一提到Valve Index，人們很快聯(lián)想到它的五指追蹤VR手柄，這款支持手勢追蹤和體感反饋的高端VR手柄，是市面上最強大的C端VR手柄之一。盡管如此，它依然存在許多缺陷，比如配備的小型搖桿質量不佳、集成式設計不利于維修、人體工學不夠理想等等。

為了改善Index手柄，VR愛好者Rob Cole決心改進VR手柄交互，于是開發(fā)了一款參考Valve Index VR的VR手柄：Project Caliper，旨在提升VR手柄的人體工學和模塊化設計。據(jù)悉，這是一款基于Tundra HDK定位技術的SteamVR手柄，它的重點在于人體工學和模塊化設計，優(yōu)化維修方式和耐用性。

Cole公布了Caliper從零開始的詳細設計，他表示：原本的計劃是開發(fā)一個可運行的手柄原型，然后通過眾籌等方式量產(chǎn)發(fā)售，不過由于疫情對于供應鏈和制造時長的影響，量產(chǎn)并不實際。而且批量購買LG電視遙控器的成本就達到60英鎊/單元，經(jīng)過成本預算后，發(fā)現(xiàn)成立公司賣Caliper手柄并不賺錢，于是決定將手柄的設計公開。

他還表示：開發(fā)硬件會消耗大量成本，也許在賺到一百萬美元之前，先準備好兩百萬美元來開發(fā)硬件。尤其是VR手柄，像Index這樣配備復雜傳感器的設計，每對售價259英鎊似乎利潤并不多。

關于XRCaliper

據(jù)了解，Cole在業(yè)余時間，針對VR手柄的追蹤、人體工學、體感、機械、軟件等方面，開發(fā)了多款原型設計。此外，還通過Steamworks項目簽約為SteamVR開發(fā)者，基于SteamVR定位方案開發(fā)SteamVR游戲或VR手柄。

為了測試SteamVR手柄定位，Cole采用了Tundra硬件開發(fā)套件（HDK），并用有線連接的方式測試單個基站定位目標的效果，或用無線連接的方式來測試兩個基站定位手柄。

接下來，Cole從頭開始設計VR手柄的外觀，他想要嘗試一些與現(xiàn)有產(chǎn)品不同的設計，比如采用槍柄外形的手柄。而VR手柄上的按鈕、扳機、觸控板、搖桿等輸入元件，以及微型控制器，則來自于已量產(chǎn)的游戲手柄，比如Thrustmaster X Pro E-Swap等等。Caliper的設計中還包括體感馬達、發(fā)光二極管等元件。

其中，Thrustmaster X Pro E-Swap是PlayStation的第三方游戲手柄，其特點是采用模塊化設計，為用戶提供低成本的自定義升級套件（方向鍵、側把手、搖桿、觸控板等等），以及不同色彩、紋理和樣式的配件。同時Thrustmaster還提供軟件，支持按鈕映射、E-Swap輸入設置、搖桿完全調整等功能。如果未來商用的VR手柄也能支持這種模塊化設計，可能會帶來各種有趣的用法。

為了調試HDK在手柄上的效果，Cole首先在槍柄上固定了一個T型定位傳感器，來代替具體的手柄面板。

Caliper原型還配備了一大塊可充電鋰電池，電池的重量平衡了手柄T型定位桿的重量，同時模擬了手槍的重量感。Cole認為，這種酷似手槍的VR手柄將很適合《Pistol Whip》等VR射擊游戲。

在Caliper握柄內(nèi)部，配備了一大塊體感馬達，連接鋰電池后，可實現(xiàn)足夠長的續(xù)航。在測試傳感器定位和3D VR同步階段，Caliper手柄僅配備一個扳機，采用簡單的輸入方式。

立方體VR“槍手柄”

除了T字手柄原型外，Cole還設計了一部分為立方體的手柄原型Guncube，用來追蹤立方體對象。盡管如此，Cole意識到還需要加入更多傳感器，以覆蓋更多追蹤角度，提升6DoF定位的準確性。SteamVR提供的課程中也推薦了VR手柄傳感器的一些布局，比如用不同角度的小平面來分解同一個平面，同一個平面上的傳感器間距盡量分開，好從多個角度捕捉目標，覆蓋更多追蹤范圍。

左邊為Tundra HDK中的Triad TS4112光學傳感器，其中反光的黑色區(qū)域為“傳感器窗口”，負責接收SteamVR基站發(fā)射的激光定位信號。

Cole表示：在測試定位追蹤時，傳感器位于VR手柄的外部，而在量產(chǎn)版本中，傳感器的光學窗口采用特殊的塑料濾片，特點是允許激光通過，同時盡可能減少可見光和反射光的影響。

除了物理手柄原型外，Cole還利用免費開源工具OpenSCAD為Guncube設計了3D模型，其中包括立方體定位模塊，以及傳感器布局，而握柄部位則采用掩膜將其與傳感器分開。接著，使用SteamVR模擬工具，來分析最佳的傳感器布局設計。

據(jù)了解，通常Tundra HDK配備25個傳感器通道，Cole使用的HDK缺少一個傳感器，因此只有24個。而在Guncube原型中，Cole只使用了其中8個傳感器，以簡化測試流程。

在模擬軟件工具中，你可以查看傳感器捕捉到的動態(tài)距離數(shù)據(jù)，VR手柄模型，活躍的傳感器數(shù)量，初始姿態(tài)，旋轉和平移等信息，如果大多數(shù)傳感器被遮擋，VR定位模擬會回退到基于IMU的3DoF模式。

然后，Cole在OpenSCAD中，將模擬手柄上的傳感器與實際手柄原型上的傳感器進行匹配和對齊，并使用HTC Vive手柄的3D模型來校正Guncube模型的方向。

手柄模型設計

除了Guncube外，還開發(fā)了各種不同類型的手柄模型，這些手柄的材質采用木頭、熱成型塑料，或是將二者結合。此外，還探索了各種不同形狀、體積，比如直握柄、左右手不同的握柄、彎曲握柄、模塊化握柄，還參考了Index手柄和Vive手柄的握柄設計。

接著，Cole在這些VR手柄原型中加入Thrustmaster手柄上拆下的控制模塊，比如A/B按鈕、開關按鈕、扳機。有趣的是，VR手柄的控制模塊和搖桿面板上配備了可調節(jié)滑塊，允許用戶獨立調整每個控制元件的相對距離。也就是說，在VR手柄上借鑒Thrustmaster靈活的模塊化設計。

不過，考慮到每個人手的大小不同，開發(fā)者可以通過軟件來調整VR手柄的渲染模型，將VR中虛擬手和手柄按鈕交互的動作與實際對齊。

嘗試Valve Index手柄設計

與大多數(shù)VR手柄相比，Valve Index手柄的特點是支持五指追蹤，用戶即使不用手指握住手柄也能實現(xiàn)VR交互，而手柄則通過綁帶固定在手掌/手背上。

Caliper手柄的握柄部位嘗試了多種設計，包括貼合特定手型的異形、偏離中心的橢圓形，其中橢圓形的握柄可以通過上下顛倒來適應不同的手型。而且，還嘗試了不同的綁帶、固定板、握柄、輸入元件，還設計了垂直使用的握柄，以及傾斜的握柄。

體感反饋部分，據(jù)Cole稱，Caliper手柄配備的大馬達在全功率下最大扭矩額定值為15納米，而小馬達最大扭矩為3納米，全功率運行兩個大馬達會產(chǎn)生較明顯的體感，可能會讓你產(chǎn)生鍛煉、戰(zhàn)斗時的動感。

Caliper手柄的綁帶上也配備微型馬達，模擬手在震動的體感/觸覺。接下來，還可以加入線性馬達（LRA）或壓電體感套件。

為什么叫Caliper

Caliper的中文直譯為卡尺，這也是Cole在職業(yè)生涯中多次使用的一種測量設備。許多類型的卡尺，可以讀取刻度尺、刻度盤、數(shù)字顯示器的測量值，而另外一些卡尺像羅盤一樣簡單，沒有刻度，只有向內(nèi)、向外的點。

Cole表示：給VR手柄起名卡尺的原因是，它支持完整的調節(jié)功能，可測量用戶的手掌大小，并據(jù)此調整合適的體驗感，就像是卡尺一樣可靈活調整。同時，這種設計也在現(xiàn)有的VR手柄基礎上帶來兩大升級：

1，適用于不同手掌的人體工學優(yōu)化

據(jù)了解，Cole希望通過Caliper手柄來解決VR玩家在《Pavlov》等射擊游戲中的體驗，他表示：如果VR手柄舒適性不好，那么在VR射擊游戲中反復扣動扳機會引起不適嗎？從長期來看，是否會導致重復性勞損？這些問題，能否通過模塊化或可調節(jié)設計來解決呢？

此外，Cole也曾考慮可調節(jié)的扳機位置、搖桿和握柄之間的距離、獨立調節(jié)搖桿和扳機、可更換尺寸的手柄主體、不同形狀的扳機蓋、不同紋理/質地的握柄、左右手柄可獨立調節(jié)的設計等等。

2，模塊化輸入元件、減少VR停機時間

Cole表示：由于Index手柄未采用模塊化設計，在擁有該手柄的2年保修期間，官方已經(jīng)給我更換了11對。實際上，如果VR手柄采用可替換的模塊化元件，那么維修將會更簡單、成本更低，也會避免產(chǎn)生電子垃圾，以免浪費。

另外，考慮到Index產(chǎn)品缺貨的情況，每次等待更換的新手柄，都需要好幾個星期時間，而在這期間VR頭顯就閑置了。其實，Index用戶可以自己替換搖桿，但這會破壞搖桿的電容感應功能。

為什么Index手柄總需要送修

Cole表示：我的Index手柄總出問題，尤其是在玩《In Death》、《Boneworks》、《Pavlov》等VR射擊游戲時，對扳機和搖桿的損害較大，一些時候握柄也會受影響。為了避免扳機等常用的按鍵磨損，Cole曾經(jīng)嘗試重新設置VR手柄按鍵映射，不過這種方式還是影響游戲體驗的流暢性。

為了提升VR手柄、按鍵的耐用性，Cole總結出三點需要優(yōu)化的問題：

1，Index手柄質量不理想

作為首批收到Valve Index的用戶，Cole在拿到Index手柄后發(fā)現(xiàn)盡管它看起來很結實，外觀設計精致，但A/B按鈕和扳機不夠固定，觸碰的時候有點搖晃，不太穩(wěn)。Index采用小搖桿和小型觸控板混合的設計，比Vive手柄的大觸控板更好用，但并沒有Xbox、PS 4官方手柄的搖桿結實、精準。實際上，最初Index手柄設計采用了大觸控板，后來才決定加入搖桿。

相比之下，Oculus VR手柄由Xbox 360手柄背后團隊Carbon Design設計，質量更好一些。

在高負載的VR射擊游戲中，小搖桿更容易磨損（受到電位計的物理限制），耐用性不如正常尺寸的大搖桿。熟悉任天堂Switch的人都知道，Switch游戲常用搖桿來移動，而其Joy-Con手柄上采用的是小搖桿，因此很容易快速磨損，并導致漂移或搖桿故障。

為了避免上述問題，Caliper手柄采用Thrustmaster S6的大搖桿，在VR射擊游戲等場景中更耐用。而未來，也許Index手柄可以采用更大的搖桿來提升耐用性，不過這可能會犧牲觸控板的位置。

2，按鍵布局不合理

Index手柄面板的按鍵緊湊，在使用時通常需要反復偏轉拇指，長時間下來體驗感不舒適，容易造成拇指疲勞，而且也可能導致過度操作，加速電位計模塊的磨損。

經(jīng)過實際的模擬體驗，Cole發(fā)現(xiàn)，Index手柄上的搖桿如果從邊緣移動到中央，更符合人體工學，而且還可以將觸控板放在靠邊的位置。

3，不適合手勁大的用戶

對于一些握力大的成年人來講，手柄的耐用性更加重要。一些《Beat Saber》玩家就反饋，玩這種VR節(jié)奏游戲常常損傷手柄。在VR射擊游戲中，你常常會扣動扳機來開槍，對于Index手柄來講，長期進行這樣的動作，通常會引起扳機蓋變形，可能會產(chǎn)生錯位，并且與手柄框架產(chǎn)生摩擦甚至卡住，失去原來的靈活性。

Cole表示：考慮到Index手柄上扳機的位置，通常用戶會從側面給扳機蓋施壓，而不是直接觸發(fā)扳機的彈簧，磨損更大，因此扳機蓋需要采用更加堅固的材質，避免側面壓力造成彎曲。

經(jīng)過測量，成年男性在使用Index手柄時，可能會施加40-50公斤的握力。VR手柄的按鍵、搖桿至少能承受長時間用力使用的磨損，或是提供可替換的元件，以方便維修。

于是，Caliper采用了從內(nèi)部加固的特殊形狀扳機蓋，而且采用可拆卸設計，允許用戶更換不同尺寸、形狀、材料的扳機蓋。除此之外，Caliper手柄上的整個控制模組和扳機模組都可以實現(xiàn)快速安裝和拆卸，握柄的蓋也可以更換。

有趣的是，Caliper手柄上配備六角螺栓，可調整包括搖桿在內(nèi)的控制模組的角度、距離，以適應不同的手型。而接下來，Cole還將繼續(xù)優(yōu)化定位環(huán)和調整模塊的布線、升級綁帶設計、加入體感模塊。參考：Skarredghost