VR/AR渗入航天探索 NASA解读九大场景让你远程体验太空旅行

一部 VR/AR 设备,会在太空中起到什么作用?通过 VR 设备看电影,利用 AR 眼镜检修设备,这些都已经成为现实中比较常见的 VR/AR 设备落地应用场景,但如果这一切在太空上发生呢?NASA 近日在官网发布报道,为人们揭秘了九种在太空中运用 VR/AR 技术的场景。

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其中,不但有 VR/AR 设备帮助宇航员适应太空微重力(microgravity)场景,而且宇航员利用 VR/AR 设备来检修仪器,甚至还以一些神奇的方式运用 VR/AR 技术。

VR/AR 设备协助失重环境下的研究和训练

我们知道,太空和地球表面的环境并不相同,地球表面约为 1G 重力环境,而太空处于近似真空状态。航天员长期处于微重力环境中,他们需要在吃、穿、住、行上适应失重的情况。

在 NASA 的文件中,他们想通过 VR/AR 设备来观察航天员在失重情况下身体的变化,这些研究能够帮助航天员更好的适应无重力环境。

1、通过 VR/AR 头显让宇航员更快适应环境变化

长期失重的环境如何影响宇航员的身体感知,这对他们的判断信息带来哪些影响?研究人员一直关注重力变化如何影响宇航员的信息判断能力。

他们通过 VR 设备收集宇航员在日常训练和空间站期间的相关数据信息,以找寻帮助宇航员尽快适应环境变化的方法,并且通过 VR 设备帮助宇航员在失重的环境中更好地控制前进的方向。

▲ NASA 宇航员 Chris Cassidy 佩戴 VR 头显,参与探索失重的状态如何影响宇航员的运动、方向和距离感知的研究

2、通过 VR/AR 头显了解宇航员的重力感知能力

欧洲航天局(ESA)发布了一项有关于航天员在失重环境下抓握力的研究(GRASP)。

正常情况下,当人们伸手去抓一个物体时,人们的大脑会根据视觉和听觉等感官信息来协调手部运动,同时需要预估力度大小。但在太空环境中,宇航员们难以估计重力环境的变化,从而也无法准确判断力量的大小。

▲ ESA 的 Alexander Gerst 正在通过 VR 头显参与适应失重的研究

现在,ESA 希望研究宇航员通过佩戴 VR 头显伸手去拿虚拟物体的过程,更好地了解重力感知在失重环境中的作用,尝试帮助宇航员去适应环境变化所带来的影响。

3、通过 VR/AR 头显了解宇航员的抓地力变化

宇航员在月球或者火星上遇到的微重力环境都有所不同,他们抓取同一个物体所需要的力度也同样会发生改变,但在未知的太空环境中,常常需要宇航员自己的判断需要力度大小。

欧洲航天局在 GRIP 调查中同样研究太空飞行状态下如何影响宇航员抓取或者操控物体,并试图解决宇航员在不同重力水平的环境之间移动时可能面临的潜在挑战。

欧洲航天局的 Luca Parmitano 曾佩戴 VR 护目镜参与到 GRIP 调查中,并提供相关数据信息以供研究。由此可见,VR 设备可以帮助宇航员更好地判断所处环境的重力情况以及更快地适应不同的环境。

▲ ESA 的 Luca Parmitano 为 GRIP 佩戴 VR 护目镜

AR 技术让宇航员化身为“维修工”?

不仅 VR 设备在航天探索中大显身手,AR 设备也同样在太空中起到了一定的作用。在日常生活中,AR 设备常常用于工厂中远程专家诊断技术,太空中 AR 眼镜和 VR 头显一样可以帮助宇航员维护一些机器设施。

1、运用 3D 显示技术,戴着 AR 眼镜维修跑步机?

日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的宇航员 Soichi Noguchi 收到一项任务 —— 他需要在太空中维修一部 T2 跑步机。

一般来说,为了方便用户在计算机或平板上阅读,检查程序的文件通常采用 PDF 格式,但人们在狭小空间内一边查阅操作指南,一边检查设备时,很有可能因操作不当导致设备损失。而在微重力的太空环境中,宇航员的操作将会更加不容易。

但 AR 设备将这一过程精简化。戴上 AR 眼镜后,会有 3D 提示将宇航员的视线引导到适当的位置,并直接显示说明。该设备还能按照宇航员的口头指令或者根据正在执行的程序步骤在硬件上显示文本或者标注信息。

此外,该系统还会提供其他方面的信息,如教学视频和系统覆盖图等,以协助维修。

Noguchi 佩戴上 AR 眼镜后,不需要其他额外的指令或设备与地面团队沟通,就可以直接获得分步指导,按照相应的提示完成工作。

他在维修过程中使用的是 T2 AR 设备。这是该设备第一次出现在太空上,它是基于微软Hololens AR 眼镜研发,并搭载了 NASA 开发的新型程序跟踪软件,可以让宇航员对主要的机组进行无人协助的维护和检查。

“AR 设备可以让我们预装一些指导和专业知识程序,”约翰逊国际空间站科学家 Bryan Dansberry 说,“空间站是测试 AR 系统和改进这些设备的完美平台,同时也为宇航员需要它们的时候做好准备。现在的这些测试有助于研发出成熟的软件和 AR 技术,让世界各地处于偏远地区的人们都可以获得专业知识和支持。”

2、加强远程协作,通过 AR 技术给量子实验室升级?

NASA 在太空舱搭建冷原子实验室(CAL),这是地球轨道上第一个量子科学实验室,其大小与迷你冰箱差不多,可以做一些探索原子基本行为和特性的实验。今年 7 月,冷原子实验室团队成功演示了通过 AR 头显辅助宇航员进行舱上升级活动的过程。

宇航员梅根・麦克阿瑟(Megan McArthur)在戴上微软 HoloLens 后,从 CAL 内部取出了一块硬件,并用新的替换了它。

▲ 美国宇航局宇航员梅根・麦克阿瑟在远征 65 期间佩戴 HoloLens 头显测试 AR 应用程序

麦克阿瑟可以通过 HoloLens 以更清晰的视角看美国命运号实验舱(U.S.Destiny module)。一般来说,研究人员会靠位于宇航员身后或上方的摄像头来观看 CAL 仪器,这样的图像会有所遮挡。拥有头显以后,头显上的一个小型前置摄像头可以让冷原子实验室团队成员清楚、直接地看到她眼前的东西。

CAL 团队还可以在麦克阿瑟的画面视野中添加像文本或绘图的虚拟信息。当她查看大型电缆时,团队成员可以在她的视野中添加一个箭头,指定要拔掉特定电缆或剪断扎带,帮助其完成设备维修。

3、通过 VR 技术来操控机械臂?

ESA 和 CNES(法国国家空间研究中心)发起一项 Pilote 计划,让宇航员通过 VR 设备和基于触觉或者模拟触摸和运动的界面来测试远程操作机械臂和航天器,并且优化航天器的人体工程学设计。

ESA 宇航员 Thomas Pesquet 和 NASA 宇航员 Megan McArthur 参与了 Pilote 计划,他们通过一套由 ESA 实验研发的 VR 装备,操纵机械臂朝向目标移动。

▲ ESA 宇航员 Thomas Pesquet 和 NASA 宇航员 Megan McArthur 正在通过 VR 设备操作机械臂

在太空环境中,如何让宇航员快速了解每个设备的具体操作,并且完成设备检修是一项艰巨的任务。但随着 VR/AR 设备的加入,这一难题有了新的解决方法,让宇航员和地面人员更好地通过人机交互形式完成操作。

拍电影、测时间,VR/AR 在太空中还有三大神奇玩法

VR/AR 设备除了能帮宇航员完成一些在地面上也能完成的事情外,还能干些什么?事实上,NASA 还为我们揭秘了一些 VR/AR 设备在太空中“神奇”的作用。

1、失去时间感,用 VR 来衡量时间的长短

宇航员需要准确感知环境中物体的时间和速度,才能可靠地执行任务。研究表明,我们对时间和空间的感知是重叠的,身体运动的速度可能会影响人们对时间的感知。在太空中,睡眠中断、昼夜节律和压力都有可能对宇航员的时间感知造成的影响。

通过宇航员头戴 VR 头显,研究人员希望了解人类在长期暴露在失重环境中对时间发生什么样的感知变化,并且如何做到协调运动。

▲ 日本宇宙航空研究开发机构的宇航员 Akihiko Hoshide 戴着 VR 头显和手柄进行时间感知测试

宇航员佩戴 VR 头显后,听取相应的指令,并通过 VR 手柄进行时间感知测试。据报告显示,他们会在飞行期间、发射前和返回地球之后每月进行一次测试,以做好适应性评估。

2、用一部 VR 头显让宇航员爱上运动

为了给宇航员日常训练提供更好的体验,研究人员想在空间站打造一个 VR 运动环境,试图提升宇航员在锻炼时的环境。如果该项目受到宇航员的喜爱,则可以成为宇航员未来锻炼的课程之一。

▲ ESA 宇航员托马斯・佩斯奎特在发射前在地面上进行了沉浸式运动实验

报告中表示,日常生活中,这种类型的 VR 头显也可以使处于封闭或孤立场所的人们加强对身体的锻炼能力。

3、360 度记录,有台 VR 设备就能“登上”太空?

《体验国际空间站》是一个沉浸式 VR 系列纪录片,它通过 360 度摄像,记录了几个月来不同宇航员的活动,无论是在空间站上探索,还是进行太空行走都在其拍摄范围内。

这样的 VR 视频可以让观众直观感受到登上太空会是什么样的感觉,并且能让地球上的观众更好地了解太空生活。同时,这样的体验可以让观众清楚目前的航天探索工作、宇航员之间的互动面临的挑战有哪些。

▲ 国际空间站用特殊的 VR 相机拍摄美国宇航局宇航员杰西卡梅的科学实验过程

这些体验还有可能激发一些新的研究或计划,来改善未来机组人员在太空中的环境,并探索一些与重力有关的研究。

VR/AR 设备不但在日常生活中推动着千行百业发展,在太空上也同样参与到宇航员、研究团队的多种研究中,并且拥有着不同的用途。

结语:VR/AR 在航天领域有新的应用

从 NASA 的报道中,我们可以看到 VR 设备在帮助宇航员适应环境变化、AR 设备在协助宇航员维护机器检修,甚至在一些未知的领域都有不同程度的探索。

目前,VR/AR 设备在太空中开发的功能,如远程协同检修设备、VR 运动等都是一些常见的 VR/AR 设备功能结合航天领域特点,获得新的功能,这同样揭示了 VR/AR 技术广泛的应用和落地前景。

当下 VR/AR 市场正在迎来一波高速增长的时期,众多玩家纷纷涌入这一赛道,如何让 VR/AR 技术融入千行百业里,NASA 给出了航天业的答卷。

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