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模擬翅膀

（中國AI網 2025年10月21日）在虛擬現實中，我們的虛擬身體可以具有與真實身體不同的特征，例如外觀，大小，甚至是額外的身體部位。先前的研究表明，觸覺反饋增強了用戶對不同化身的感知。特別是，重量轉移裝置顯示出增強手臂變形的潛力。然而，業界尚沒有太多地探索使用這種技術來增強身體額外部位的化身，比如翅膀。

在一項研究中，南方科技大學團隊介紹推出了HapticWings。這是一款背部可穿戴的2D重量轉移裝置，可以為翅膀運動提供觸覺反饋，增強用戶對額外翅膀化身的體現。在三個用戶研究中，研究人員探索了用戶對HapticWings提供的不同重量轉移運動的識別能力；用戶在對翅膀運動提供觸覺反饋時感知到的帶額外翅膀化身；以及四種可能的應用，并使用其中兩種來評估用戶在VR中的真實感和享受感。

自古以來，人類就渴望改變和擴展自己的身體，在許多文化和現代作品中都可以找到相關的概念，例如擁有獸人的外表（如歐洲民間傳說中普遍存在的狼人概念），改變身體大?。ㄈ鐞蹱柼m神話中的小妖精），伸展手臂變形（如日本漫畫中的海賊王），擁有翅膀（如希臘神話中的伊卡洛斯）等。

隨著虛擬現實技術的發展，我們可以將真實的身體轉化為虛擬化身，在VR中可以呈現不同的身體，從而克服我們人類的局限性。真實和虛擬之間的不匹配影響了化身的用戶體驗。為了克服這一挑戰，以往的研究主要采用了兩個關鍵策略。第一種方法結合視覺和控制感官信息來操縱虛擬現實中的化身。第二種策略使用觸覺反饋，如振動、皮膚拉伸、重量轉移等。

他們的研究表明，在虛擬現實中，使用觸覺反饋來增強用戶對不同化身的具身感是有潛力的。特別是，先前的研究使用帶有重量轉移的觸覺反饋來增強手臂變形的代入感。然而，使用這種技術為額外的身體部位運動提供觸覺反饋尚未得到充分探索，如翅膀。

所以在研究中，南方科技大學團隊介紹了HapticWings。這是一種背部可穿戴的觸覺設備，并使用動態的2D重量轉移來增強用戶額外翅膀的化身感。HapticWings使用兩個伺服電機旋轉重量移動臂和兩個步進電機驅動臂上的可移動重量來產生2D重量轉移。通過動態改變可移動重量的位置，HapticWings可以為額外的機翼運動提供觸覺反饋，增強翅膀運動的用戶體驗。

圖2說明了它的設計。HapticWings擁有兩個獨立的重量轉移臂，這與翅膀不對稱運動的可能性相匹配。HapticWings的中心是一個3D打印的矩形塊（200????× 190????）。這個塊集成了一個改進的背包系統，肩帶和兩條腰帶，以適應用戶的身體。設備底部附有一個棉袋，以舒適地配合用戶的背部。HapticWings系統由角度機制，重量轉移機制和電子和通信組成。

角度機制采用聚乳酸（PLA-CF）材料制成的兩個獨立可旋轉的臂，強度高，減少了重量轉移過程中可能出現的懸臂效應。每各臂用螺絲固定在舵板，并連接伺服電機（LD-150MG, 12V, 158g）。伺服電機可以提供14.71的轉矩，確保臂在旋轉的任何時候都保持角度位置。

HapticWings的每只旋轉臂都有一個可移動的模塊，稱為重量模塊。這個重量模塊包含一個步進電機（HANPOSE 17HS6001S, 24V, 450g），一個PLA外殼（85????×46????×45????），一個滑塊（47.1????× 32????× 12????），和一個正齒輪（齒輪14，模塊1.5）。步進電機放置在PLA外殼中，與滑塊相連。滑塊安裝在與臂相連的導軌上，齒輪固定在軸上，與臂相連的齒條嚙合。

PLA外殼為添加金屬鎢提供了空間，以調節模塊的總重量。通過驅動步進電機，重量模塊沿著旋轉臂移動。另外，不可移動物體的重量約為278克?？梢苿幽K的總重量為656g，包括電機、滑塊、金屬齒輪和其他（如3D打印和螺釘）。因此，活動重量約占每只旋轉臂總重量的70.2%。

HapticWings通過微控制器（Arduino Mega 2560）進行操作。微控制器使用PWM驅動角機制中的伺服電機，并由12V直流電源（SP 3010）供電。微控制器還通過步進驅動器（HPD 322）控制步進電機，由24V直流電源（SP 3010）供電。微控制器和PC機之間的通信是通過9600波特率的串行集建立。重量模塊的最大速度受整個重量本身的影響，特別是在垂直方向。

團隊測量了步進電機在不同添加重量下沒有步損的最大垂直速度。添加重量為0 g、100 g、200 g、300 g、400 g和500 g時，相應的最大速度分別為39.6、36.3、33.0、29.7、29.7和26.4 cm/s。總的來說，兩臂旋轉覆蓋了兩個四分之一的圓（半徑430毫米），間隔108毫米，總面積為2904平方厘米。重量模塊可以放置在58.9%的區域內（1710 cm2）。HapticWings的總重量為3230克，沒有任何額外的重量。

圖10顯示了7分李克特量表對真實感和享受感的主觀評價。實驗統計結果表明，HapticWings顯著增強了用戶在VR體驗中的真實感和享受感。

相關論文：HapticWings: Enhancing the Experience of Extra Wing Motions in Virtual Reality through Dynamic 2D Weight Shifting

https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3715336.3735755

總的來說，HapticWings是一種背部可穿戴的觸覺設備，通過動態2D重量轉移來增強帶有額外翅膀的化身。為了探索HapticWings的使用，團隊進行了三項用戶研究，并用戶可以識別9種不同的重量轉移動作，平均準確率為78.4%；用戶在提供翅膀動作的觸覺反饋時，對額外翅膀的化身評分更高（??< 0.001）。研究人員同時，提出了四種可能的應用，并展示了設計師如何利用HapticWings提供的觸覺反饋來增強用戶在VR中的真實感和享受感。最后，實驗證實了HapticWings可以增強額外翅膀運動的用戶體驗。