинних клітин, а також демонструвати пацієнтам плани медичної процедури.
Стаття вперше була опублікована англійською мовою під заголовком «We created holograms you can touch – you could soon shake a virtual colleague’s hand» в журналі The Conversation 17 вересня 2021 р.
Переклала Катерина Супруненко.
