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VR手套:将被人工智能颠覆的新兴领域?

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你好,这里是科技前哨,继续跟你分享新兴科技企业有关的新鲜见闻。去年Oculus、Pico等VR头显销量火爆,让不少人都体验了探索虚拟世界的感觉,只是这段旅程中各种互动都只能通过手柄完成,不少用户都希望能够更真实的触摸到虚拟世界。

其实相关研发早就已经开始,在VR领域被称为触觉技术,大量研究者都认为这是优化虚拟世界交互体验的关键要素,已经推出了弯曲传感器、磁传感器等多种成熟的VR手套解决方案。

VR触觉技术将如何演化?这个项技术的市场潜力有多大?科技前哨今天与你一起深度分析。

1.VR手套的技术原理

VR手套两大功能是手势追踪和触感反馈,可以简单理解为用户与虚拟世界交互时的主动行为和被动反馈。

我们先从手势追踪讲起,手势追踪 (hand tracking) 通过测量用户的手部姿势和动作,实时转化到虚拟世界中。

大部分VR手套,例如Hi5、Rokoko、Senso Glove DK3等采用的是惯性测量单元—IMU传感器,通过测量三轴加速度、三轴角速度及三轴地磁分量估算手的位置和动作。但由于它自身的漂移会造成误差积累,加上它易受磁场畸变的影响,IMU传感器难以保证长期的精准手势追踪。此外,IMU传感器不能弯曲,且放在手指上相对笨重,大大限制了手的灵活度。

为了追求更高的精准度和敏捷性,不少开发VR手套的企业也尝试结合了其他灵活度较强的传感器。比如,Manus和Rapael在IMU的基础上加用了放置在手指关节部位的弯曲传感器 (bend sensors) ,通过手指弯曲和延展所产生的电信号测量关节角度的变化。StretchSense则采用了拉伸传感器 (stretch sensors) ,通过将一种电容性橡皮筋的伸缩所产生的电阻信号与机器学习结合,测别手指活动。

不少企业也在探索基于磁性传感器 (magnetic sensors) 的VR手套。比如,Manus在今年的GDC大会上新推出了基于量子磁性追踪技术的Quantum Metagloves,其手指追踪精度已远超于之前的产品。

 

弯曲传感器、拉伸传感器、IMU、磁性传感器在精确度、响应时间、使用寿命、成本和对VR手套的穿戴难易度的影响的维度上各有不同

2.触感反馈的研发进度

除了手势追踪外,VR手套的另一个功能是触感反馈 (haptic feedback) 。触感反馈分为动觉反馈 (kinesthetic feedback) 和触觉反馈 (tactile feedback)。前者涉及肌肉和肌腱对力量(重量、惯性、阻力等)的感受,后者则涉及皮肤对触感(形状、质感、平滑度等)的辨识。

目前VR手套的研发已达到可让穿戴者感受到真实的手部触感,包括感受虚拟物体的硬度、重量、甚至细微纹理。比如,SenseGlove Nova的VR手套就有强制反馈和震动反馈的功能,可以模仿例如点击按钮、撞击物体时的触感。

同时,Meta也在研发一款根据买家手型定制的触觉手套,但目前这款手套是用半自动化工艺制造的,需要人工完成组装。Meta表示还需要很长时间才能通过全自动化制造技术来实现触觉手套的大规模现量产。

3.VR手套的技术难题

了解了VR手套的技术原理,相信你已经明白这个领域还比较早期,VR手套的手势追踪技术开发难度和成本高,原因主要体现在以下三点:

  • VR手套所需部件成本通常较高。除了较为成熟的IMU传感器,其他的传感器零件产量都很少,价格昂贵。
  • VR手套技术方案未定型。人类手指有很高的“自由度” (Degree of Freedom 或 DoF) ,每个人的手掌形状都不一样,VR手套要用什么样的传感器、设计成什么样子都还没有定论。
  • 最后,技术变革还在继续,前面也介绍过弯曲传感器、磁传感器谁更合适,还处在一个产业竞争的状态。
不同传感器在精确度、成本、穿戴难易度等不同维度上表现出不小的差异, VR手套产业还未浮现出手势追踪技术难题的最佳的解决方案。任何技术方案,只要还处在变革之中,成本就必然难以下降,更难以进入大规模量产。
这个关键因素也决定了VR手套市场的格局。
4.VR手套面向To B市场
目前VR手套成本售价偏高,还是一个To B为主的设备,各家公司都在挖掘自己的应用场景。
比如布局VR手套应用最成功的SenseGlove公司,它与大众、本田、西门子、剑桥大学等150多家企业和机构合作,将VR手套应用在科研、军事及职工培训、遥控机器人等场景中。
大众汽车公司通过SenseGlove的VR手套来培训员工进行汽车车门配装。员工在虚拟环境中可以探索车门细节、真实地感受到车辆部件,有效训练的同时避免了在现实中用昂贵车辆培训可能造成损坏的风险。
Manus公司则在动作捕捉 (motion capture) 领域发力,被迪士尼、EA、Netflix等工作室采用。
游戏和动漫制作者可以让演员佩戴Manus手套,追踪、采集演员的身体及手部动作,并将其数据通过Manus Core处理工具精准、实时地传输到Unreal和Unity游戏引擎中,让游戏、动画角色的动画更加逼真。
除了Manus外,Rokoko和StretchSense的手套也具有较高的性价比,在动作捕捉领域凸显了竞争力。
此外,VR手套在医疗康复领域也有巨大的潜在市场。比如Rapael就是一款专门针对康复训练的VR手套,通过结合VR游戏为患有帕金森症、多发性硬化症或中风等神经系统疾病的患者提供手臂及双手的力量训练。
据Technavio预计,2021-2025年VR触觉技术市场的年复合增长率高达15.96%,总增长则将超过158.4亿美元。
他们认为VR手套作为最重要的触觉技术之一,很快就会取代手柄,让用户直接抓取、触摸、操控虚拟世界中的物体。
不过科技前哨的小伙伴观察下来,答案却很不一样,传统的VR手套还没有颠覆手柄,可能自己就会被新的技术颠覆了。
5.VR手套正在面临技术颠覆
目前,VR手套的高成本主要源于手势追踪功能对传感器的高要求,这部分成本如果能得到控制,必然可以为VR手套市场化打开新的机会。
2019年,Meta的Oculus Quest在实验功能里引入了第一代VR手势追踪,可通过头显的四个内置摄像头实时捕捉手部动作。玩家们无需手柄,只用手就可以操作VR界面和特定游戏操作。
第一代解决方案采用的人工智能算法还不够成熟,只能分开识别两只手的动作,出现十指相扣等等双手重叠的情况就会失灵。今年4月,Meta更新了Oculus Quest的手势追踪功能,通过新的人工智能算法已经解决了这部分问题。
这意味着未来的VR手套可以将手势识别外包给Oculus,自己专注做好触觉反馈就行。
2.0版本人工智能手势追踪能力进一步提高
 
CES2022大会上,bHaptics公司宣布推出Tact VR手套已经采用了类似的方案,去除了手势追踪的模块后它已实现消费级定价,和其他动辄上千美元的手套比起来,它的售价降低到了299美元。
 
新的解决方案让VR手套产业又走到了新的分岔路,传统企业要么在图像识别精度追上来之前持续提高自己方案的完成度,深深嵌入到具体场景、业务中,尽可能阻止新技术的颠覆性冲击。
要么主动接纳图像识别取方案,果断推出自己的新产品,稳住自己传统基本盘的同时,提前用上的新技术,向着新的市场化机会转型。
 
从目前的技术趋势看,传统的VR手套方案凭着追踪精度和用户忠诚度还有几年的窗口期,一旦人工智能视觉识别方案进一步成熟,更低成本的颠覆性方案一定会出现,我们也有希望真正的触摸到虚拟世界。
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