先进的虚拟现实（VR）和扩增实境（AR）如今在专业领域中发挥着举足轻重的作用，尤其是与触觉相结合时；在即将到来的时代，我们的数字互动的触觉细微差别将与现实变得难以区分。

先进的虚拟现实（VR）以其复杂的图形和音频欺骗我们的感官，使我们对虚拟提示做出本能的反应。虽然VR和扩增实境（AR）的显着足迹是在游戏领域，但现在在专业领域中也发挥着举足轻重的作用，尤其是与触觉相结合时。

这种技巧的结合，让我们不仅可以虚拟地触摸物体，还可以辨别它的质地、温度和阻力。这种触觉回馈在专业应用中变得至关重要：例如，外科医生需要在远程手术期间量测阻力，技术人员在卫星维修期间需要有形的抓握保证，自动化工程师在使用虚拟控制面板时也需要寻求触觉确认。

从本质上讲，随着VR和AR的成熟，它们提供细致入微的物理回馈在精确任务中变得至关重要。在即将到来的时代，我们的数字互动的触觉细微差别将与现实变得难以区分。


触觉手套、套装和椅子
第一个广泛采用的触觉技术是强制反馈触觉手套。许多制造商提供触觉手套，可对手指和手部运动提供编程的阻力，让用户感受到虚拟物体的大小、密度和重量。它们使用磁力摩擦片来实现阻力和物体的感觉。有些手套可以提供高达20N的力，可模拟2公斤砖块加在每个手指上的重量。有些手套甚至具有温度控制功能，使用户能够感受到远程物体的温度。

触觉手套必须快速反应，且延迟最小。当使用者使用沉浸式技术来培训危险工作时，这一点尤其重要，因为它可以让他们在没有高风险的情况下体验高风险场景。这种低延迟意味着用户可以在实时执行手势时感受到阻力或其他感觉。

VR和AR头盔使用加速计来追踪头部运动，而手套可以使用加速计、反射计或视讯。反射计可以透过使用一个或多个红外线发射器对两个（或多个）红外线传感器进行三角测量来感应位置，这些发射器可以位于耳机、游戏机或手套中（图一）。


 
图一 : 作者制作的一款运动感应手套，它在重点位置使用红外线发射器将数据传输到其他地方的传感器，而其他运动感应手套可以在手套上嵌入传感器，并从放置在其他地方的两个或多个发射器进行三角量测。（source：Jon Gabay）

感知运动、手势和触摸，只是解决了问题的一半；另一半就是要创造出佩戴者的身体感觉。为此目的开发了几种令人兴奋的技术，包括磁力（类似于扬声器纸盆运动）、振动致动器、压电数组和微流体，有些系统甚至使用声波产生的力场。
同样，装有执行器的连身衣和背心让穿着者感受到全身的触觉刺激。许多公司生产主要针对游戏市场的触觉背心，bHaptics TactSuit X40就是这类设备之一（图二）；顾名思义，该套装包含40个振动马达，提供身临其境的感官刺激。


 
图二 : bHaptics TactSuit X40触觉背心包含40个振动运动感觉刺激器，并提供有线或无线连接。（source：bHaptics）

触觉椅也能够提供触觉体验。这些椅子主要用于游戏和飞行训练等应用，可模拟重力、加速度和湍流。

使用声波产生触觉
感官错觉技术已经显着进步，让用户能够感觉自己正在动态数字环境中真正触摸物体。值得注意的是，使用超音波发射器，声波力场会产生会聚在目标上的波前，让使用者感受到触觉。

例如，Ultraleap Leap Motion Controller 2就是很好的例证，它透过使用基于视讯的手部追踪进行3D互动。其先进的视讯成像可侦测手部动作和方向。该控制器可以与超音波换能器数组配对，将气压引导到特定位置，使用户能够感受到从点击按钮到握住球的触觉。

下一步是什么？
所有这些当前技术都预示着这样的未来：我们的数字体验跨越所有感官，融合物理世界和数字世界。以下是触觉技术与其他感觉回馈系统结合，改变近未来的一些潜在方式：

医疗复健与培训
触觉技术可以改变身体复健实践。配备触觉回馈的设备可以指导患者完成精确的运动模式。例如，对于重新学习手臂运动的患者，当患者偏离正确姿势时，触觉装置可以提供阻力或振动提示，使得治疗师即使在数英里之外，也能以数字方式「感觉」并调整患者的运动。

房地产与建筑
触觉技术还可以改变房地产参观与建筑展示的方式，让他们不仅仅是3D模型和虚拟演示。触觉技术可模拟各种材料的感觉，例如木地板的纹理或地毯的柔软度，可以为数字游览提供触觉层，帮助客户在无需亲自到场的情况下亲身感受空间或设计。

艺术与数字创作
数字领域的艺术性将获得有形的维度。借助触觉工具，艺术家可以在虚空间中体验他们正在处理的材料的感觉，无论是黏土的可塑性还是石头的硬度。这种触觉接口可以丰富创作过程，使数字艺术感觉像传统方法一样自然。

教育
触觉技术保证了即使在数字教室中也能进行实作学习。学生将能够感受到虚拟的研究对象—从历史文物的表面到分子的复杂结构。这种额外的教育触觉层可以促进更好的理解和参与。

游戏和娱乐
游戏世界将变得无与伦比，甚至比现在更令人身临其境。配备触觉套装或控制器的游戏玩家不仅会看到或听到他们的虚拟环境，还会感受到它们。无论是外星球的纹路或是中世纪战争游戏中箭头的撞击，触觉技术都会让游戏世界变得生动。

人际关系
透过触觉接口，人际交往中的距离可能会变得不那么令人畏惧。穿戴式装置可以仿真实时的身体感觉，将简单的视讯通话转变为虚拟的握手会话。透过触觉回馈，一端的轻轻挤压可以让另一端感受到一种令人放心的触摸，从而缩小了数英里之间的情感差距。
在所有这些领域中，触觉充当数字和有形之间的桥梁，增强了虚拟互动的真实感。随着我们的进步，触摸与视觉和听觉回馈的复杂结合将重新定义我们的体验，让现实与虚拟更加紧密融合。

结论
触觉技术可以在提高人类能力、保护工人免受危险环境影响、提供系统远程控制、实现远距医疗程序等方面发挥关键作用。微妙的触觉对于了解某人何时使用了足够的力量或太多的力量至关重要，这就是高质量、准确的触觉技术发挥作用的地方。
预计触觉技术将发展并应用于军事、医疗、工业、农业、航天、工厂环境以及游戏和其他产业。我们正处于新科技革命的开始。