此前，青亭網曾報道過微軟一項名為Torc的VR力反饋模塊研究技術，它的特點是可以利用硬實的表面來提供豐富的體感反饋，當用戶用兩根手指在力反饋表面上移動的時候，能夠感受到虛拟物體的紋理和彈性，它甚至能模拟解壓球的彈性觸感。

而在近期微軟公開的三篇VR相關論文中，也曾有一篇提到了另一種可以模拟球體等虛拟物品的力反饋技術：CapstanCrunch（前兩篇參考：《不用透視功能，戴VR頭顯上街是什麼感受》和《除了注視點渲染，眼球追蹤還能做什麼》）。

據悉，CapstanCrunch是微軟在VR力反饋領域的另一種探索，與Torc的最大不同之處在于，它不是通過堅硬的表面來提供阻力，而是利用絞盤式定向制動系統限制手指活動的原理來模拟力反饋，這樣做的好處是可将輸入力量提高40倍，并且隻需要搭配低成本、低功耗的小型馬達，馬達并不會直接接觸到外部壓力。

（絞盤原本是船員用于控制繩子的一項工具，用在體感反饋裝置中可模拟小型内部馬達數倍的力量）

CapstanCrucnh乍一看有點類似于微軟此前研發的另一種體感反饋原型：CLAW，不過前者更加輕巧且低功耗，能夠模拟20牛頓的力反饋，除了制動系統外，還結合了離合線彈簧來提供主動的阻力反饋。

左：CLAW，右：CapstanCrunch

關于原理

微軟指出，CapstanCrunch提供力反饋的原理類似于柔道運動的理念，即：利用用戶主動施加的力量産生的反作用力，來将馬達的效率最大化。除了低功耗外，CapstanCrunch與前代技術相比，還具有低成本、穩定、安全、安靜、快速等優勢。

它基于獨特的可線性調節的摩擦式絞盤制動系統，優勢在于不需要使用大型高功率電力消耗且昂貴的緻動器。

在CapstanCrunch中，力反饋是通過絞盤卷筒與繩子之間的阻力來實現的。二者之間的阻力關系可以是靜止的（靜止狀态的絞盤），也可以是動态的（絞盤旋轉），經過測試，微軟科研人員找到了一種靜态與動态阻力的差距和滞後最小的搭配方案（黏着-滑動細數小），這樣就可以讓絞盤的制動系統以線性的方式運轉。

完成版CapstanCrunch原型系統采用兩個串聯的絞盤和Vectran線繩，與此同時還用了旋轉的彈簧與兩個絞盤相接，以此來生成程序可控、可塑的體感。

在CapstanCrunch力反饋系統上，還搭載了6DoF Vive追蹤器，用于追蹤用戶手部在VR場景中的位置，并通過逆向運動學在VR中模拟人手。

前面曾提到，CapstanCrunch采用了線性制動系統，與大多數絞盤系統不同，它的線繩并不是根據卷筒來移動的，而是由人手來旋轉卷筒，而線繩是固定的。同時，還有一個小型的内部緻動馬達會對線繩施加較小的拉力，而線繩上拉力較大的一面則固定在手柄上。

當用戶想要以逆時針方向旋轉絞盤時（手指靠近），緻動器幾乎不施加拉力，而絞盤卷筒也移動更自由，沒有阻力。當緻動器拉力增加的時候，卷筒會更向逆時針方向旋轉。

為了增加力反饋的可塑性，科研人員将CapstanCrunch在制動絞盤上通過旋轉或扭力彈簧連接了另一個絞盤，第二個絞盤的作用類似于離合器，會在合适的時間啟動彈簧。

可模拟的情境

為了驗證CapstanCrunch的效果，微軟科研人員将它用于模仿4種不同的力反饋場景。除了模拟彈力球外，還可以用來模拟更複雜的按鈕、積木、剪子等交互。

在模拟按鍵的時候，首先用戶手指會觸摸到制動系統的表面，然後頂着彈簧的阻力繼續按壓，接着制動系統松開，用戶就會感覺到按按鈕的體感，再然後按鈕達到完全制動。與傳統基于彈簧的力反饋系統不同，CapstanCrunch利用彈簧與制動系統結合的方式來模拟按按鈕的動作。

在另一個例子中，CapstanCrunch可用于模拟拼接積木的動作，這個場景分為三個步驟實現：首先，你可以通過讓兩根手指靠近來将兩塊積木拼在一起，接着，施加壓力将兩塊積木固定在一起，最後制動系統完全停止，意味着積木拼在一起了。

此外，CapstanCrunch也可以用于模拟用剪子剪東西的動作，通過一套離散的步驟來預估逐漸增加的力度，以此來模拟不斷增加的材質杠杆長度（也就是剪東西的效果）。

總結

通過實驗與調查，科研人員發現CapstanCrunch在模拟半空抓取動作的時候，比此前的CLAW方案效果好得多。二者不同的是，CLAW提供的力反饋更小，不過CapstanCrunch在制動系統沒啟動的時候并沒有力反饋，而且可以适配較低端的緻動器。

未來，科研人員将進一步降低CapstanCrunch元件的大小，并将絞盤和緻動器的體積縮小到能夠放入手掌大小的手柄中。甚至，還有望将力反饋的範圍擴大到更多手指。此外，為了優化CapstanCrunch的觸覺反饋，預計在其中安裝一個接觸指尖的音圈緻動器，并且還會在拇指的位置加入一個觸控闆，用于優化手指與虛拟物體的交互。

其實，盡管CapstanCrunch采用的絞盤式力反饋方案比較少見，但是通過限制手指活動來模拟力量的方式并不是新的概念。比如，岱仕科技旗下的Dexmo手部外骨骼式力反饋手套也是通過向手指提供反作用力，來模拟真實物體的握感。

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