DualPanto为视力障碍患者提供VR世界触觉反馈

2025-02-05上海AR开发专家

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  DualPanto是一款允许盲人用户在虚拟世界行动时跟踪移动对象的触觉反馈设备。
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  如上图所示，设备包含两个手柄。对于与DaulPanto的交互，用户需要用一只手主动移动me handle手柄，并用另一只手被动地握住it handle手柄。DualPanto应用程序通常使用me handle来表示用户的虚拟角色，并使用it handle来表示其他移动实体，比如说足球比赛中的对手。
  1. 与DualPanto的交互
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  me handle：如上图所示，DualPanto的应用程序通常使用me handle来表示用户的虚拟角色。
  （a）用户通过移动me handle来进行移动和探索虚拟环境。设备采用直接1：1映射，类似于触摸屏的映射。当用户将手柄放回物理世界中的相同位置时，虚拟角色将返回至虚拟世界中的相同位置。
  （b）旋钮本身允许用户旋转虚拟角色。手柄的尖端表示虚拟角色的面向。
  （c）当用户推动墙壁时，me handel将提供力反馈阻力。
  （d）me handle播放后退触觉图标，例如，当玩家被炮弹击中时的短暂击退力。
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  it handle：如上图所示，DualPanto应用程序采用it handle来渲染一个特定的移动对戏那个，比如说第一人称射击游戏中的对手。
  （a）如果it handle所代表的对象移动，手柄同样会移动。手柄仅由装置致动，也就是说它将阻止用户移动手柄。通过允许手柄引导用户的手部，用户可以跟踪相关联的对象。例如，感觉对手如何移动，并知觉对方相对于本人虚拟角色的当前位置。
  （b）同时，致动旋钮将向用户传达对象的的面向。it handle同时可以显示触觉图标，例如当对手被击中时的脉冲。
  2. 应用程序
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  《Shooter》是第一人称生存射击游戏。在这款内容中，玩家必须迎战一系列不断逼近的僵尸兔子，同时避免它们的触碰。
  3. 实施
  3.1 集电弓
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  DualPanto实施了触觉集电弓设计。选择这一设计的原因在于，它是一个平面，因此适用于没有碰撞的单个注册工作空间。两个集电弓独立运作，与两个集电弓控制单个末端执行器的结构。研发团队的实施是基于开源的Haply平台。
  两个集电弓单独安装在3D打印的三脚架上。开发团队对三脚架的脚管进行了加重以提高稳定性。连杆由3毫米的激光切割铝制成，其刚性足以避免偏斜。这样可以保持两个手柄之间的垂直距离。
  3.2 手柄
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  me handle和it handle安装在集电弓的臂上。me handle包含一个小型电机（Pololu，6V），齿轮比为10：1，可轻松反向驱动，方便用户输入。it handle的齿轮比则达到75：1，可为系统输出提供足够的作用力。
  为了表示方向，每个DualPanto手柄都安装了一个3D打印的不对称尖端。在尝试了几种设计之后，“扁平泪珠”设计（8×10×15毫米）表现最佳，因为用食指和拇指夹持可以随时清楚地知觉其方向。
  4. 用户研究
  开发团队进行了一项研究，旨在探讨DualPanto是否能帮助盲人用户在空间虚拟环境中进行交互。被试进行了1v1的足球比赛，并报告了他们的经历。他们
  招共募
  了六名存在视力障碍的被试（年龄14-45岁，包括1名女性）。在被试的自我报告，视力水平介于完全失明和16%单眼失明率之间。被试与受过训练的球员（其中一名研究人员）进行一场或多场比赛，持续3-10分钟，然后在面谈中提供反馈。
  4.1 DualPanto可以实现对游戏状态的空间感知
  DualPanto支持对移动对象的持续交互。所有六名被试都能跟踪对手并回应其位置，要么在练习期间传球他们（被试2-6），要么在比赛期间避开他们射门（被试1，2，4-6）。被试可以知晓对手在整个场地的行动。当受过训练的球员得分时，被试3回应说，“我失分了”；当受过训练的球员射中乌龙球时，被试5回答说：“我们得分了吧？”
  4.2 多人体验
  被试对多人游戏体验的前景感到惊讶和兴奋：“我玩得很开心”（被试3）；“啊，很酷，有2名玩家”（被试4）。被试同时要求更多的多人游戏功能：“拥有超过2名玩家将会非常有趣”（被试3）。
  4.3 作为交互式音频-触觉游戏主机
  音频提供了情景：“我十分喜欢…你可以立即听到声音这一点，我真的很喜欢这一点”（被试2）。更多的音效可以改善体验：“如果添加更音效，体验可能会更好”（被试1），这暗示来自人群的欢呼和喘息，以及盲人足球的声音效果。
  触觉反馈补充了音频提供的情景，并可以改善交互性。被试认为这种组合可以适用于不同的游戏：“你可以通过力反馈来探索关卡，并用it handle来展示下一个敌人。故事与音频相关，所以是的，我可以想象这适用于角色扮演游戏”（被试3）。
  4.4 总结
  DualPanto这款触觉设备可以支持盲人用户与包含实时移动对象的虚拟环境进行交互，就像体育或射击游戏一样。其关键特征在于，两个触觉输入/输出手柄在空间上相互配准，使得盲人玩家能够导航，跟踪，躲闪和瞄准。在用户研究中，盲人被试十分享受多人足球比赛时，评价达到6.5/7。
  相关论文：DualPanto：A Haptic Device that Enables Blind Users to Continuously Interact with Virtual Worlds