使用声阱的视觉、触觉和音频呈现的体积显示

正文

使用声阱的视觉、触觉和音频呈现的体积显示

技术背景：

全息和小透镜显示(光场显示)依赖于二维显示调制器，将三维内容的可见性限制在观察者眼睛和显示表面之间的体积(即直接视线)。体积方法基于光散射、发射或吸收表面。它们在显示器周围的任何地方提供不受限制的可见性，并且可以使用旋转表面(主动或被动)、等离子体、空气显示器和光泳阱来创建。然而，这些方法不能重建声音和触觉。迄今为止报道的声学悬浮显示器仅展示了以降低的速度控制减少的点数，并且不涉及触感或可听见的声音。

技术要点：

基于此，英国萨塞克斯大学的Ryuji Hirayama等人提出了一种多模声阱显示(multimodal acoustic trap dISPlay, MATD)，观察人员可以同时从显示体积周围的任何点看到半空中的视觉内容，并从该体积接收听觉和触觉反馈。

(1) 基于声镊技术，使用超声波辐射力捕获粒子(声镊可以在空气和水等介质中捕获粒子，颗粒尺寸从微米到厘米不等)；

(2) 使用FPGA在硬件层解析计算双阱(twin traps)或聚焦点，从而可以在10x10x10立方厘米体积内以仅受换能器频率限制的速率更新陷阱的位置和幅度；

(3) 用红、绿、蓝三色光照射被捕获的粒子，显示出彩色视觉效果；

(4) 使用次级聚焦陷阱和自定义的多路复用策略在受控的空中位置产生触觉反馈；

(5) 通过使用阱(trap)的上边带(upper-sideband)幅度调制的超声解调产生听觉效果。

实验结果：

在正常室内光照下显示的物体也是可见的

附录：

实验装置，上下分别为16x16的换能器阵列，照明使用LED照明

参考文献：Hirayama, R., Martinez Plasencia, D., Masuda, N. et al. A volumetric display for visual, tactile and audio presentation using acoustic trapping. Nature 575, 320–323 (2019).

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-019-1739-5

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