我做了一副元宇宙手套，本钱300元

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想啥呢？还不克不及“嘿嘿嘿”......
做了一个月的 VR 游戏主播之后，除了愈加沉浸于《半条命：Alyx》之中，我还在思考此外一个问题：当初的 VR 还差点甚么？
作为一位“中之人”，我在直播时会用虚构形象来解说——我置信，假如将来一定要有一个虚构世界，咱们跟本人的数字替身要“深度绑定”在一同。这个绑定不只是内在认知上的，还有实在世界和虚构世界中的体验应该是共通的。
玩家知道，VR 游戏与传统游戏具有着截然不同的体验。在 VR 游戏里，你不用弯腰坐在电脑前，玩弄着鼠标键盘。你真的能够用双手手柄当做枪，瞄准朋友、扣动食指按压扳机，明天的 VR 游戏曾经能十分精确地辨认手指举措——但你却无奈在 VR 世界中捡起一节掉落的弹夹。
偶尔间，我在油管晃荡时，看到 Lucas（一个美国的 VR 守业团队开创人）制造了一款 VR 触觉手套，重点是一切整机本钱，他只花了 60 美元。
我将这条视频请求转载到本人的账号上，没想到反响热闹。加之 Lucas 的那句“你真的能够用它来触摸任何货色”，减轻了我的猎奇心。顺藤摸瓜，我在 GitHub 上找到了开源的教程，筹备入手做一对。


需求买的零部件丨作者供图
目前的技术来讲，我并无期待“能触摸就任何货色”的 VR 外设泛起。但感动我的也恰是这一点。目前 VR 市场上，除了一个头显、两个手柄，就没甚么所谓的新货色了，任何能以“平民价钱”扩展用户体验的尝试，我感觉都值得一试。
用最廉价的形式触摸虚构
1987 年，仍是任地狱红白机的时期，手套作为体感游戏的外设就曾经承当起“输出装备”的功用。


Power Glove丨YouTube“Gaming Historian”
理想中的你假如想摸到游戏里那把枪，除了让计算机辨认你的手在动，建模出虚构的手随着真正的手同步静止（信号输出功用），还要比及虚构的手握住枪时，前往一个信号——这个信号作用在手上，也就是咱们常说的力反馈。
Meta 已经放出触感手套的视频，采取微流体（microfluidics）技术，使用气致动器（pneumatic actuators）经过气泡充气、放气的形式制作精准压力。为此 Meta 称还在构建一个高速微流体处置器。原本大家还在欣喜“all in”元宇宙的扎克伯格，终于拿出来点儿货色时，另外一家触感手套开发商 HaptX 说，“Meta 是抄咱们的！”
Meta 研发了七年，HaptX 研发了十年，谁抄谁咱们不得而知，但肯定的事，VR 相干技术从面世到成熟（最起码价钱上被普通用户承受）需求得多年的积淀。
如何以“极低本钱”完成力反馈让我兴奋。当我翻阅教程之后，发现 LucidVR 用了一种特别“取巧”的形式。假如说 Meta 和 HaptX 是让你的每一个寸手部皮肤都是受力点，那 LucidVR 这正手套只把力反馈给指尖。


将拉绳固定在手指上丨作者供图
简略来讲，立即将捉住物体的一刻，手指要被当即拉扯住，避免进一步蜿蜒。由于蜿蜒幅度不同，象征着手里“握”着的物体大小、外形都不同。管制手指不克不及持续蜿蜒的形式，就是给指尖一个“副作用力”。


指尖受力丨作者供图
所以手套的主体部份就是一个“总闸”，延长出去五根套在指尖的拉绳，随时喊停。


舵机与电位器相连。当轮轴转至（舵机）限位时，舵盘就会挡住轮轴上的螺丝钉，让轮轴无奈持续滚动，拉绳不克不及持续展开。丨作者供图
当我知道力反馈的原理之后，还需求搞分明什么时候，以及如何“关闸”。
“什么时候”很好了解，就是当虚构的手触碰到虚构世界的物体的时辰。因此咱们需求做一个媒介，让生物体的举措信号和计算机的电信号能互相转换，彼此“了解”。这也是我以为这正手套最为奇妙的设计。
旋转式电位器（其原理相似于初中课本上的滑动变阻器）与拉绳衔接使用，当手指蜿蜒时，五条拉绳分别带动五个电位器，拉绳拉出的长度被转化为电位器阻值的变动，传递给虚构世界做解析。


课本上的滑动变阻器丨图片来自网络
在建模“数据手套”上，也有例如基于 IMU（惯性丈量单元）或蜿蜒传感器的其余完成形式。所谓惯性传感器是丈量物体三轴姿势角和减速度的安装，个别包罗三轴陀螺仪、减速度计、磁力计来进行多传感器数据融会，以重建每根手指的三自在度标的目的。蜿蜒传感器更好了解，手指在做蜿蜒举措时，产生物理变形来使传感器阻值产生变动。


比较蜿蜒传感器和电位器的价钱丨图片来自淘宝
这二者传递数据显著更为精准，但为何不必？谜底只要一个：更低廉。


借助 3D 打印的轮轴把电位器和拉绳“连”起来丨作者供图
理解完什么时候“关闸”，还有如何“关闸”。显然，拉绳需求一个安装，在其伸缩过程当中“卡”住它。我随着教程买回了 MG-90S，航模中常见的舵机，也很廉价 10 元一个。


合用畛域极广的 MG-90S 舵机丨图片来自亚马逊
做了一个月，只在游戏里捡起了一支酒瓶子
看完一遍教程，我迅速掌握了原理，对本人说，这“貌似”挺简略的？不就先这样，再这样，最初那样？
我立刻在电商平台下单了一切整机，都是一些糊口中常见的工具。惟独有一部份没法买到的现成品（将各模块拼装起来的骨架），我是按照开源的零部件参数，用家用 3D 打印机解决的。


固然也能够找万能淘宝代打丨作者供图
而后，这一做就是一个月啊……同时我粗浅了解了“取巧”的另外一层含意是“还不完善”。
当我戴上做好的触觉手套，调剂好 Valve Index（VR 头显）的地位，启动游戏《半条命：Alyx》。我身处相熟的“17 号城市”，从背包中取出手枪，瞄准散落在街边的酒瓶，“砰！”在开枪的一瞬间，我脑补应该有一股后坐力传来。实际上，仅是我的食指在扣动扳机的那一刻被拉住了——要说这体验比在公园打气球还“塑料”。
然而我应该是胜利了吧！我换了一个散落在街边的酒瓶子，“拿”在手里，我能大略“摸”出，它是一个圆柱体。


游戏里的使用成果丨作者供图
当我想更灵敏的使用它们时，我发现了问题。
首先是“辨认精确率”问题。咱们需求先明确，定位追踪和局部追踪是两个概念，手套总体的定位追踪能够经过附加 Vive Tracker、Oculus 手柄，这样现成的追踪技术来完成。
手指的局部追踪才是一款力反馈手套要去解决的重点。我在组装时就发现，这正手套设计并不是为每个指关节附有传感器，手指的蜿蜒形态只能经过拉绳转化的电阻信号被大略建模出来（为此 Lucas 可能设计了一套软件），不敷准确到每一个处关节。


手部追踪丨作者供图
其次是“辨认规模”问题。一样是由于手套粗陋的结构，我的手指只能在上下静止时被辨认，摆布展开，旋转等其余自在度是无奈完成的。然而 Lucas 告知我，他曾经在解决这个问题，下一版手套将会减少摆布展开的自在度，完成形式是在第一节指关节处减少一个电位器。
辨认精确与否，会影响力反馈的成果。此外一个要素，就是限位地位的调剂。手指的不同蜿蜒水平，与不同的限位地位一一对应，驱使舵盘转向不同的角度，再作用给正在伸缩中的拉绳。
在我的了解中，能完成这一点，是 LucidVR 零碎预设好了这类“对应瓜葛”。
然而每集体手部情况不尽相反，需求在使用前，对限位做“集体化”的校准。调太紧致使，还没等抓到物体手就被拉住；调太松致使，拿到物体就跟白手握拳同样。
这一点没有简便的办法，只能在戴上头显时，感触松紧，“预算”限位地位。摘下头显之后，拧开舵机螺丝，调剂舵盘，如斯重复，直到在虚构世界中刚巧捉住物体。
不断调试限位地位丨作者供图
除此以外，长期的拉伸，会致使拉绳、手套变形。因为整套安装并不是彻底贴合在手上，而是粘在手套上，手套的轻微移位也会带来力反馈的误差。
优化体验不克不及住手！能够革新，也能够脑补
在手套真正用起来以前，还有一段小插曲。
在我调试得多遍之后，舵机仍然一丝不动。我跑到 Discord 下面求助，网友告知我，并非舵机线跟开发板连错了，而是电流过小了，带不起舵机。我需求独自给舵机衔接一个新的充电宝，而不是跟开发板共用一个充电宝。
LucidVR 的 Discord 探讨组里有 14000 个关注者。有人将这正手套改善，把拉绳换成更为坚韧的塑料片，解决拉绳容易变形的问题。
也有人间接改动结构，做成为了外骨骼外形，留出空间加更多传感器。得多的开源名目，都不会见面俱到，相同他们会留出得多“空白”，让技术喜好者自行探究。


外骨骼版丨作者供图
Lucas 在他的演示中，把戴了手套的 VR 体验描画得使人异样兴奋。在《半条命：Alyx》中，你能够拾起易拉罐，再扔出去，走到车旁，开门上车，乃至遇到风险时，爬墙而逃。不外，这更可能是带入其余感官体验的“脑补”，你至多体验到顶在一面墙上的阻力，不会有战胜重力向上攀登的觉得。
明知道这些，当我第一次戴上这只手套，感触着物体是大是小，是圆是方，即使只是从指尖传来的生硬“触感”，依然让我感觉离奇。在此以前，我乃至无奈想象“空握”一只玻璃瓶。
简直在做手套同时，我自制了 SlimeVR 全身追踪器。与手套“同理”，我做了五个传感器分别绑在脚踝、大腿、腰部（由于 SlimeVR 软件没有对上肢建模），五个传感器先经过 T-pose 重置辨认出绝对地位，再经过“彼此”辨认出相对于地位，将电信号解析成虚构人的举措。配合这正手套（手柄）和头显，就可以让“老二次元”在 VRChat 里高兴斗舞。


SlimeVR 也将代码开源丨图片来自 SlimeVR
几个月以前，我将本人制造的视频发在网上，随机播种了得多关注者。固然这还不是令我最兴奋的。“SlimeVR 全身追踪器”视频收回两个月后，其中最首要的零部件——BNO-080（九轴传感器模块）在淘宝上从 90 块钱涨价到 300 块钱。（在此以前，没有人教学自制 SlimeVR 全身追踪器，权且当做是我激起了老二次元们的酷爱吧。）


传感器模块丨作者供图
固然我收到的不都是“赞扬”。我 3D 打印了一个能正好装下小风扇的模型，接到头显上，解决闷热的问题。


自制 VR 头显风扇丨作者供图
但这一次，由于使用的风扇过于廉价，我的计划被调侃发生乐音过大——“像飞机场”。
作者：露露Mikuru
编纂：沈知涵


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