身臨其境的感覺總是令人神往，而虛擬與現實的交互，對于喜愛沉浸體驗的人們來說，更是一種極致的 “誘惑”。比如在《星際迷航》等科幻大片中，我們經常可以看見全息投影等技術，被作為一種科幻元素呈現在觀眾面前，從而引發無限遐想。

圖 | 《星際迷航》中的三維全息投影（來源：電影截圖）

現在，來自格拉斯哥大學的研究團隊開發了一種名為 Aerohaptics 的基于空氣的觸覺反饋設備，可將全息投影與精確控制的空氣噴射相結合，無需特殊頭飾即可體驗真實觸感。

當用戶在偽全息顯示器內操縱虛擬對象時，該設備會提供空中觸覺反饋，并準確地指向用戶手上的特定位置。此外，該設備還可以控制其強度以適應各種交互場景。這種能力對于未來的虛擬現實系統來說，無疑具備一種極為迫切的吸引力。

圖 | 相關論文（來源：Advanced Intelligent Systems）

相關研究成果以論文的形式發表在 Advanced Intelligent Systems 上，該論文以《用于交互式體積顯示器的具有氣動觸覺反饋的偽全息圖》（Pseudo-Hologram with Aerohaptic Feedback for Interactive Volumetric Displays）為標題，由格拉斯哥大學電子與納米工程教授拉文德·達希亞（Ravinder Dahiya）擔任通訊作者。

19 世紀幻覺技術的現代變體

該系統由格拉斯哥大學的可彎曲電子和傳感技術（BEST）研究小組開發，達希亞教授是 BEST 研究小組的負責人。此外，他還擔任著印度班加羅爾印度科學研究所（IISc）的客座講席教授。

圖 | 拉文德·達希亞（來源：格拉斯哥大學）

據了解，該系統基于偽全息顯示器，通過使用玻璃或鏡子等工具，使二維圖像看起來似乎在太空中盤旋。

達希亞表示，“該技術是與虛擬對象交互的新方法，也是一種高級形式的電話會議，甚至是使外科醫生能夠遠程執行手術的基礎?！?/span>

事實上，這是一種被稱為 “Pepper's Ghost” 古老幻覺技術的現代變體。該技術最早起源于 19 世紀，又稱作佩珀爾幻象，通常借由玻璃和特定光源，在舞臺上呈現出一種奇特的幻覺效果，往往被用于魔術表演。

值得一提的是，該技術還可以應用于大型博物館中，能夠有效地還原歷史情景，且費用相對低廉。

而在 BEST 研究小組的實驗中，該系統表現出了令人驚喜的變化。它可以和一個傳感器形成完美 “搭檔”，來跟蹤體驗者的手部運動，并通過一個可移動的空氣噴嘴將氣流引導到他們的手掌或指尖，從而使人感受到逼真的觸感。

動圖 | “空氣觸覺” 技術下的虛擬籃球（來源：格拉斯哥大學）

在論文中，該團隊提供了一個示例，將計算機生成的籃球 3D 圖像顯示在空中，并借實驗證明了他們是如何通過改變氣流的方向和力量來創造一種真實的籃球彈跳感。

比 VR、AR 更輕便的虛擬交互

將傳統 2D 圖形在虛空中顯示為具有真實物理尺寸的 3D 虛擬對象，是下一代虛擬現實（VR）和增強現實（AR）系統的有趣方法。不僅極大地增強了用戶的沉浸式體驗，也在機器人技術、自動駕駛汽車和康復等多個領域引起了極大的興趣。

然而，在一個完整的系統中結合這些交互體驗往往會帶來技術復雜性、成本、實施和安全方面的重大挑戰。

科學們在此方面也進行了很多嘗試，包括偽全息圖、掃描體積、靜態體積和自由空間顯示等。

此外，也有一些商業上的努力，比如早期的 Perspecta 顯示器（一個 10 厘米直徑的掃描體積顯示器）和 LightSpace DepthCube（一個堆疊式液晶顯示器）；當前的商業示例則包括 Voxon 的掃描體積顯示器和窺鏡的光場技術。

圖 | 虛擬環境中觸覺反饋方法比較（來源：Advanced Intelligent Systems）

但遺憾的是，當前大多數的立體顯示器僅提供視覺體驗，而無法通過觸摸感受虛擬物體。盡管一些可穿戴設備宣稱“可觸摸”，但它們僅限于控制正在顯示的虛擬對象，并不能感受真實對象施加的壓力或溫度。

“近年來，觸覺反饋和顯示技術取得了長足的進步，使我們更接近于能夠令人信服地與虛擬對象進行交互。然而，當前的觸覺技術通常仍然涉及可穿戴或手持外圍設備，這會增加成本和復雜性，并可能阻礙該技術的廣泛采用。” 達希亞教授表示。

圖 | 觸覺全息技術示意圖（來源：格拉斯哥大學）

而 BEST 的新系統恰好以相對較低的成本創造了令人信服的物理交互感覺，最重要的是，該系統并不需要穿戴或手持外圍設備。另外，研究小組已經在考慮為新系統添加額外的功能。例如，在氣流中添加溫度控制，借以加深與熱或冷物體交互的感覺。

“我們相信，氣動觸覺技術可以成為未來許多新應用的基礎，比如為電話會議創建令人信服的真人交互式 3D 渲染，或者在虛擬空間中幫助外科醫生訓練如何執行棘手的手術?！?達希亞說道。

該研究得到了英國工程和物理科學研究委員會（EPSRC）的資助，達希亞表示，“隨著該系統的持續開發，我們期待著探索更多的可能性。”