NASA 展示虛擬現實技術在太空探索中的應用

微軟的 HoloLens 頭顯已在國際空間站上幫助宇航員,下一代 VR 技術可能對火星之旅至關重要

NASA 和微軟的工程師在機構的“無重力奇蹟”噴氣機上測試 HoloLens 頭顯。

紐約 — 來自 NASA 噴氣推進實驗室 (JPL) 的參觀者在 11 月 7 日於布魯克林紐約大學坦頓工程學院創客空間活動場所舉行的增強現實演示和演講中,在火星上行走、探索了 3D 原型,甚至在觀眾頭頂懸掛了一個漫遊車。

JPL 運營實驗室的創意總監馬修·克勞森與紐約大學研究生兼 JPL 實習生瑪麗克·喬裡茨瑪一起,演示了微軟 HoloLens 的研究和探索能力,這是一款頭顯,可以將虛擬影像(從火星表面到維修示意圖)投射到現實世界上。

兩位演講者佩戴 HoloLens 頭顯來展示這項工作,虛擬視角被投射到他們身後的螢幕上,以便觀眾成員可以跟隨觀看。[虛擬現實與火星:科技將改變太空探索的 4 種方式]


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他們首先介紹了 OnSight,這是火星表面的虛擬重建,研究人員可以在其中協同工作 — 例如,為好奇號火星車設定路線和目標。該技術最近在肯尼迪航天中心推出,參觀者可以在那裡 從全息巴茲·奧爾德林那裡獲得火星之旅

在此之前,研究人員根據漫遊車拍攝的漫長而平坦的表面全景圖來繪製火星位置。克勞森的小組發現,當研究人員可以從火星場景中環顧四周時,他們在確定距離方面的準確性提高了兩倍,在確定特定火星位置之間的角度方面的準確性提高了三倍。

研究人員 — 他們中的許多人是習慣於在野外工作的地質學家 — 也發現該工具使用起來非常自然。

喬裡茨瑪說:“科學家們第一次使用它時,發生的一件有趣的事情是,他們意識到他們可以跑上小山以獲得對場景的空間意識。”“因此,他們一旦戴上裝置,就立即能夠開始使用它並以空間方式思考它。”

克勞森補充說:“這是我們最初的線索,表明事情正在朝著正確的方向發展。”

兩位演講者還討論了第二個應用程式,名為 Project Sidekick,它為專家提供了指導國際空間站宇航員完成複雜程式的機會,方法是觀察宇航員的動作併疊加指導、圖表和額外資訊。

雖然他們沒有現場演示該程式,但演講者分享了 Project Sidekick 測試的照片和影片:首先是在 NASA 的極端環境任務行動 (NEEMO) 中,這是一個模擬空間站的水下設施 — 研究人員在那裡遠端指導診斷和治療闌尾炎的步驟,以及其他任務 — 然後在一架模擬失重的飛機上。最後,他們在空間站上進行了測試,在那裡 宇航員斯科特·凱利 在佩戴該裝置時與地面進行了通訊。(凱利和英國宇航員蒂姆·皮克也 使用頭顯玩了一款虛擬外星人射擊遊戲。)

藉助 HoloLens 的指導,NEEMO 上的水下宇航員能夠在短短一小時內完成活動,而使用書面程式時則需要 4 小時。克勞森說,在空間站上,開啟艙門和滅火等事情都伴隨著複雜的、多步驟的程式,Project Sidekick 可能是一個主要的節省時間工具。

第三,兩人演示了 Protospace,它讓工程師可以在設計航天器和機械時探索其詳細模型。研究人員使用 Protospace 設計了地表水和海洋地形衛星,NASA 計劃於 2020 年發射該衛星以觀察氣候變化對海洋的影響,以及 NASA 的 火星 2020 漫遊車,它將從火星表面採集樣本帶回地球,以及一個大型軌道飛行器 環繞木星衛星歐羅巴。演講者召喚了一個虛擬的火星 2020,如螢幕上所示,並從不同角度檢查它 — 甚至放大它並將其懸掛在觀眾的頭頂。

喬裡茨瑪說:“它改變了航天器設計,因為它允許一群機械工程師以真實比例和具體化的方式協同視覺化某些東西,這是他們以前永遠無法做到的,除非他們花費大量時間和金錢進行 3D 列印。”“通常,每個人都在房間裡使用它,他們可以用手勢示意,每個人都知道他們在說什麼。”

該工具使研究人員比在普通的 2D 建模中更好地瞭解零件如何組裝在一起,他們可以一起處理模型或練習棘手的安裝任務。紐約大學的工程專業學生本學期正在幫助構建設計介面的工具欄。

克勞森說:“我迫不及待地想看到我們真正踏上火星的那一天。”“實際上不僅會有宇航員在四處走動,而且地球上將有數百萬人擺脫了他們的侷限性,因為他們可以安全地飛越地表並走到宇航員前面,真正幫助他們收集資料。”他澄清說,這些資料將由軌道飛行器 — 火星表面的小型衛星和漫遊車 — 收集,但人們可以直接虛擬檢查表面來梳理這些資料。

“這不僅僅是 JPL 的人,或全國乃至世界各地的其他航天中心的人,我們設想一個未來,實際上是你們所有人;任何可以訪問這種沉浸式技術的人,在圖書館、在學校、在地下室,都能夠一起參與這些新世界的探索,”他補充道。

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莎拉·萊溫·弗雷澤 是 《大眾科學》 的高階新聞編輯。她計劃、分配和編輯月刊雜誌的“進展”版塊,以及編輯線上新聞。在 2019 年加入 《大眾科學》 之前,她曾在 Space.com 擔任副編輯,記錄人類探索星空的旅程。(甚至更早之前,她曾在 《大眾科學》 擔任印刷實習生。)弗雷澤擁有布朗大學數學學士學位和紐約大學科學、健康與環境報告專業的文學碩士學位。她喜歡音樂劇和數學紙工藝。

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