VR/AR滲入航天探索！NASA解讀九大場(chǎng)景，讓你遠程體驗太空旅行

編譯 |  徐珊
編輯 |  云鵬
通過(guò)VR設備看電影，利用AR眼鏡檢修設備，這些都已經(jīng)成為現實(shí)中比較常見(jiàn)的VR/AR設備落地應用場(chǎng)景，但如果這一切在太空上發(fā)生呢？智東西10月18日消息，NASA近日在官網(wǎng)發(fā)布報道，為人們揭秘了九種在太空中運用VR/AR技術(shù)的場(chǎng)景。其中，不但有VR/AR設備幫助宇航員適應太空微重力（microgravity）場(chǎng)景，而且宇航員利用VR/AR設備來(lái)檢修儀器，甚至還以一些神奇的方式運用VR/AR技術(shù)。
VR/AR設備協(xié)助失重環(huán)境下的研究和訓練

我們知道，太空和地球表面的環(huán)境并不相同，地球表面約為1G重力環(huán)境，而太空處于近似真空狀態(tài)。航天員長(cháng)期處于微重力環(huán)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(guò)VR/AR設備來(lái)觀(guān)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(wú)重力環(huán)境。1、通過(guò)VR/AR頭顯讓宇航員更快適應環(huán)境變化長(cháng)期失重的環(huán)境如何影響宇航員的身體感知，這對他們的判斷信息帶來(lái)哪些影響？研究人員一直關(guān)注重力變化如何影響宇航員的信息判斷能力。他們通過(guò)VR設備收集宇航員在日常訓練和空間站期間的相關(guān)數據信息，以找尋幫助宇航員盡快適應環(huán)境變化的方法，并且通過(guò)VR設備幫助宇航員在失重的環(huán)境中更好地控制前進(jìn)的方向。

2、通過(guò)VR/AR頭顯了解宇航員的重力感知能力歐洲航天局（ESA）發(fā)布了一項有關(guān)于航天員在失重環(huán)境下抓握力的研究（GRASP）。正常情況下，當人們伸手去抓一個(gè)物體時(shí)，人們的大腦會(huì )根據視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)等感官信息來(lái)協(xié)調手部運動(dòng)，同時(shí)需要預估力度大小。但在太空環(huán)境中，宇航員們難以估計重力環(huán)境的變化，從而也無(wú)法準確判斷力量的大小。

現在，ESA希望研究宇航員通過(guò)佩戴VR頭顯伸手去拿虛擬物體的過(guò)程，更好地了解重力感知在失重環(huán)境中的作用，嘗試幫助宇航員去適應環(huán)境變化所帶來(lái)的影響。3、通過(guò)VR/AR頭顯了解宇航員的抓地力變化宇航員在月球或者火星上遇到的微重力環(huán)境都有所不同，他們抓取同一個(gè)物體所需要的力度也同樣會(huì )發(fā)生改變，但在未知的太空環(huán)境中，常常需要宇航員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(tài)下如何影響宇航員抓取或者操控物體，并試圖解決宇航員在不同重力水平的環(huán)境之間移動(dòng)時(shí)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，并提供相關(guān)數據信息以供研究。由此可見(jiàn)，VR設備可以幫助宇航員更好地判斷所處環(huán)境的重力情況以及更快地適應不同的環(huán)境。

AR技術(shù)讓宇航員化身為“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設備常常用于工廠(chǎng)中遠程專(zhuān)家診斷技術(shù)，太空中AR眼鏡和VR頭顯一樣可以幫助宇航員維護一些機器設施。1、運用3D顯示技術(shù)，戴著(zhù)AR眼鏡維修跑步機？日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機構（JAXA）的宇航員Soichi Noguchi收到一項任務(wù)——他需要在太空中維修一部T2跑步機。一般來(lái)說(shuō)，為了方便用戶(hù)在計算機或平板上閱讀，檢查程序的文件通常采用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(shí)，很有可能因操作不當導致設備損失。而在微重力的太空環(huán)境中，宇航員的操作將會(huì )更加不容易。但AR設備將這一過(guò)程精簡(jiǎn)化。戴上AR眼鏡后，會(huì )有3D提示將宇航員的視線(xiàn)引導到適當的位置，并直接顯示說(shuō)明。該設備還能按照宇航員的口頭指令或者根據正在執行的程序步驟在硬件上顯示文本或者標注信息。此外，該系統還會(huì )提供其他方面的信息，如教學(xué)視頻和系統覆蓋圖等，以協(xié)助維修。

Noguchi佩戴上AR眼鏡后，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(guò)程中使用的是T2 AR設備。這是該設備第一次出現在太空上，它是基于微軟的HoloLens AR眼鏡研發(fā)，并搭載了NASA開(kāi)發(fā)的新型程序跟蹤軟件，可以讓宇航員對主要的機組進(jìn)行無(wú)人協(xié)助的維護和檢查。“AR設備可以讓我們預裝一些指導和專(zhuān)業(yè)知識程序，”約翰遜國際空間站科學(xué)家Bryan Dansberry說(shuō)，“空間站是測試AR系統和改進(jìn)這些設備的完美平臺，同時(shí)也為宇航員需要它們的時(shí)候做好準備?，F在的這些測試有助于研發(fā)出成熟的軟件和AR技術(shù)，讓世界各地處于偏遠地區的人們都可以獲得專(zhuān)業(yè)知識和支持?！?/span>2、加強遠程協(xié)作，通過(guò)AR技術(shù)給量子實(shí)驗室升級？NASA在太空艙搭建冷原子實(shí)驗室（CAL），這是地球軌道上第一個(gè)量子科學(xué)實(shí)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(shí)驗。今年7月，冷原子實(shí)驗室團隊成功演示了通過(guò)AR頭顯輔助宇航員進(jìn)行艙上升級活動(dòng)的過(guò)程。宇航員梅根·麥克阿瑟（Megan McArthur）在戴上微軟HoloLens后，從CAL內部取出了一塊硬件，并用新的替換了它。

麥克阿瑟可以通過(guò)HoloLens以更清晰的視角看美國命運號實(shí)驗艙（U.S.Destiny module）。一般來(lái)說(shuō)，研究人員會(huì )靠位于宇航員身后或上方的攝像頭來(lái)觀(guān)看CAL儀器，這樣的圖像會(huì )有所遮擋。擁有頭顯以后，頭顯上的一個(gè)小型前置攝像頭可以讓冷原子實(shí)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(huà)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(shí)，團隊成員可以在她的視野中添加一個(gè)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(guò)VR技術(shù)來(lái)操控機械臂？ESA和CNES（法國國家空間研究中心）發(fā)起一項Pilote計劃，讓宇航員通過(guò)VR設備和基于觸覺(jué)或者模擬觸摸和運動(dòng)的界面來(lái)測試遠程操作機械臂和航天器，并且優(yōu)化航天器的人體工程學(xué)設計。ESA宇航員Thomas Pesquet和NASA宇航員Megan McArthur參與了Pilote計劃，他們通過(guò)一套由ESA實(shí)驗研發(fā)的VR裝備，操縱機械臂朝向目標移動(dòng)。

在太空環(huán)境中，如何讓宇航員快速了解每個(gè)設備的具體操作，并且完成設備檢修是一項艱巨的任務(wù)。但隨著(zhù)VR/AR設備的加入，這一難題有了新的解決方法，讓宇航員和地面人員更好地通過(guò)人機交互形式完成操作。
拍電影、測時(shí)間VR/AR在太空中還有三大神奇玩法

VR/AR設備除了能幫宇航員完成一些在地面上也能完成的事情外，還能干些什么？事實(shí)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(shí)間感，用VR來(lái)衡量時(shí)間的長(cháng)短宇航員需要準確感知環(huán)境中物體的時(shí)間和速度，才能可靠地執行任務(wù)。研究表明，我們對時(shí)間和空間的感知是重疊的，身體運動(dòng)的速度可能會(huì )影響人們對時(shí)間的感知。在太空中，睡眠中斷、晝夜節律和壓力都有可能對宇航員的時(shí)間感知造成的影響。通過(guò)宇航員頭戴VR頭顯，研究人員希望了解人類(lèi)在長(cháng)期暴露在失重環(huán)境中對時(shí)間發(fā)生什么樣的感知變化，并且如何做到協(xié)調運動(dòng)。

宇航員佩戴VR頭顯后，聽(tīng)取相應的指令，并通過(guò)VR手柄進(jìn)行時(shí)間感知測試。據報告顯示，他們會(huì )在飛行期間、****前和返回地球之后每月進(jìn)行一次測試，以做好適應性評估。2、用一部VR頭顯讓宇航員愛(ài)上運動(dòng)為了給宇航員日常訓練提供更好的體驗，研究人員想在空間站打造一個(gè)VR運動(dòng)環(huán)境，試圖提升宇航員在鍛煉時(shí)的環(huán)境。如果該項目受到宇航員的喜愛(ài)，則可以成為宇航員未來(lái)鍛煉的課程之一。

報告中表示，日常生活中，這種類(lèi)型的VR頭顯也可以使處于封閉或孤立場(chǎng)所的人們加強對身體的鍛煉能力。3、360度記錄，有臺VR設備就能“登上”太空？《體驗國際空間站》是一個(gè)沉浸式VR系列紀錄片，它通過(guò)360度攝像，記錄了幾個(gè)月來(lái)不同宇航員的活動(dòng)，無(wú)論是在空間站上探索，還是進(jìn)行太空行走都在其拍攝范圍內。這樣的VR視頻可以讓觀(guān)眾直觀(guān)感受到登上太空會(huì )是什么樣的感覺(jué)，并且能讓地球上的觀(guān)眾更好地了解太空生活。同時(shí)，這樣的體驗可以讓觀(guān)眾清楚目前的航天探索工作、宇航員之間的互動(dòng)面臨的挑戰有哪些。

這些體驗還有可能激發(fā)一些新的研究或計劃，來(lái)改善未來(lái)機組人員在太空中的環(huán)境，并探索一些與重力有關(guān)的研究。VR/AR設備不但在日常生活中推動(dòng)著(zhù)千行百業(yè)發(fā)展，在太空上也同樣參與到宇航員、研究團隊的多種研究中，并且擁有著(zhù)不同的用途。
結語(yǔ)：VR/AR在航天領(lǐng)域有新的應用

從NASA的報道中，我們可以看到VR設備在幫助宇航員適應環(huán)境變化、AR設備在協(xié)助宇航員維護機器檢修，甚至在一些未知的領(lǐng)域都有不同程度的探索。目前，VR/AR設備在太空中開(kāi)發(fā)的功能，如遠程協(xié)同檢修設備、VR運動(dòng)等都是一些常見(jiàn)的VR/AR設備功能結合航天領(lǐng)域特點(diǎn)，獲得新的功能，這同樣揭示了VR/AR技術(shù)廣泛的應用和落地前景。當下VR/AR市場(chǎng)正在迎來(lái)一波高速增長(cháng)的時(shí)期，眾多玩家紛紛涌入這一賽道，如何讓VR/AR技術(shù)融入千行百業(yè)里，NASA給出了航天業(yè)的答卷。來(lái)源：NASA官網(wǎng)