У человека, как известно, пять чувств: зрение, слух, обоняние, вкус и осязание. (Кто-то, правда, считает, что есть ещё и орган с шестым чувством - где-то пониже крестца.) С синтезом качественной графики человечество успешно справилось. Достаточно взглянуть на современные игры, которым до фотореалистичности картинки, конечно, ещё далековато, но прогресс виден невооружённым глазом. Моделировать звук люди тоже научились. Самыми сложными для синтеза являются вкус и запах - из подручных химикатов вам ни за что не смешать Шанель №5, а заставить человека принять кашу за поджаренный бифштекс может только Матрица. Осталось осязание. Вроде бы не так уж сложно придумать какое-нибудь устройство, которое может передавать тактильные ощущения от прикосновения к некоему виртуальному объекту. Однако на деле всё гораздо хуже. Лучшее, до чего додумались производители - всяческие игровые контроллеры с обратной связью в виде вибрации! Всё это как-то неинтересно. Тем не менее, работы в этой области ведутся достаточно давно.

Два года назад на конференции SIGGRAPH 2007 была представлена система Holovizio, которая позволяла в режиме реального времени отслеживать движения рук и преобразовывать их в движения объекта на голографическом дисплее. Обратная связь с пользователем была, но не было тактильных ощущений! На той же конференции французские разработчики показали похожую систему GrImage, которая за счёт съёмки рук с множества ракурсов создавала их трехмёрные модели, которые помещала в виртуальное пространство рядом с объектом. Это тоже позволяло манипулировать элементами, но, опять-таки, без обратной отдачи. А уж каких вычислительных мощностей это требует - зайдите на сайт проекта и увидите немаленький парк серверов, камер и прочего оборудования!

Максимально близко к идеалу подобралась компания Immersion со своей разработкой CyberTouch. Для обратной связи к подушечкам каждого пальца прикрепляется небольшой виброизлучатель. К сожалению, у данной разработки есть один существенный недостаток - вы всё равно чувствуете накладки на пальцах, даже если ни к чему не прикасаетесь в виртуальном мире. А японцы, как всегда, решили взглянуть на проблему под другим углом и придумали нечто, о чём, собственно говоря, и пойдёт рассказ.

Быть может, не самая очевидная, но достаточно простая идея - использовать для создания тактильных ощущений струи воздуха! Проблема, которая присуща CyberTouch, отпадает, но сразу же возникает ряд других. Во-первых, тонкие струи воздуха имеют нехорошее свойство быстро рассеиваться на небольшом отдалении от форсунки, т.е. теряется точность. Во-вторых, по той же самой причине невозможно создать поток большой силы на большом же расстоянии. В-третьих, могут возникнуть ситуации, когда одна слабенькая струя будет окружена роем сильных - вы просто не заметите её! (Например, вы приложили руку к некой виртуальной поверхности с небольшим углублением посередине.) Что же делать? Исследователи из университета Токио решили эту проблему - они задействовали такое явление, как акустическое давление ультразвуковых волн! До этого проводились эксперименты в водной среде.

Наконец, на SIGGRAPH 2009 исследователи представили свою работу Non-contact Method for Producing Tactile Sensation Using Airborne Ultrasound (Бесконтактный метод создания тактильных ощущений за счёт ультразвука в воздушном потоке) в рамках проекта Touchable Holography (Осязаемая голография). Звучит страшновато, но ничего сложного на самом деле нет.

Для вывода голограммы используется специальный дисплей Provision Holo и вогнутое зеркало, которые вместе формируют изображение в 30 см от поверхности дисплея. Для отслеживания перемещения рук применяются два контроллера Wiimote, а на средний палец надевается отражающая метка. Уже можно перемещать виртуальные предметы. Для создания тактильных ощущений разработчики создали специальное устройство в форме шестиугольника, на котором располагается 324 ультразвуковых излучателя, у каждого из которых можно свободно изменять фазовую задержку и амплитуду. Регулируя эти параметры можно сфокусировать звуковое давление в любой точке пространства над излучателями. Если в точке фокусировки будет находиться, например, рука, то человек как бы почувствует прикосновение. Диаметр точки фокуса составляет примерно 20 мм, а сила, с которой давит ультразвук равна где-то 1,6 гс. Не так много, но почувствовать можно. Немалую роль в этом процессе играет разница в акустическом сопротивлении кожи и воздуха.

Сочетание вышеназванных элементов даёт уникальные возможности: мы можем не только видеть несуществующие объекты, управлять ими и чувствовать их! Причём безо всяких перчаток, наклеек-меток на каждом пальце, каких-нибудь механических штучек или чего-либо ещё в этом роде. Примечательно и то, что для работы не нужны большие вычислительные мощности - создатели вообще использовали ноутбук. Эту технологию можно применять в играх, 3D-моделировании, медицине, обучении и много где ещё. Конечно, пока есть только один действующий прототип с кучей ограничений, но если разработкой заинтересуется какая-нибудь крупная корпорация, то через пару-тройку лет может получиться что-нибудь действительно интересное (но доступное ли?). Тем, кто хочет поглубже вникнуть в суть технологии, надо зайти на сайт проекта. Ну и напоследок настоятельно рекомендую посмотреть видеоролик с демонстрацией работы.