智東西（公眾號：zhidxcom）
編譯 |?徐珊
編輯 | 云鵬
通過VR設(she)備看(kan)電影，利用AR眼(yan)鏡檢修設(she)備，這些都已經(jing)成為(wei)現(xian)實中比較常見的VR/AR設(she)備落地應用場景，但如果(guo)這一切(qie)在太空上發生(sheng)呢？
智東西(xi)10月(yue)18日消息，NASA近日在官網發布報(bao)道，為人們揭秘(mi)了九(jiu)種在太空中運用VR/AR技(ji)(ji)術的場(chang)景(jing)。其中，不但有VR/AR設備幫助宇航員(yuan)適應(ying)太空微(wei)重力（microgravity）場(chang)景(jing)，而且宇航員(yuan)利用VR/AR設備來檢修儀(yi)器(qi)，甚至還以(yi)一些神奇的方式(shi)運用VR/AR技(ji)(ji)術。
一、VR/AR設備協助失重環境下的研究和訓練
我們知(zhi)道，太(tai)空(kong)和地球表面的(de)環境并(bing)不相同，地球表面約(yue)為1G重力環境，而(er)太(tai)空(kong)處(chu)于(yu)近似真空(kong)狀態。航天(tian)員長期處(chu)于(yu)微重力環境中，他們需(xu)要在(zai)吃、穿、住、行上適(shi)應失重的(de)情況。
在(zai)NASA的(de)(de)文件中，他(ta)們想通(tong)過(guo)VR/AR設(she)備來觀察航(hang)(hang)天員(yuan)在(zai)失重(zhong)情況下身體的(de)(de)變化，這些研究能夠幫助航(hang)(hang)天員(yuan)更好(hao)的(de)(de)適(shi)應無重(zhong)力環境。
1、通過VR/AR頭顯讓宇航員更快適應環境變化
長期失(shi)重的(de)環(huan)境(jing)如何影(ying)響(xiang)(xiang)宇(yu)航員(yuan)的(de)身體感知，這對(dui)他們的(de)判(pan)斷信息帶(dai)來哪些影(ying)響(xiang)(xiang)？研究(jiu)人員(yuan)一直關(guan)注重力變化如何影(ying)響(xiang)(xiang)宇(yu)航員(yuan)的(de)信息判(pan)斷能力。
他們通(tong)過(guo)(guo)VR設備收集(ji)宇航員(yuan)在(zai)日常(chang)訓練和空間站期間的相(xiang)關數據信息，以找尋(xun)幫助宇航員(yuan)盡(jin)快適應環(huan)境變(bian)化的方法，并且(qie)通(tong)過(guo)(guo)VR設備幫助宇航員(yuan)在(zai)失(shi)重的環(huan)境中更好地控制前進的方向。
▲NASA宇(yu)航(hang)(hang)員Chris Cassidy佩戴VR頭(tou)顯，參與(yu)探索失重的(de)狀態如(ru)何影響宇(yu)航(hang)(hang)員的(de)運動、方向和(he)距離感知(zhi)的(de)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）發布了一(yi)項(xiang)有(you)關于航天員(yuan)在失重環境下抓(zhua)握力(li)的研(yan)究（GRASP）。
正(zheng)常情況下，當(dang)人們伸(shen)手去抓一個物體(ti)時，人們的大腦會根據視覺和聽覺等感官信息來協調手部(bu)運動，同時需要預估力(li)度大小(xiao)。但在太空環境中，宇航員們難以估計重力(li)環境的變化，從而也無法準確判斷力(li)量的大小(xiao)。
▲ESA的Alexander Gerst正在通過VR頭(tou)顯參與適應失重的研究(jiu)。
現在(zai)，ESA希望(wang)研究宇(yu)航(hang)員通(tong)過佩(pei)戴VR頭顯伸手去(qu)拿虛擬物(wu)體的(de)(de)過程，更好(hao)地(di)了(le)解重力感知在(zai)失重環境中的(de)(de)作用，嘗試幫助(zhu)宇(yu)航(hang)員去(qu)適應(ying)環境變(bian)化所帶來的(de)(de)影(ying)響(xiang)。
3、通過VR/AR頭顯了解宇航員的抓地力變化
宇航員(yuan)在月球或(huo)者火星(xing)上遇到的(de)微重力環(huan)境(jing)都有所不(bu)同(tong)，他們抓(zhua)取同(tong)一個物體所需要的(de)力度也同(tong)樣會(hui)發生改變，但(dan)在未知的(de)太(tai)空環(huan)境(jing)中，常(chang)常(chang)需要宇航員(yuan)自己的(de)判斷需要力度大小。
歐洲(zhou)航(hang)天局在(zai)GRIP調查中同樣研究(jiu)太空飛行狀態下如何影響宇航(hang)員(yuan)抓(zhua)取(qu)或者(zhe)操控物(wu)體，并試圖解決(jue)宇航(hang)員(yuan)在(zai)不同重力水平的環(huan)境之間移動時可能面臨(lin)的潛在(zai)挑戰。
歐洲航天(tian)局(ju)的(de)Luca Parmitano曾佩戴VR護(hu)目(mu)鏡參與到GRIP調查中，并(bing)提供相關數據信息以(yi)(yi)供研究。由此可見(jian)，VR設備可以(yi)(yi)幫助(zhu)宇航員更(geng)好地判(pan)斷所(suo)處環(huan)(huan)境的(de)重力情況以(yi)(yi)及(ji)更(geng)快地適應(ying)不同的(de)環(huan)(huan)境。
▲ESA的Luca Parmitano為GRIP佩(pei)戴VR護目(mu)鏡。
二、AR技術讓宇航員化身為“維修工”？
不僅VR設(she)備在(zai)航(hang)天探索中大顯身手，AR設(she)備也同樣(yang)(yang)在(zai)太空(kong)中起(qi)到了一(yi)定的作用(yong)。在(zai)日常生活(huo)中，AR設(she)備常常用(yong)于工廠中遠程(cheng)專家診(zhen)斷技術，太空(kong)中AR眼(yan)鏡(jing)和(he)VR頭顯一(yi)樣(yang)(yang)可以幫助宇航(hang)員維護一(yi)些(xie)機器設(she)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）的宇航員Soichi Noguchi收(shou)到(dao)一項(xiang)任務——他(ta)需要在太空中維修一部T2跑步機。
一般來(lai)說，為了方便(bian)用(yong)戶(hu)在計算(suan)機(ji)或平板上閱(yue)讀，檢查(cha)程序的文件通常(chang)采(cai)用(yong)PDF格式，但(dan)人們在狹小空間內一邊(bian)查(cha)閱(yue)操作指南(nan)，一邊(bian)檢查(cha)設備(bei)時，很有可能因操作不當導致設備(bei)損失。而在微(wei)重(zhong)力的太(tai)空環(huan)境中，宇航員的操作將會(hui)更加不容易。
但(dan)AR設備將這一過程精簡化。戴上AR眼鏡后，會(hui)有3D提(ti)示(shi)將宇航員(yuan)的視(shi)線引導到適當的位置(zhi)，并直接顯(xian)示(shi)說明。該(gai)設備還能按照宇航員(yuan)的口頭(tou)指令(ling)或者根(gen)據(ju)正在執行的程序步(bu)驟在硬(ying)件上顯(xian)示(shi)文本或者標注信(xin)息。
此(ci)外(wai)，該系統還會(hui)提供(gong)其(qi)他方面的(de)信息，如(ru)教(jiao)學(xue)視頻和系統覆蓋圖等，以協助維修。
Noguchi佩戴(dai)上AR眼鏡后，不需要其他額外(wai)的(de)指令(ling)或設備(bei)與地面團(tuan)隊溝(gou)通，就可(ke)以直接獲得分步指導，按(an)照相(xiang)應的(de)提示完(wan)成工作。
他在維修過程(cheng)中使用的(de)(de)是T2 AR設(she)備(bei)。這(zhe)是該(gai)設(she)備(bei)第一次出現在太空上(shang)，它是基于微軟的(de)(de)HoloLens AR眼鏡(jing)研(yan)發，并搭載(zai)了NASA開發的(de)(de)新型程(cheng)序跟蹤軟件，可(ke)以讓宇航員對主要(yao)的(de)(de)機(ji)組進行無人(ren)協助的(de)(de)維護和檢查。
“AR設(she)備可以讓(rang)我們預裝一些指導和專業知識程序，”約翰遜(xun)國際空間(jian)站科(ke)學家Bryan Dansberry說，“空間(jian)站是(shi)測試AR系(xi)統和改進這些設(she)備的完美平臺(tai)，同時也(ye)為宇(yu)航員需要它們的時候做好準備。現(xian)在(zai)的這些測試有助(zhu)于(yu)(yu)研發出成熟的軟件和AR技術，讓(rang)世界(jie)各地(di)處于(yu)(yu)偏遠(yuan)地(di)區的人們都(dou)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(cang)搭建(jian)冷(leng)原子(zi)實驗(yan)室(shi)（CAL），這是地球(qiu)軌(gui)道上第(di)一個量子(zi)科學實驗(yan)室(shi)，其大小與迷你冰(bing)箱差(cha)不多，可以做一些探(tan)索原子(zi)基本(ben)行為和特(te)性的實驗(yan)。今年(nian)7月，冷(leng)原子(zi)實驗(yan)室(shi)團隊成功演示(shi)了通過(guo)AR頭顯輔助宇航員進行艙(cang)上升級活動的過(guo)程。
宇航員梅根·麥克阿瑟（Megan McArthur）在戴上微軟HoloLens后，從(cong)CAL內部取出了一塊硬(ying)件，并用新的(de)替換了它。
▲美國(guo)宇(yu)航局宇(yu)航員梅根·麥克阿瑟在遠征(zheng)65期(qi)間佩(pei)戴HoloLens頭(tou)顯測試AR應用程(cheng)序。
麥(mai)克阿瑟可以通過HoloLens以更清(qing)晰(xi)的視角看美國命運號實(shi)驗艙(cang)（U.S.Destiny module）。一般來說，研究人員(yuan)會靠位于宇航員(yuan)身后或(huo)上方的攝(she)像頭(tou)(tou)來觀(guan)看CAL儀器，這樣的圖像會有(you)所遮擋。擁有(you)頭(tou)(tou)顯以后，頭(tou)(tou)顯上的一個小型前(qian)置攝(she)像頭(tou)(tou)可以讓冷(leng)原子實(shi)驗室團隊成(cheng)員(yuan)清(qing)楚(chu)、直接(jie)地看到(dao)她眼前(qian)的東西。
CAL團隊還可以在(zai)麥克阿(a)瑟(se)的(de)畫面視野中添(tian)加像文(wen)本或(huo)繪圖的(de)虛擬(ni)信息。當她查看大型電纜時，團隊成(cheng)員(yuan)可以在(zai)她的(de)視野中添(tian)加一個箭頭，指定(ding)要(yao)拔掉特定(ding)電纜或(huo)剪斷扎帶，幫助其完成(cheng)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(zhong)心(xin)）發(fa)起一(yi)項Pilote計劃，讓宇航(hang)員(yuan)通過(guo)VR設備(bei)和基于觸覺(jue)或者模擬觸摸和運動的界面來測試(shi)遠程操(cao)作(zuo)機械臂和航(hang)天(tian)器，并(bing)且(qie)優化(hua)航(hang)天(tian)器的人體工(gong)程學設計。
ESA宇航(hang)(hang)員Thomas Pesquet和NASA宇航(hang)(hang)員Megan McArthur參(can)與了Pilote計劃，他們通過一(yi)套由ESA實驗研(yan)發(fa)的VR裝備，操(cao)縱機械(xie)臂朝向(xiang)目標移動。
▲ESA宇(yu)航(hang)(hang)員(yuan)Thomas Pesquet和NASA宇(yu)航(hang)(hang)員(yuan)Megan McArthur正在通過VR設(she)備操作機械臂。
在(zai)太(tai)空環境中，如何讓宇(yu)航(hang)員(yuan)快速了(le)解每個(ge)設備(bei)的具(ju)體操作，并且完(wan)成(cheng)設備(bei)檢修(xiu)是一(yi)項艱巨的任務(wu)。但隨(sui)著VR/AR設備(bei)的加入，這一(yi)難(nan)題有了(le)新的解決方法，讓宇(yu)航(hang)員(yuan)和地面人員(yuan)更好地通過人機交互(hu)形式(shi)完(wan)成(cheng)操作。
三、拍電影、測時間，VR/AR在太空中還有三大神奇玩法
VR/AR設備(bei)除了能(neng)幫宇航員完(wan)成(cheng)一(yi)些在地面上也能(neng)完(wan)成(cheng)的(de)事情外(wai)，還(huan)能(neng)干些什(shen)么？事實(shi)上，NASA還(huan)為(wei)我們揭秘了一(yi)些VR/AR設備(bei)在太空中(zhong)“神(shen)奇(qi)”的(de)作用。
1、失去時間感，用VR來衡量時間的長短
宇(yu)航員需(xu)要準確感(gan)(gan)知環境(jing)中物體(ti)的(de)(de)(de)時(shi)間(jian)(jian)和速度(du)，才能可靠地執行(xing)任務。研(yan)究表明，我們對時(shi)間(jian)(jian)和空間(jian)(jian)的(de)(de)(de)感(gan)(gan)知是重(zhong)疊的(de)(de)(de)，身體(ti)運動的(de)(de)(de)速度(du)可能會影響人們對時(shi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)感(gan)(gan)知。在太空中，睡眠中斷(duan)、晝夜節律和壓(ya)力都有可能對宇(yu)航員的(de)(de)(de)時(shi)間(jian)(jian)感(gan)(gan)知造(zao)成的(de)(de)(de)影響。
通(tong)過宇航員頭戴VR頭顯，研(yan)究人(ren)員希(xi)望了解人(ren)類在長期暴露在失重環境中(zhong)對時(shi)間發生什么樣的感(gan)知變化，并(bing)且如(ru)何做到(dao)協調運動。
▲日(ri)本宇(yu)宙航(hang)空研究開發機構的宇(yu)航(hang)員(yuan)Akihiko Hoshide戴著VR頭顯和(he)手柄(bing)進行(xing)時間(jian)感知測試。
宇航員佩戴VR頭(tou)顯后，聽取(qu)相應的(de)指令，并通過VR手(shou)柄進行時間感知測(ce)試。據報告顯示，他們會在飛行期(qi)間、發射(she)前和返回地球之(zhi)后每月進行一次測(ce)試，以(yi)做好適應性(xing)評估。
2、用一部VR頭顯讓宇航員愛上運動
為(wei)了給(gei)宇(yu)航(hang)員日常訓練提供更好的體驗，研究人員想(xiang)在(zai)空間站(zhan)打(da)造(zao)一(yi)個VR運動環境，試圖提升宇(yu)航(hang)員在(zai)鍛煉時的體驗。如(ru)果該項目(mu)受到宇(yu)航(hang)員的喜愛(ai)，則(ze)可(ke)以成(cheng)為(wei)宇(yu)航(hang)員的鍛煉課程(cheng)之一(yi)。
▲ESA宇航(hang)員托馬斯·佩(pei)斯奎特(te)在發射前在地面上進行(xing)了沉(chen)浸式運動實驗。
報告(gao)中(zhong)表(biao)示，日常(chang)生活中(zhong)，這種類型的(de)VR頭顯也可以使處(chu)于(yu)封(feng)閉(bi)或孤(gu)立場所的(de)人們加強(qiang)對身體的(de)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(jian)站(zhan)》是一個沉浸式VR系列紀錄片，它通過360度攝像，記(ji)錄了幾(ji)個月來不(bu)同宇航員的活動，無論是在空間(jian)站(zhan)上探索(suo)，還(huan)是進行太空行走都在其拍攝范圍內。
這樣(yang)的(de)VR視頻可以(yi)讓觀眾直觀感(gan)受(shou)到登上太(tai)空(kong)(kong)會(hui)是什么(me)樣(yang)的(de)感(gan)覺，并且能讓地(di)球上的(de)觀眾更好地(di)了解太(tai)空(kong)(kong)生活。同時(shi)，這樣(yang)的(de)體(ti)驗(yan)可以(yi)讓觀眾清楚目前的(de)航天探索工(gong)作、宇航員之間(jian)的(de)互(hu)動面臨的(de)挑戰有哪(na)些。
▲國際空間(jian)站用特(te)殊的VR相機(ji)拍攝美(mei)國宇(yu)航(hang)局宇(yu)航(hang)員杰西(xi)卡梅的科(ke)學實驗(yan)過(guo)程。
這些(xie)體驗還有(you)可能(neng)激(ji)發一些(xie)新的(de)研究(jiu)或計劃，來改善未(wei)來機組(zu)人員(yuan)在太空中(zhong)的(de)環境(jing)，并(bing)探索一些(xie)與重力有(you)關的(de)研究(jiu)。
VR/AR設(she)備不但(dan)在日常(chang)生(sheng)活(huo)中(zhong)推動著千行百(bai)業發展，在太空上(shang)也(ye)同樣參(can)與到(dao)宇航員、研究(jiu)團隊的多種研究(jiu)中(zhong)，并且擁(yong)有(you)著不同的用途。
結語：VR/AR在航天領域有新的應用
從NASA的(de)報道(dao)中，我們可以看到VR設備在幫助宇航員適應環境變化、AR設備在協助宇航員維護機器檢(jian)修，甚至(zhi)在一(yi)些(xie)未知的(de)領域都有不同程度的(de)探索。
目(mu)前，VR/AR設(she)備在(zai)太空中(zhong)開發(fa)的(de)功(gong)能，如遠程協同(tong)檢修設(she)備、VR運動(dong)等都(dou)是一(yi)些(xie)常見的(de)VR/AR設(she)備功(gong)能結合航天領域特點(dian)，獲得新的(de)功(gong)能，這同(tong)樣揭示了(le)VR/AR技術廣(guang)泛的(de)應(ying)用(yong)和(he)落地前景。
當下VR/AR市場正(zheng)在迎來一(yi)波高速增長的時期，眾多玩(wan)家紛紛涌入這一(yi)賽(sai)道，如(ru)何讓VR/AR技(ji)術融入千行百業(ye)里，NASA給出(chu)了航(hang)天業(ye)的答卷。
來源：NASA官網
