VR/AR滲入航天探索 NASA解讀九大場景讓你遠程體驗太空旅行

一部 VR/AR 設備,會在太空中起到什麼作用?通過 VR 設備看電影,利用 AR 眼鏡檢修設備,這些都已經成為現實中比較常見的 VR/AR
設備落地應用場景,但如果這一切在太空上發生呢?NASA 近日在官網發布報導,為人們揭秘了九種在太空中運用 VR/AR 技術的場景。

VR/AR滲入航天探索 NASA解讀九大場景讓你遠程體驗太空旅行

其中,不但有 VR/AR 設備幫助太空人適應太空微重力(microgravity)場景,而且太空人利用 VR/AR 設備來檢修儀器,甚至還以一些神奇的方式運用 VR/AR 技術。

VR/AR滲入航天探索 NASA解讀九大場景讓你遠程體驗太空旅行

VR/AR 設備協助失重環境下的研究和訓練

我們知道,太空和地球表面的環境並不相同,地球表面約為 1G 重力環境,而太空處於近似真空狀態。航天員長期處於微重力環境中,他們需要在吃、穿、住、行上適應失重的情況。

在 NASA 的文件中,他們想通過 VR/AR 設備來觀察航天員在失重情況下身體的變化,這些研究能夠幫助航天員更好的適應無重力環境。

1、通過 VR/AR 頭顯讓太空人更快適應環境變化

長期失重的環境如何影響太空人的身體感知,這對他們的判斷信息帶來哪些影響?研究人員一直關注重力變化如何影響太空人的信息判斷能力。

他們通過 VR 設備收集太空人在日常訓練和空間站期間的相關數據信息,以找尋幫助太空人盡快適應環境變化的方法,並且通過 VR 設備幫助太空人在失重的環境中更好地控制前進的方向。

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▲ NASA 太空人 Chris Cassidy 佩戴 VR 頭顯,參與探索失重的狀態如何影響太空人的運動、方向和距離感知的研究

2、通過 VR/AR 頭顯了解太空人的重力感知能力

歐洲航天局(ESA)發布了一項有關於航天員在失重環境下抓握力的研究(GRASP)。

正常情況下,當人們伸手去抓一個物體時,人們的大腦會根據視覺和聽覺等感官信息來協調手部運動,同時需要預估力度大小。但在太空環境中,太空人們難以估計重力環境的變化,從而也無法准確判斷力量的大小。

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▲ ESA 的 Alexander Gerst 正在通過 VR 頭顯參與適應失重的研究

現在,ESA 希望研究太空人通過佩戴 VR 頭顯伸手去拿虛擬物體的過程,更好地了解重力感知在失重環境中的作用,嘗試幫助太空人去適應環境變化所帶來的影響。

3、通過 VR/AR 頭顯了解太空人的抓地力變化

太空人在月球或者火星上遇到的微重力環境都有所不同,他們抓取同一個物體所需要的力度也同樣會發生改變,但在未知的太空環境中,常常需要太空人自己的判斷需要力度大小。

歐洲航天局在 GRIP 調查中同樣研究太空飛行狀態下如何影響太空人抓取或者操控物體,並試圖解決太空人在不同重力水平的環境之間移動時可能面臨的潛在挑戰。

歐洲航天局的 Luca Parmitano 曾佩戴 VR 護目鏡參與到 GRIP 調查中,並提供相關數據信息以供研究。由此可見,VR 設備可以幫助太空人更好地判斷所處環境的重力情況以及更快地適應不同的環境。

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▲ ESA 的 Luca Parmitano 為 GRIP 佩戴 VR 護目鏡

AR 技術讓太空人化身為「維修工」?

不僅 VR 設備在航天探索中大顯身手,AR 設備也同樣在太空中起到了一定的作用。在日常生活中,AR 設備常常用於工廠中遠程專家診斷技術,太空中 AR 眼鏡和 VR 頭顯一樣可以幫助太空人維護一些機器設施。

1、運用 3D 顯示技術,戴著 AR 眼鏡維修跑步機?

日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)的太空人 Soichi Noguchi 收到一項任務 —— 他需要在太空中維修一部 T2 跑步機。

一般來說,為了方便用戶在計算機或平板上閱讀,檢查程序的文件通常採用 PDF 格式,但人們在狹小空間內一邊查閱操作指南,一邊檢查設備時,很有可能因操作不當導致設備損失。而在微重力的太空環境中,太空人的操作將會更加不容易。

但 AR 設備將這一過程精簡化。戴上 AR 眼鏡後,會有 3D 提示將太空人的視線引導到適當的位置,並直接顯示說明。該設備還能按照太空人的口頭指令或者根據正在執行的程序步驟在硬體上顯示文本或者標注信息。

此外,該系統還會提供其他方面的信息,如教學視頻和系統覆蓋圖等,以協助維修。

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Noguchi 佩戴上 AR 眼鏡後,不需要其他額外的指令或設備與地面團隊溝通,就可以直接獲得分步指導,按照相應的提示完成工作。

他在維修過程中使用的是 T2 AR 設備。這是該設備第一次出現在太空上,它是基於微軟的 Hololens AR 眼鏡研發,並搭載了 NASA 開發的新型程序跟蹤軟體,可以讓太空人對主要的機組進行無人協助的維護和檢查。

「AR 設備可以讓我們預裝一些指導和專業知識程序,」詹森國際空間站科學家 Bryan Dansberry 說,「空間站是測試 AR 系統和改進這些設備的完美平台,同時也為太空人需要它們的時候做好准備。現在的這些測試有助於研發出成熟的軟體和 AR 技術,讓世界各地處於偏遠地區的人們都可以獲得專業知識和支持。」

2、加強遠程協作,通過 AR 技術給量子實驗室升級?

NASA 在太空艙搭建冷原子實驗室(CAL),這是地球軌道上第一個量子科學實驗室,其大小與迷你冰箱差不多,可以做一些探索原子基本行為和特性的實驗。今年 7 月,冷原子實驗室團隊成功演示了通過 AR 頭顯輔助太空人進行艙上升級活動的過程。

太空人梅根・麥克阿瑟(Megan McArthur)在戴上微軟 HoloLens 後,從 CAL 內部取出了一塊硬體,並用新的替換了它。

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▲ 美國宇航局太空人梅根・麥克阿瑟在遠征 65 期間佩戴 HoloLens 頭顯測試 AR 應用程式

麥克阿瑟可以通過 HoloLens 以更清晰的視角看美國命運號實驗艙(U.S.Destiny module)。一般來說,研究人員會靠位於太空人身後或上方的攝像頭來觀看 CAL 儀器,這樣的圖像會有所遮擋。擁有頭顯以後,頭顯上的一個小型前置攝像頭可以讓冷原子實驗室團隊成員清楚、直接地看到她眼前的東西。

CAL 團隊還可以在麥克阿瑟的畫面視野中添加像文本或繪圖的虛擬信息。當她查看大型電纜時,團隊成員可以在她的視野中添加一個箭頭,指定要拔掉特定電纜或剪斷扎帶,幫助其完成設備維修。

3、通過 VR 技術來操控機械臂?

ESA 和 CNES(法國國家空間研究中心)發起一項 Pilote 計劃,讓太空人通過 VR 設備和基於觸覺或者模擬觸摸和運動的界面來測試遠程操作機械臂和太空飛行器,並且優化太空飛行器的人體工程學設計。

ESA 太空人 Thomas Pesquet 和 NASA 太空人 Megan McArthur 參與了 Pilote 計劃,他們通過一套由 ESA 實驗研發的 VR 裝備,操縱機械臂朝向目標移動。

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▲ ESA 太空人 Thomas Pesquet 和 NASA 太空人 Megan McArthur 正在通過 VR 設備操作機械臂

在太空環境中,如何讓太空人快速了解每個設備的具體操作,並且完成設備檢修是一項艱巨的任務。但隨著 VR/AR 設備的加入,這一難題有了新的解決方法,讓太空人和地面人員更好地通過人機互動形式完成操作。

拍電影、測時間,VR/AR 在太空中還有三大神奇玩法

VR/AR 設備除了能幫太空人完成一些在地面上也能完成的事情外,還能幹些什麼?事實上,NASA 還為我們揭秘了一些 VR/AR 設備在太空中「神奇」的作用。

1、失去時間感,用 VR 來衡量時間的長短

太空人需要准確感知環境中物體的時間和速度,才能可靠地執行任務。研究表明,我們對時間和空間的感知是重疊的,身體運動的速度可能會影響人們對時間的感知。在太空中,睡眠中斷、晝夜節律和壓力都有可能對太空人的時間感知造成的影響。

通過太空人頭戴 VR 頭顯,研究人員希望了解人類在長期暴露在失重環境中對時間發生什麼樣的感知變化,並且如何做到協調運動。

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▲ 日本宇宙航空研究開發機構的太空人 Akihiko Hoshide 戴著 VR 頭顯和手柄進行時間感知測試

太空人佩戴 VR 頭顯後,聽取相應的指令,並通過 VR 手柄進行時間感知測試。據報告顯示,他們會在飛行期間、發射前和返回地球之後每月進行一次測試,以做好適應性評估。

2、用一部 VR 頭顯讓太空人愛上運動

為了給太空人日常訓練提供更好的體驗,研究人員想在空間站打造一個 VR 運動環境,試圖提升太空人在鍛鍊時的環境。如果該項目受到太空人的喜愛,則可以成為太空人未來鍛鍊的課程之一。

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▲ ESA 太空人托馬斯・佩斯奎特在發射前在地面上進行了沉浸式運動實驗

報告中表示,日常生活中,這種類型的 VR 頭顯也可以使處於封閉或孤立場所的人們加強對身體的鍛鍊能力。

3、360 度記錄,有台 VR 設備就能「登上」太空?

《體驗國際空間站》是一個沉浸式 VR 系列紀錄片,它通過 360 度攝像,記錄了幾個月來不同太空人的活動,無論是在空間站上探索,還是進行太空行走都在其拍攝范圍內。

這樣的 VR 視頻可以讓觀眾直觀感受到登上太空會是什麼樣的感覺,並且能讓地球上的觀眾更好地了解太空生活。同時,這樣的體驗可以讓觀眾清楚目前的航天探索工作、太空人之間的互動面臨的挑戰有哪些。

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▲ 國際空間站用特殊的 VR 相機拍攝美國宇航局太空人傑西卡梅的科學實驗過程

這些體驗還有可能激發一些新的研究或計劃,來改善未來機組人員在太空中的環境,並探索一些與重力有關的研究。

VR/AR 設備不但在日常生活中推動著千行百業發展,在太空上也同樣參與到太空人、研究團隊的多種研究中,並且擁有著不同的用途。

結語:VR/AR 在航天領域有新的應用

從 NASA 的報導中,我們可以看到 VR 設備在幫助太空人適應環境變化、AR 設備在協助太空人維護機器檢修,甚至在一些未知的領域都有不同程度的探索。

目前,VR/AR 設備在太空中開發的功能,如遠程協同檢修設備、VR 運動等都是一些常見的 VR/AR 設備功能結合航天領域特點,獲得新的功能,這同樣揭示了 VR/AR 技術廣泛的應用和落地前景。

當下 VR/AR 市場正在迎來一波高速增長的時期,眾多玩家紛紛湧入這一賽道,如何讓 VR/AR 技術融入千行百業里,NASA 給出了航天業的答卷。

來源:cnBeta