Осязаемый интерфейс: Вес и давление в виртуальной реальности

от

Автор: Денис Аветисян

Исследование показывает, как использование тактильных ощущений веса и давления может влиять на восприятие уведомлений в виртуальной реальности.

Пока крипто-инвесторы ловят иксы и ликвидации, мы тут скучно изучаем отчетность и ждем дивиденды. Если тебе близка эта скука, добро пожаловать.

Купить акции "голубых фишек"

Сравнение влияния метафор веса и давления на пользовательский интерфейс в средах виртуальной реальности и оценка их воздействия на восприятие срочности уведомлений.

Несмотря на прогресс в области тактильной обратной связи, интеграция веса и давления как метафор для уведомлений в виртуальной реальности остается малоизученной. Данная работа, озаглавленная ‘Words have Weight: Comparing the use of pressure and weight as a metaphor in a User Interface in Virtual Reality’, исследует, как модулировать восприятие веса и срочности уведомлений посредством одновременного использования тактильных сигналов веса и давления. Полученные результаты подтверждают, что давление усиливает ощущение веса, однако не влияет на восприятие срочности. Какие альтернативные профили давления или типы уведомлений позволят в полной мере реализовать потенциал тактильной обратной связи для повышения эффективности пользовательских интерфейсов в виртуальной реальности?

Погружение за гранью зрения и звука: Тактильные возможности виртуальной реальности

Современные системы виртуальной реальности, несмотря на впечатляющие визуальные и звуковые возможности, зачастую игнорируют важнейший канал восприятия — осязание. Это приводит к ощущению неполноты погружения и снижает реалистичность взаимодействия с виртуальным миром. В то время как глаза и уши получают обширный поток информации, отсутствие тактильной обратной связи создает разрыв между тем, что пользователь видит и слышит, и тем, что он ощущает. Этот дисбаланс ограничивает возможности VR в различных областях — от игровых развлечений до профессионального обучения и реабилитации. По сути, игнорирование осязания лишает виртуальную реальность ключевого элемента, необходимого для создания по-настоящему убедительного и интуитивно понятного опыта.

Внедрение тактильной обратной связи посредством haptic-технологий открывает перспективы для кардинального повышения уровня погружения и реалистичности в виртуальной реальности. В то время как современные VR-системы в основном полагаются на зрение и слух, добавление ощущения прикосновения способно обмануть мозг, заставляя воспринимать виртуальные объекты как настоящие. Это достигается за счет передачи информации о текстуре, форме, жесткости и даже весе виртуальных предметов непосредственно к коже пользователя, создавая иллюзию физического взаимодействия. Такая мультисенсорная стимуляция значительно усиливает ощущение присутствия в виртуальном мире, делая опыт более убедительным и запоминающимся, что особенно важно для обучения, терапии и развлечений.

Исследование посвящено изучению возможности усиления взаимодействия с виртуальной реальностью и передачи информации посредством манипулирования восприятием веса, одного из базовых тактильных ощущений. Ученые предполагают, что изменение ощущения веса виртуальных объектов может существенно повлиять на пользовательский опыт, делая взаимодействие более интуитивным и реалистичным. Например, виртуальный предмет, кажущийся тяжелым, может сигнализировать о его важности или прочности, в то время как легкий объект может указывать на хрупкость или незначительность. Такой подход позволяет не только улучшить погружение в виртуальный мир, но и предоставить пользователю дополнительную информацию, расширяя возможности применения VR в различных областях — от обучения и дизайна до реабилитации и развлечений. Разработка эффективных методов управления тактильными ощущениями веса открывает новые перспективы для создания более естественных и информативных виртуальных интерфейсов.

Реализация эффективной тактильной обратной связи в виртуальной реальности представляет собой сложную задачу, требующую не только передовых инженерных решений, но и глубокого понимания человеческого восприятия. Точное управление силами и нюансированная передача ощущений веса, текстуры и формы требуют создания миниатюрных, но мощных и быстродействующих механизмов. При этом, простого увеличения силы воздействия недостаточно; необходимо учитывать психофизические особенности восприятия, чтобы избежать эффекта перегрузки или, наоборот, недостаточной стимуляции. Обеспечение реалистичного и комфортного тактильного опыта требует решения проблем, связанных с задержкой сигнала, разрешением и точностью позиционирования, а также с индивидуальными различиями в чувствительности и адаптации пользователей к виртуальным ощущениям. Подобные исследования направлены на создание не просто “ощущения прикосновения”, а полноценной иллюзии физического взаимодействия с виртуальным миром.

Архитектура системы: Инженерное решение задачи тактильного веса

Система генерирует ощущения веса и давления посредством прецизионного управления шприцами в замкнутом контуре. Данный контур обеспечивает точное смещение воды и впрыск воздуха, что позволяет создавать контролируемые тактильные ощущения. Регулирование осуществляется посредством обратной связи, обеспечивающей стабильность и воспроизводимость генерируемых эффектов. Точность смещения жидкости и впрыска воздуха критически важна для создания реалистичных тактильных ощущений, имитирующих вес и давление.

Для обеспечения точного управления потоком жидкости в системе используются шаговые двигатели. Вес системы в сборе составляет 119 грамм в пустом состоянии. При заполнении водой вес увеличивается до 264 грамм, а при создании давления путем закачки воздуха — до 350 грамм. Использование шаговых двигателей позволяет добиться высокой точности позиционирования и скорости изменения объема жидкости, что критически важно для создания реалистичных тактильных ощущений веса и давления.

Приложение Unity выступает в качестве центрального узла управления системой, осуществляя интеграцию данных отслеживания положения рук и оперативно управляя тактильной обратной связью. Данные, получаемые от системы отслеживания рук, обрабатываются в Unity для определения положения и движений рук пользователя. На основе этих данных приложение формирует команды для управления исполнительными механизмами системы — шприцами и пневматическими актуаторами — обеспечивая синхронизированное создание ощущений веса и давления в реальном времени. Это позволяет достичь высокой точности и отзывчивости тактильной обратной связи, соответствующей визуальным стимулам, отображаемым на Meta Quest 3S.

Интегрированная система, работающая на выделенном компьютере MSI Katana 15 и отображаемая через Meta Quest 3S, обеспечивает синхронное визуальное и тактильное восприятие. Для создания эффекта веса и давления используется замкнутый контур управления шприцами, при этом время заполнения шприца составляет 15,15 секунды, а объем вводимого воздуха — 100 мл. Данная конфигурация позволяет достичь согласованности между визуальным представлением и ощущаемым весом, обеспечивая реалистичный пользовательский опыт.

Верификация воспринятого веса и когерентности ощущений

Статистический анализ, включающий тест Фридмана, подтвердил значимую корреляцию между объемом вытесненной жидкости и воспринимаемым участниками весом. Нормализованное значение веса составило 14.25 (χ² = 14.25, p < 0.05). Данный результат указывает на то, что изменение объема жидкости, используемого в системе для имитации веса, надежно влияет на субъективное ощущение тяжести у испытуемых. Полученное статистическое значение p < 0.05 свидетельствует о статистической значимости данной корреляции, что подтверждает эффективность используемого метода имитации веса.

Тест Вилкоксона со знаком рангов подтвердил статистически значимое увеличение воспринимаемого веса при добавлении воздушного давления (p < 0.05). Полученные данные свидетельствуют о том, что изменение давления воздуха эффективно модулирует тактильное восприятие веса, что подтверждает выдвинутую гипотезу о возможности создания реалистичных тактильных ощущений веса посредством данной технологии. Анализ показал, что добавление воздушного давления приводит к достоверному увеличению субъективной оценки веса у испытуемых.

Анализ согласованности восприятия веса участниками эксперимента, проведенный с использованием коэффициента Кендалла W, показал высокую степень однородности оценок. Значение коэффициента для восприятия веса составило 0.89, что свидетельствует о высокой согласованности в оценке изменений веса между участниками. Аналогичные значения были получены для оценки предпочтений (0.77) и когерентности (0.75), указывая на стабильное и последовательное восприятие предложенных вариаций веса и связанных с ними ощущений. Эти результаты подтверждают надежность системы в доставке тактильных ощущений веса и поддержании когерентности между различными модальностями восприятия.

Результаты исследования демонстрируют способность системы достоверно и точно передавать тактильные ощущения веса в виртуальной среде. Ощущаемый вес был оценен в 9.75 (χ² = 9.75, p < 0.05), что указывает на статистически значимую корреляцию между приложенным воздействием и восприятием. Когерентность визуально-тактильного восприятия составила 6.05 (χ² = 6.05, p < 0.05), подтверждая согласованность между визуальными стимулами и тактильными ощущениями веса, что свидетельствует о высокой реалистичности создаваемой иллюзии.

Влияние за пределами веса: Значение и будущие направления исследований

Проведенное исследование показало, что увеличение воспринимаемого веса виртуальных уведомлений не оказало значимого влияния на ощущение срочности у испытуемых, зафиксированное на уровне 0.67 (χ² = 0.67, p = 0.1). Данный результат противоречит первоначальной гипотезе, предполагавшей прямую связь между весом и восприятием неотложности. Полученные данные указывают на то, что вес сам по себе может быть недостаточным сигналом для передачи ощущения срочности, и вероятно, другие факторы играют более существенную роль в формировании подобного восприятия.

Исследование показало, что увеличение воспринимаемого веса виртуальных уведомлений не оказало существенного влияния на ощущение срочности у испытуемых. Это указывает на то, что вес как единственный фактор недостаточен для передачи ощущения неотложности, и более значимую роль играют другие параметры. Вероятно, восприятие срочности формируется комплексно, учитывая такие аспекты, как частота уведомлений, их содержание, визуальное оформление и контекст происходящего в виртуальной реальности. Дальнейшие исследования должны быть направлены на изучение взаимодействия различных тактильных сигналов и их комбинированного влияния на субъективное восприятие времени и приоритетов.

Разработанная система продемонстрировала значительный потенциал прецизионной тактильной обратной связи в контексте виртуальной реальности. В ходе исследования стало очевидно, что точное управление ощущениями, в частности, веса виртуальных объектов, способно значительно углубить эффект погружения пользователя в цифровое пространство. Это открывает новые возможности для передачи информации, выходящие за рамки традиционных визуальных и звуковых сигналов. Вместо простого оповещения, тактильные ощущения позволяют создавать более интуитивные и естественные интерфейсы, обогащая взаимодействие с виртуальным миром и делая его более реалистичным и запоминающимся. Данный подход позволяет не только информировать пользователя, но и вовлекать его в процесс, создавая более глубокую связь между цифровым и физическим мирами.

Предстоящие исследования направлены на расширение возможностей тактильных интерфейсов путем комбинирования ощущения веса с другими стимулами, такими как текстура и вибрация. Предполагается, что сочетание этих различных тактильных сигналов позволит создать более тонкие и эффективные способы передачи информации в виртуальной реальности. Изучение взаимодействия между весом, текстурой и вибрацией позволит выявить оптимальные комбинации, способные не только привлекать внимание пользователя, но и передавать более сложные и нюансированные сообщения, значительно повышая уровень погружения и улучшая взаимодействие с виртуальной средой. Особое внимание будет уделено разработке алгоритмов, которые смогут динамически адаптировать тактильные стимулы в зависимости от контекста и потребностей пользователя.

Исследование, представленное в данной работе, подтверждает необходимость четкого определения метрик восприятия в виртуальной реальности. Без точного определения задачи любое решение — шум. Подобно тому, как математик стремится к доказательству теоремы, так и разработчик интерфейсов должен стремиться к однозначному пониманию того, как пользователь воспринимает сигналы. Работа показывает, что давление, как и вес, влияет на восприятие, но не определяет ощущение срочности. Это подчеркивает важность строгой логики в проектировании систем обратной связи, где каждый элемент должен выполнять конкретную, доказуемую функцию. Как однажды заметил Дональд Кнут: «Прежде чем оптимизировать код, убедитесь, что он работает правильно». Этот принцип применим и к разработке интерфейсов виртуальной реальности, где точность восприятия является ключевым фактором успеха.

Куда же дальше?

Представленное исследование, хотя и проливает свет на взаимосвязь между давлением и восприятием веса в виртуальной реальности, оставляет ряд вопросов нерешенными. Наблюдаемая независимость восприятия срочности от модуляции давления, как ни парадоксально, подчеркивает фундаментальную сложность субъективной оценки в искусственной среде. Ведь вес — величина измеримая, а срочность — продукт сложной нейрофизиологической интерпретации, и попытка свести одно к другому, вероятно, обречена на частичный провал.

В дальнейшем представляется необходимым более глубокое изучение влияния контекста и индивидуальных различий на восприятие тактильных сигналов. Игнорирование когнитивных искажений и предубеждений, влияющих на интерпретацию тактильной информации, — это всё равно что строить дворец на песке. Более того, необходимо разработать математически строгие модели, способные предсказывать субъективные ощущения на основе объективных физических параметров. Алгоритм должен быть доказуем, а не просто «работать на тестах».

В конечном счете, в хаосе данных спасает только математическая дисциплина. Именно она позволит отделить истинные закономерности от случайных флуктуаций и создать действительно эффективные и интуитивно понятные пользовательские интерфейсы в виртуальной реальности. В противном случае, все наши усилия по созданию «ощутимых» интерфейсов рискуют остаться лишь красивой иллюзией.

Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2601.19294.pdf

Связаться с автором: https://www.linkedin.com/in/avetisyan/

Смотрите также:

2026-01-28 21:31