微軟研究院公佈最新VR手柄X-Rings：可模擬抓握力度大小

雖然說微軟Windows MR系列頭顯如今市場佔比逐漸縮小，但熟悉的朋友應該都知道，微軟在前沿技術上的研究與投入一直是排在前列。比如，此前微軟研究院的VR戶外行走，VR注視點與注意力的關係，VR手柄模擬跳繩等等。

在近期舉行的ACM使用者介面軟體和技術研討會上，微軟研究院公佈了最新的VR手柄研究：X-Rings。

1，VR手柄觸覺互動進展緩慢

縱觀過去幾年，VR頭顯的顯示效果得到了不小的提升，例如從早期Vive和Rift產品的單眼1。5K級別，到目前主流單眼2。5K級解析度，甚至還有矽基OLED版本，視覺作為VR體驗的核心一直也是產品迭代的焦點。

而關於互動，尤其是手的互動與觸覺上進步並不明顯，目前主流VR手柄跟現階段遊戲手柄類似，主要以震動馬達的回饋為主。其中，提升較大的有Oculus Quest基於單色視覺的手勢識別、Valve Index的手指追蹤手柄。另外，尚未釋出的PS VR2已確定加入PS5手柄中自適應板機技術。

因為手部的互動對於VR體驗至關重要，因此這些年關於VR手部互動的研究也有不少，例如前文提到的微軟雙手柄模擬跳繩，也有例如透過電動式摺扇設計模擬阻力和慣性等；Tactical Haptics的可模擬舞劍、釣魚等體驗的手柄等等。

在很多VR應用中總是有讓使用者拿起某件物品的場景，其中大部分又以靜態物品居多，例如一個水杯，一把手槍。而常規的VR手柄只能透過震動回饋使用者，例如握持、放下，或者有持續震動來提醒使用者的互動過程。

根據專案描述，X-Rings就是一個為了豐富VR握持方式和互動方式的專案，主要解決的模擬觸控和抓握的力度，由此實現更逼真的互動，例如可以感知不同物體的形狀等等。第一眼看上去X-Rings像是一個飛機操控杆，豎向使用方式很利於握持。

2，X-Rings手持抓握模擬器

據悉，X-Rings是第一個通體採用360度圓形設計的VR手柄，該專案來自於微軟雷德蒙德研究院，首次公開於9月份，並在10月10日公佈全文，該專案在ACM上進行介紹。

根據青亭網瞭解，該專案名為“X-Rings： A Hand-mounted 360 Degree Shape Display for Grasping in Virtual Reality”，參與者有：首席研究員Eyal Ofek、首席研究員Mar Gonzalez Franco、資深首席研究員Mike Sinclair。

結構上，X-Rings底部採用ViveTracker用於定位追蹤，這也是很常見的VR手柄追蹤方案。

頂部由四層可變換的、模組化控制器組成，每層都有一個電機控制大小，可在5。7-7。7釐米（直徑）改變大小。

每一層的模組設計中，除了螺絲和軸承外，其餘均為3D列印。圓形模組中間，電機帶動垂直向齒輪，垂直齒輪連線圓形齒輪底盤，由此控制外部5個子模組的收緊或鬆開，實現力度反饋。

手柄組成了一個3D狀態的手柄，因為拇指是固定的，因此其它手指可以分別對應四層結構。同時手柄一側還有綁帶夾在手掌中，類似Index手柄，手指可以自由活動，只有在需要抓握時才產生接觸。

從而實現在VR中模擬各類虛擬物體的抓握等互動，例如鬆手與握手，手掌抓握的鬆緊度等。

與此同時，握柄表面採用電容感測器，透過電流來判斷每層感測器的抓握力度，由此還可以實現更豐富的玩法，例如結合真實手掌的抓握力度，握住可以輕鬆拿起一個瓶子，如果握力增大瓶子就會碎掉等。

3，使用者實際觸覺對VR視覺是否造成影響

因為這類似於握桿狀的設計，並且和大多數VR手柄設計、握持方式也不相同。那麼，使用者在使用起來是否會與原本的心理預期產生誤差，或者這種抓握方式是否能夠與VR中虛擬物體視覺認知保持一致？

為了研究清楚這一問題，微軟研究院還做了一項小規模對照測試。測試中，分別使用X-Rings手柄、常規握持形態的VR手柄，分別去抓握6種不同的物體（如上圖），例如酒杯、玻璃瓶、劍等。

圖中可見，這6種物體的形狀各不相同，可以在一定程度上反映出使用者對於手柄形狀和虛擬物體形狀不同的心理預期。得出的結論是，

使用者在使用這種握持手柄時，在80%情況下能夠與虛擬物體的形狀相對應，

還有20%時會造成物理握感與VR視覺認知上的差異。

論文中也提到，透過像X-Rings這種緊湊型設計的360度圓形手柄，可以更好的實現VR中抓握、手指互動和反饋方面的表現。當然，這項研究還有繼續最佳化升級的空間，希望後續能夠看到更多對提升VR觸覺回饋的研究。