一部 VR/AR 設(shè)備，會(huì)在太空中起到什么作用？
通過 VR 設(shè)備看電影，利用 AR 眼鏡檢修設(shè)備，這些都已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)中比較常見的 VR/AR 設(shè)備落地應(yīng)用場景，但如果這一切在太空上發(fā)生呢？
NASA 近日在官網(wǎng)發(fā)布報(bào)道，為人們揭秘了九種在太空中運(yùn)用 VR/AR 技術(shù)的場景。其中，不但有 VR/AR 設(shè)備幫助宇航員適應(yīng)太空微重力（microgravity）場景，而且宇航員利用 VR/AR 設(shè)備來檢修儀器，甚至還以一些神奇的方式運(yùn)用 VR/AR 技術(shù)。
VR/AR 設(shè)備協(xié)助失重環(huán)境下的研究和訓(xùn)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)。航天員長期處于微重力環(huán)境中，他們需要在吃、穿、住、行上適應(yīng)失重的情況。
在 NASA 的文件中，他們想通過 VR/AR 設(shè)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(yīng)無重力環(huán)境。
1、通過 VR/AR 頭顯讓宇航員更快適應(yīng)環(huán)境變化
長期失重的環(huán)境如何影響宇航員的身體感知，這對(duì)他們的判斷信息帶來哪些影響？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 VR 設(shè)備收集宇航員在日常訓(xùn)練和空間站期間的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，以找尋幫助宇航員盡快適應(yīng)環(huán)境變化的方法，并且通過 VR 設(shè)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。
▲ NASA 宇航員 Chris Cassidy 佩戴 VR 頭顯，參與探索失重的狀態(tài)如何影響宇航員的運(yùn)動(dòng)、方向和距離感知的研究
2、通過 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(xiàng)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(dāng)人們伸手去抓一個(gè)物體時(shí)，人們的大腦會(huì)根據(jù)視覺和聽覺等感官信息來協(xié)調(diào)手部運(yùn)動(dòng)，同時(shí)需要預(yù)估力度大小。但在太空環(huán)境中，宇航員們難以估計(jì)重力環(huán)境的變化，從而也無法準(zhǔn)確判斷力量的大小。
▲ ESA 的 Alexander Gerst 正在通過 VR 頭顯參與適應(yīng)失重的研究
現(xiàn)在，ESA 希望研究宇航員通過佩戴 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(huán)境中的作用，嘗試幫助宇航員去適應(yīng)環(huán)境變化所帶來的影響。
3、通過 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(diào)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(zhàn)。
歐洲航天局的 Luca Parmitano 曾佩戴 VR 護(hù)目鏡參與到 GRIP 調(diào)查中，并提供相關(guān)數(shù)據(jù)信息以供研究。由此可見，VR 設(shè)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(yīng)不同的環(huán)境。
▲ ESA 的 Luca Parmitano 為 GRIP 佩戴 VR 護(hù)目鏡
AR 技術(shù)讓宇航員化身為“維修工”？
不僅 VR 設(shè)備在航天探索中大顯身手，AR 設(shè)備也同樣在太空中起到了一定的作用。在日常生活中，AR 設(shè)備常常用于工廠中遠(yuǎn)程專家診斷技術(shù)，太空中 AR 眼鏡和 VR 頭顯一樣可以幫助宇航員維護(hù)一些機(jī)器設(shè)施。
1、運(yùn)用 3D 顯示技術(shù)，戴著 AR 眼鏡維修跑步機(jī)？
日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）的宇航員 Soichi Noguchi 收到一項(xiàng)任務(wù) —— 他需要在太空中維修一部 T2 跑步機(jī)。
一般來說，為了方便用戶在計(jì)算機(jī)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(nèi)一邊查閱操作指南，一邊檢查設(shè)備時(shí)，很有可能因操作不當(dāng)導(dǎo)致設(shè)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(shè)備將這一過程精簡化。戴上 AR 眼鏡后，會(huì)有 3D 提示將宇航員的視線引導(dǎo)到適當(dāng)?shù)奈恢茫⒅苯语@示說明。該設(shè)備還能按照宇航員的口頭指令或者根據(jù)正在執(zhí)行的程序步驟在硬件上顯示文本或者標(biāo)注信息。
此外，該系統(tǒng)還會(huì)提供其他方面的信息，如教學(xué)視頻和系統(tǒng)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(shè)備與地面團(tuán)隊(duì)溝通，就可以直接獲得分步指導(dǎo)，按照相應(yīng)的提示完成工作。
他在維修過程中使用的是 T2 AR 設(shè)備。這是該設(shè)備第一次出現(xiàn)在太空上，它是基于微軟的 HoloLens AR 眼鏡研發(fā)，并搭載了 NASA 開發(fā)的新型程序跟蹤軟件，可以讓宇航員對(duì)主要的機(jī)組進(jìn)行無人協(xié)助的維護(hù)和檢查。
“AR 設(shè)備可以讓我們預(yù)裝一些指導(dǎo)和專業(yè)知識(shí)程序，”約翰遜國際空間站科學(xué)家 Bryan Dansberry 說，“空間站是測試 AR 系統(tǒng)和改進(jìn)這些設(shè)備的完美平臺(tái)，同時(shí)也為宇航員需要它們的時(shí)候做好準(zhǔn)備?，F(xiàn)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(yuǎn)地區(qū)的人們都可以獲得專業(yè)知識(shí)和支持?！?/p>
2、加強(qiáng)遠(yuǎn)程協(xié)作，通過 AR 技術(shù)給量子實(shí)驗(yàn)室升級(jí)？
NASA 在太空艙搭建冷原子實(shí)驗(yàn)室（CAL），這是地球軌道上第一個(gè)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(yàn)。今年 7 月，冷原子實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)成功演示了通過 AR 頭顯輔助宇航員進(jìn)行艙上升級(jí)活動(dòng)的過程。
宇航員梅根?麥克阿瑟（Megan McArthur）在戴上微軟 HoloLens 后，從 CAL 內(nèi)部取出了一塊硬件，并用新的替換了它。
▲ 美國宇航局宇航員梅根?麥克阿瑟在遠(yuǎn)征 65 期間佩戴 HoloLens 頭顯測試 AR 應(yīng)用程序
麥克阿瑟可以通過 HoloLens 以更清晰的視角看美國命運(yùn)號(hào)實(shí)驗(yàn)艙（U.S.Destiny module）。一般來說，研究人員會(huì)靠位于宇航員身后或上方的攝像頭來觀看 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(yàn)室團(tuán)隊(duì)成員清楚、直接地看到她眼前的東西。
CAL 團(tuán)隊(duì)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(dāng)她查看大型電纜時(shí)，團(tuán)隊(duì)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(shè)備維修。
3、通過 VR 技術(shù)來操控機(jī)械臂？
ESA 和 CNES（法國國家空間研究中心）發(fā)起一項(xiàng) Pilote 計(jì)劃，讓宇航員通過 VR 設(shè)備和基于觸覺或者模擬觸摸和運(yùn)動(dòng)的界面來測試遠(yuǎn)程操作機(jī)械臂和航天器，并且優(yōu)化航天器的人體工程學(xué)設(shè)計(jì)。
ESA 宇航員 Thomas Pesquet 和 NASA 宇航員 Megan McArthur 參與了 Pilote 計(jì)劃，他們通過一套由 ESA 實(shí)驗(yàn)研發(fā)的 VR 裝備，操縱機(jī)械臂朝向目標(biāo)移動(dòng)。
▲ ESA 宇航員 Thomas Pesquet 和 NASA 宇航員 Megan McArthur 正在通過 VR 設(shè)備操作機(jī)械臂
在太空環(huán)境中，如何讓宇航員快速了解每個(gè)設(shè)備的具體操作，并且完成設(shè)備檢修是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。但隨著 VR/AR 設(shè)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人機(jī)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(shè)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(shè)備在太空中“神奇”的作用。
1、失去時(shí)間感，用 VR 來衡量時(shí)間的長短
宇航員需要準(zhǔn)確感知環(huán)境中物體的時(shí)間和速度，才能可靠地執(zhí)行任務(wù)。研究表明，我們對(duì)時(shí)間和空間的感知是重疊的，身體運(yùn)動(dòng)的速度可能會(huì)影響人們對(duì)時(shí)間的感知。在太空中，睡眠中斷、晝夜節(jié)律和壓力都有可能對(duì)宇航員的時(shí)間感知造成的影響。
通過宇航員頭戴 VR 頭顯，研究人員希望了解人類在長期暴露在失重環(huán)境中對(duì)時(shí)間發(fā)生什么樣的感知變化，并且如何做到協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。
▲ 日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的宇航員 Akihiko Hoshide 戴著 VR 頭顯和手柄進(jìn)行時(shí)間感知測試
宇航員佩戴 VR 頭顯后，聽取相應(yīng)的指令，并通過 VR 手柄進(jìn)行時(shí)間感知測試。據(jù)報(bào)告顯示，他們會(huì)在飛行期間、發(fā)射前和返回地球之后每月進(jìn)行一次測試，以做好適應(yīng)性評(píng)估。
2、用一部 VR 頭顯讓宇航員愛上運(yùn)動(dòng)
為了給宇航員日常訓(xùn)練提供更好的體驗(yàn)，研究人員想在空間站打造一個(gè) VR 運(yùn)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(xiàng)目受到宇航員的喜愛，則可以成為宇航員未來鍛煉的課程之一。
▲ ESA 宇航員托馬斯?佩斯奎特在發(fā)射前在地面上進(jìn)行了沉浸式運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)
報(bào)告中表示，日常生活中，這種類型的 VR 頭顯也可以使處于封閉或孤立場所的人們加強(qiáng)對(duì)身體的鍛煉能力。
3、360 度記錄，有臺(tái) VR 設(shè)備就能“登上”太空？
《體驗(yàn)國際空間站》是一個(gè)沉浸式 VR 系列紀(jì)錄片，它通過 360 度攝像，記錄了幾個(gè)月來不同宇航員的活動(dòng)，無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(nèi)。
這樣的 VR 視頻可以讓觀眾直觀感受到登上太空會(huì)是什么樣的感覺，并且能讓地球上的觀眾更好地了解太空生活。同時(shí)，這樣的體驗(yàn)可以讓觀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(zhàn)有哪些。
▲ 國際空間站用特殊的 VR 相機(jī)拍攝美國宇航局宇航員杰西卡梅的科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程
這些體驗(yàn)還有可能激發(fā)一些新的研究或計(jì)劃，來改善未來機(jī)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(shè)備不但在日常生活中推動(dòng)著千行百業(yè)發(fā)展，在太空上也同樣參與到宇航員、研究團(tuán)隊(duì)的多種研究中，并且擁有著不同的用途。
結(jié)語：VR/AR 在航天領(lǐng)域有新的應(yīng)用
從 NASA 的報(bào)道中，我們可以看到 VR 設(shè)備在幫助宇航員適應(yīng)環(huán)境變化、AR 設(shè)備在協(xié)助宇航員維護(hù)機(jī)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(shè)備在太空中開發(fā)的功能，如遠(yuǎn)程協(xié)同檢修設(shè)備、VR 運(yùn)動(dòng)等都是一些常見的 VR/AR 設(shè)備功能結(jié)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(yīng)用和落地前景。
當(dāng)下 VR/AR 市場正在迎來一波高速增長的時(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。
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