技术使我们能够在舒适的家中沉浸在一个充满视觉和听觉的世界中，但缺少了一些东西：触摸。触觉是人类感知现实的一个非常重要的部分。可以产生可以模仿触觉的极其特殊的振动的触觉或设备是使第三种感觉栩栩如生的一种方式。然而，就触觉技术而言，人类对于感觉是否正确非常挑剔，而且虚拟纹理并不总是能达到目标。

现在，南加州大学维特比工程学院的研究人员开发了一种新方法，让计算机在人类的帮助下实现真正的纹理。

该框架称为偏好驱动模型，它使用我们区分某些纹理细节的能力作为工具，以便对这些虚拟对应物进行调整。

该研究由三位南加州大学维特比博士在IEEE Transactions on Haptics 上发表。计算机科学专业的学生，​​Shihan Lu、Mianlun Zheng 和 Matthew Fontaine，以及 USC Viterbi 计算机科学助理教授 Stefanos Nikolaidis 和 USC Viterbi WiSE Gabilan 计算机科学助理教授 Heather Culbertson。

“我们要求用户比较真实纹理和虚拟纹理之间的感觉，”第一作者卢解释说。“然后模型迭代地更新虚拟纹理，以便虚拟纹理最终可以匹配真实纹理。”

根据 Fontaine 的说法，当他们在 2019 年秋季分享由 Culbertson 教授的触觉界面和虚拟环境课程时，这个想法首次出现。他们从艺术应用程序 Picbreeder 中汲取灵感，该应用程序可以根据用户的偏好反复生成图像，直到达到所需的结果。

计算机科学家创建了一种用户驱动的触觉搜索，可以为真实世界的纹理生成死铃声。学分：路诗涵

“我们想，如果我们可以为纹理做到这一点呢?” 方丹回忆道。

使用这种偏好驱动的模型，首先给用户一个真实的纹理，该模型使用几十个变量随机生成三个虚拟纹理，然后用户可以从中选择感觉与真实物体最相似的纹理。随着时间的推移，搜索会调整这些变量的分布，因为它越来越接近用户的喜好。根据 Fontaine 的说法，这种方法比直接记录和“回放”纹理具有优势，因为计算机读取的内容与我们的感受之间总是存在差距。

“你正在测量他们感觉如何的参数，而不是仅仅模仿我们可以记录的内容，”方丹说。你如何记录纹理，如何回放它，都会有一些错误。”

用户唯一需要做的就是选择最匹配的纹理并使用简单的滑块调整摩擦量。摩擦对于我们如何感知纹理至关重要，并且它可能因人而异。卢说，这“很容易”。

他们的工作正好赶上特定、准确虚拟纹理的新兴市场。从电子游戏到时装设计，一切都在集成触觉技术，而现有的虚拟纹理数据库可以通过这种用户偏好方法得到改进。

“触觉设备在视频游戏、时装设计和手术模拟中越来越受欢迎，”卢说。“即使在家里，我们也开始看到用户使用与笔记本电脑一样流行的那些(触觉)设备。例如，第一人称视频游戏会让他们觉得他们真的在与他们的环境。”

Lu 之前在沉浸式技术方面做过其他工作，但在声音方面——具体来说，通过在工具与其交互时引入匹配的声音，使虚拟纹理更加身临其境。

“当我们通过工具与环境交互时，触觉反馈只是一种形式，一种感官反馈，”卢说。“音频是另一种感官反馈，两者都非常重要。”

纹理搜索模型还允许某人从数据库中提取虚拟纹理，例如宾夕法尼亚大学的触觉纹理工具包，并对其进行改进，直到获得他们想要的结果。

“你可以使用之前别人搜索到的虚拟纹理，然后根据这些，你可以继续调整它，”卢说。“你不必每次都从头开始搜索。”

Lu 表示，这对于用于牙科或手术培训的虚拟纹理尤其有用，这些虚拟纹理需要非常准确。

“外科训练绝对是一个巨大的领域，需要非常逼真的纹理和触觉反馈，”卢说。“时装设计还需要在开发过程中对质地进行高度精确，然后再进行制造。”

未来，模型甚至可能不需要真实的纹理，Lu 解释说。我们生活中某些事物的感觉是如此直观，以至于微调纹理以匹配记忆是我们天生就可以通过查看照片来完成的事情，而无需在我们面前参考真实的纹理。

“当我们看到一张桌子时，我们可以想象一旦触摸到这张桌子会有什么感觉，”卢说。“利用我们对表面的这种先验知识，您可以向用户提供视觉反馈，并允许他们选择匹配的内容。”