就像《頭號玩家》里描繪的那樣，體感反饋也是VR營造沉浸感不可或缺的一部分。為了模擬逼真的VR體感反饋，科研人員想出了各種方式，不管是通過機械阻力模擬力反饋，還是用絞盤、力反饋模塊模擬觸覺和壓力，或者是用噴氣式推進器模擬阻力和重力等等。

與視覺畫面匹配的體感反饋、實物道具對于提升VR內容沉浸感起到關鍵性作用，它們可以欺騙和改變VR使用者的感官，科學家們已經通過渲染慣性、轉動慣性、重心、減幅震蕩等物理特性，研發(fā)出模擬重量、形狀、動作等特性的體感反饋方案，但目前的手柄技術還無法模擬尺子等日常生活中的彈性物體，模擬物體彈性運動需要模擬出重心的變化，以及物體恢復原始形態(tài)時產生的延遲反應和震動。

近期，一組科研人員于是研發(fā)了一種可以模擬虛擬物體硬度和柔韌性反饋的手柄：ElaStick，其特點是可模擬不同大小、厚度、材質的物體在揮動和搖晃時產生的形狀和彈力變化，通過逐步調整手柄在xy軸兩個獨立方向的硬度，來模擬匕首、長劍、加熱或冷卻的軍刀等物體。在模擬體感反饋的同時，手柄上的兩個Vive Tracker可追蹤手柄的變化，并實時預測和渲染VR物體的形狀（假設目標物體的中線長度恒定，當手柄頂端Tracker移動時，兩端之間形成一個理想的圓?。３酥?，它還可以實時調整彈性變化，還原真實物體移動（搖晃、揮動等）的規(guī)律。

具體來講，ElaStick手柄方案由Vive Tracker、握柄、橡膠關節(jié)和橡皮筋線軸等裝置組成。其中，橡膠關節(jié)受4組橡皮筋控制，可在XY軸自由彎曲和移動，而移動的速度和距離受到橡皮筋控制。每一組橡皮筋裝置包含彈性部分與非彈性部分，由機械線軸來控制整體彈性變化。

而其原理是，利用四個橡皮筋和無彈性線組成的可調整彈性裝置，來控制中心彈性模塊移動特征。采用四個靈活的彈性關節(jié)，配備滾動軸承元件，可以在xy軸上下左右移動和旋轉。手柄上可通過機械卷軸來實時調整橡皮筋和非彈性魚線的長度，以此來控制關節(jié)的靈活程度。同時，關節(jié)還會識別手柄在xy軸的位置變化，并匹配合適的反饋力度。

它不能模擬物體重量不斷變化的VR場景，不過可以模擬不同硬度的劍或是各種彈性物體?？赡M的硬度范圍在10.8到71.5Nmm/°之間。

在8人組成的實驗中，科研人員用ElaStick方案在VR中模擬了三種不同長度、三種不同形狀的物體，比如：擊劍運動的劍、打蛋器、健身握力棒等等。與此同時，也展示了ElaStick可模擬的VR場景：體育運動、烹飪、健身、游戲等。結果顯示，ElaStick可逼真模擬30°范圍內移動的物體，不過在45°極限時，體驗者并未覺得失真。

為了驗證ElaStick模擬的彈性阻尼感是否自然逼真，科研人員進行了兩場實驗。在第一場實驗中，每位參與者需要體驗180次模擬，目的是為了測試ElaStick的體感是否失真。結果發(fā)現(xiàn)，參與者認為體感阻力比視覺參考看起來更大的概率約為84%，與此同時ElaStick實際可模擬8種不同程度的硬度。

第二場實驗目的是測試ElaStick的體驗感，參與者分別體驗兩組模擬：僅視覺、視覺加體感，并對兩組模擬進行打分。結果發(fā)現(xiàn)，視覺加體感反饋的模擬體驗在沉浸感、逼真度、樂趣三個方面得分都更高。參與者表示：加入體感反饋后更逼真自然，如果只有視覺模擬則感覺很假很怪，而且枯燥。同時，在模擬不同長度的物體時，參與者可以感受到物體的不對稱性。

不過，也有參與者表示，由于手柄自身重量較大，也會破壞逼真感，尤其是在虛擬物體的形狀和視覺重量與手柄不匹配時，體驗感比較失真。在模擬釣魚、攪拌液體、游戲、聲波震動效果等場景中，ElaStick體驗感較好。

未來，科研人員將繼續(xù)優(yōu)化ElaStick手柄，包括采用體積更小的馬達或關節(jié)裝置來降低ElaStick的重量，此外也可以利用ElaStick的重量來模擬更強的力反饋。

當然，考慮到ElaStick復雜的構造，以及重量，這也是體感反饋手柄難以普及的原因之一。此前，微軟曾展示力反饋模塊TORC、阻力模擬絞盤CapstanCrunch，還有可以模擬摘蘋果的PIVOT電動手柄，這些都是在VR與體感反饋結合的不同嘗試，而目前市面上并沒有一個可以通用于所有場景的體感手柄，普通消費者只能先觀望觀望。參考：KAIST