创造全感官体验：AR/VR/MR/XR技术的未来

人类通过五种感官来体验世界，包括视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉。通常，视觉会优先于所有其他感官，是我们获取周边环境信息的首要和最重要的来源。虽然世界各地可能会存在一些文化差异，但平均而言，80%的人类感官印象是通过我们的眼睛收集到的。¹ 虚拟现实（VR）被称为一种“沉浸式”技术，因为VR设备的显示屏会覆盖用户的整个视野，从而使他们沉浸在完整的视觉体验中。

其他感官输入也可能是人类体验的一个强有力组成部分，举例来说，刚刚割过的草坪的气味可能会唤起童年回忆；婴儿的哭声会引起焦虑。现在，大多数VR设备都通过增添音效来增强视觉体验，它们使用内置扬声器提供听觉信息，比如背景音乐、与视觉效果相匹配的音效暗示等。

有些增强现实（AR）、虚拟现实（VR）和混合现实（MR）设备制造商还利用内置的手套、套装或其他触摸设备为用户体验增添触觉元素，以使用户在与虚拟物体交互时能够“感受”阻力和振动。据行业专家们预测，在未来十年内的某一时刻，味觉也将成为AR/VR/MR体验中不可或缺的一个组成部分。

现在，设计师们正在研究新的感官创新：嗅觉。扩展现实 (XR)这一术语现在被用来描述交互式、多感官虚拟体验的未来（“XR”通常也用于从总体上指代所有类型的AR /VR/MR技术）。在这篇博客文章中，我们将探讨专注于提升嗅觉体验的AR/VR/MR（或XR）技术新浪潮。

感官虚拟现实的历史

向用户（或观众）的体验中增添多种感官输入并不是一个新概念。早在1955年，电影制作人Morton Heilig就描述了他对于多感官影院体验的愿景。“如果我们要穿过窗户进入另一个世界，”他说道，“为什么不走完全程呢？”他制作了一个原型，并于1962年推出了Sensorama。这是一种机械设备，可以在广角视野中显示立体3D图像，并融入了身体倾斜、立体声、风声、香味等元素。Heilig（有时被称为“虚拟现实技术之父”）为该设备制作了一些短片来进行展示，包括骑自行车穿越美国纽约布鲁克林区。

 

1962年推出的Sensorama虚拟现实设备的示意图（左）和市场推广图片（右）。

发明家们尝试了一些其他方法来使味觉体验在电影行业流行起来。1959年，当《万里长城的兴衰》（Behind the Great Wall）在一家影院上映时，AromaRama技术公司使气味通过该影院的空调系统散发出来。同年，Smell-o-Vision技术公司进行了一次著名（但并不成功）的尝试，将气味从影院座位下方的通风孔向观众散发出来。此方法被用于一部电影的播放，而且仅用于一部电影，即《神秘的气味》（Scent of Mystery）。

 

“结束所有进程的过程”

几十年后，在1984年，位于巴尔的摩的Six Flags Power Plan游乐园带来了号称首部“4D”电影的体验。该游乐园的Sensorium影院配置隆隆作响的座位，并且散发气味。五年后，该影院与游乐园设施一同关闭。号称拥有类似4D体验（或4DX）的小型影院在主题公园或博物馆展览中仍然随处可见。（美国各地仍有一些Regal 4DX 影院，这些影院是否能够挺过本次新冠肺炎疫情尚有待观察。）

扩展现实与嗅觉工程学

嗅觉工程学使嗅觉体验成为了可能。在分子层面上分析特定的气味，将其分解成化学成分和比例，然后复制人类对各种分子组合的反应，这是一件非常复杂的事情2。数十年来，科学家们一直在努力了解如何设计气味和气味传递系统，以便切实增强用户的虚拟体验。气味传递系统发出的每种气味的数量和浓度、时机和刷新速率等细节都会影响用户的感知和体验。³

在过去的几年中，随着XR技术的发展，设计工程师们持续探索将气味融入用户体验的思路。最近的创新成果包括各种新型气味装置，包含口罩、护身符、卡座等：

• OVR Technology 公司已开发出一种设备，旨在利用光学工程算法再现现实世界的气味体验。迄今为止，该设备可散发出250种不同的气味，可通过USB进行连接，用户可将其佩戴在头戴式VR设备下方的面部上。该设备散发出0.1毫秒的阵阵气味，并可在20毫秒内切换气味，从而为佩戴者营造出一种即时感。OVR公司的这款设备称为ION，最初是专为训练应用（例如：在军事行业中）而设计的，未来可能用于游戏和零售应用领域。⁴ 

 

  
OVR Technology公司的ION感官体验设备（左），其与HTC Vive头戴式设备搭配使用（右）。 （图片© OVR Technology）

• 日本Vaqso公司采取了一种更简单的方法，他们推出了一种味觉体验设备。该公司表示，该设备可以利用Velcro捆绑带和USB连接与任何头戴式设备（HMD）搭配，其配备五个预混合气味盒，其中包括一种成为Zombie的气味。

 

 
Vaqso味觉体验设备连接至头戴式VR设备，提供五个气味盒，用于配合游戏体验。（图片© Vaqso）

• 位于美国纽约布鲁克林区的Feelreal 初创公司开发了一种面罩设备，可使用夹子将该设备夹到头戴VR设备上，为游戏和电影提供整体感官体验，或者作为芳香疗法和药物治疗工具。该面罩不仅散发气味（通过可更换的气味盒），还能够制造振动、热量、风（阵阵空气）和薄雾效果，以增强用户的体验。每个气味盒可容纳9个来自Feelreal的不同气味胶囊，共包含255种气味。

然而，尽管Feelreal仅使用食品级的气味成分，以确保用户安全，但Feelreal仍然遇到了产品发布延迟的问题，原因在于该公司基于蒸气的胶囊系统以及基于蒸气的香味电子烟和“雾化”装置最近正在接受美国食品药品监督管理局的审查。⁵

 

Feelreal 的面罩装置，其与四种不同的VR设备搭配使用；使用夹子将其夹到头戴式设备上，并通过蓝牙进行连接。（图片 © Feelreal, Source）

• 不同于上述基于液体气味的产品，Aromajoin 初创公司使用固态气味盒，并将其封装在网球大小的设备（Aroma Shooter）中，该设备可以系到头戴式VR设备上，甚至可以像项链一样佩戴在脖子上（“迷你香气发射器”，计划于2021年发布），这使您可以随身携带数字气味设备。

 

 
气味发射器（Aroma Shooter）是一种自立式六边形气味传递装置。（图片 © Aromajoin）

• 位于荷兰的 SENSIK 公司完全避开了面罩和设备设计（除了标准头戴式VR设备外），开发出了一款感官体验舱。这是一种封闭式卡位，可以将用户包围在各种温度、空气、声音、气味和视觉刺激环境中，从而营造出完全沉浸式的虚拟体验，仿佛置身于VR隔离箱中。

SENSIK 感官体验舱。

XR设备的未来质量和体验

行业预言家们认为，在接下来的十年中，制造商们会开始将感官体验融入到XR及其他数字平台中。到2030年，我们可能会经常在观看电影的过程中体验到气味，感觉到虚拟物体的重量和运动，并佩戴上可以实时翻译语言的耳机。AR设备甚至可以与人的思想联系起来。⁶

然而，无论XR设备制造商们可以在设备中添加何种感官体验技术，对于他们而言，首要任务仍然是用户体验的视觉方面。 由于设计师和制造商们不断进行大量的硬件和软件开发，头戴式XR设备可以提供完全沉浸式的体验。在研发实验室和生产过程中，这些设备需要进行严格的测试和质量保证，才能实现预期的用户体验。

如果图像对位、清晰度和响应性没有完全协调，设计不佳的头戴式设备可能会产生质量很差的图像，甚至会导致晕动症等问题。显示器图像还必须确保在高分辨率下无缺陷。由于用户在距离眼睛很近的位置观看XR显示器，因此XR显示器中最微小的瑕疵或异常也会变得异常明显，这将大大损害用户体验。

XR 显示器测量解决方案

瑞淀光学系统的AR/VR 镜头 系统可以适应XR设备的不同观看几何结构，光圈置于镜头前面，可将成像系统的入射光瞳置于头戴式设备内部与人眼相同的位置。该系统采用宽视场（FOV）光学元件，能够通过单次测量采集水平方向120°和垂直方向80°范围内的整个显示器视场。

AR/VR镜头可与瑞淀的 TT-ARVR™ 软件 and a ProMetric® 成像亮度计或色度计搭配使用，使设备开发商和制造商能够评估关键视觉性能质量，包括投影图像的亮度、色度、对比度、均匀性和清晰度。

 

AR/VR镜头可复制近眼显示设备内人眼瞳孔的位置和大小（左），以采集用户的完整视场。TT-ARVR软件能够对显示器性能进行精确分析，比如这里显示的MTF测量（右）。

 

引用文献

1. “Why Good Vision is So Important”, Zeiss. (Retrieved July 23, 2020)
2. Keller, A., et al., “Reverse-engineering human olfactory perception from chemical features of odor molecules”, Science, February 24, 2017. DOI: 10.1126/science.aal2014
3. Zybura, M. and Eskeland, G., “Olfaction for Virtual Reality”, University of Washington Industrial Engineering, Winter 1999
4. McKinnon, A., “Olfactory Engineering: the Future of Multisensory VR Could Be Scent-Based”, VR Scout, June 15, 2020
5. Hayden, S., “Feelreal VR Scent Mask Hits Roadblock Amidst Crackdown on Flavored Vaping Products”, Road to VR, Jan 2, 2020.
6. Bayern, M., “Internet of Senses is on the horizon, thanks to AR and VR”, TechRepublic, December 10, 2019