帥炸了！NASA用了AR，誰都能去火星探險了

文/VR次元 孫實

作為美國科幻大片經常出現的角色，NASA對新技術已經達到了痴迷的程度，而在VR元年，它理所當然地會把VR和AR研究一遍。

VR和AR最大的作用是創造一個虛擬的世界，而在這個虛擬的世界裡，你可以做任何事情。NASA也正是利用VR和AR的這種特性，來幫助宇航員、普通人體驗前所未有的「太空之旅」。

HoloLens：從空間站到火星

11月7日，在紐約大學的一個活動上，來自NASA下屬噴氣推進實驗室（JPL）的遊客正體驗走在火星上、操作登陸車的感覺。JPL下屬操作實驗室創意總監馬休?克勞森與JPL實習生、紐約大學畢業生馬里吉克?喬利茨馬共同展示了HoloLens的研究和探索能力。這種設備可將來自火星表面的虛擬圖像投射到真實世界中。

克勞森與喬利茨馬都戴著HoloLens頭盔，他們的虛擬視覺場景則被投射到身後的大屏幕上，以便觀眾可以分享他們的視覺體驗。他們首先演示了OnSight，即在虛擬空間重建火星表面，這種技術可幫助研究人員為「好奇」號火星探測器設定目標和路線。OnSight技術最近已經在肯尼迪航天中心推出，遊客可在這裡隨著巴茲?奧爾德林（首位登月宇航員）的全息投影遊覽火星。

奧爾德林的身影出現在火星上

在此之前，研究人員已經根據火星探測器經過的漫長、平坦路線，繪製出火星表面的大致景觀。克勞森的團隊發現，當研究人員處於虛擬火星場景中可以環顧周圍時，在確定距離方面準確度可提高2倍，確定火星特定位置角度的精確度提高了3倍。而且研究人員（包括地質學家）發現它們使用工具變得更自然。

喬利茨馬說：「當科學家們首次使用HoloLens頭盔時發生的最有意思的一件事情是，他們意識到自己可以跑到山頂上，以獲得現場空間意識。因此，只要他們戴上頭盔，立即就可以開始使用它，並以空間的方式思考它。」克勞森也說：「這是第一個線索，表明我們正朝著正確的方向邁進。」

克勞森與喬利茨馬還演示了HoloLens的第二個應用，他們稱之為Project Sidekick。通過觀察宇航員的動作，研究圖表以及額外信息，可以幫助專家通過複雜程序指導國際空間站上的宇航員執行任務。儘管克勞森與喬利茨馬無法現場演示這種技術，但他們分享了Project Sidekick測試的照片和視頻。

利用HoloLens體驗失重

首先，這種技術在NASA極限環境使命行動(NEEMO)中進行測試。NEEMO是模擬空間站的水下設施，這裡的研究人員可被遙控指導進行診斷和治療闌尾炎，還可以執行其他任務。接著，這種技術又在失重模擬飛機中測試，最後在國際空間站上進行測試，宇航員斯科特?凱利（Scott Kelly）曾帶著頭盔與地面通訊。

有了HoloLens的指導，NEEMO中的宇航員可以在1個小時內就完成預定任務。而過去依照書面程序指導時，他們需要花費4個小時時間才能完成。在國際空間站上，打開艙口和滅火等行動都非常複雜，需要執行多個步驟程序，而Project Sidekick可以幫助節省大量時間。

克勞森與喬利茨馬演示的第三個HoloLens應用名為Protospace，可以讓工程師在設計太空船或其他機械時，探查它們的詳盡模型。研究人員已經利用Protospace設計地表水和海洋地形(SWOT)衛星，美國宇航局打算2020年發射它，用以觀察氣候變化對海洋的影響。此外，研究人員還利用其設計美國宇航局Mars 2020探測器以及環繞木星衛星Europa旋轉的大型軌道器，前者將前往火星表面收集樣本帶回地球。

克勞森與喬利茨馬展示了虛擬版的Mars 2020，我們可以從不同角度查看它，甚至可以放大，並可將其懸於觀眾的頭頂。喬利茨馬說：「Protospace改變了太空船設計，允許機械工程師們協同製作與真實物體差不多大的可視化模型，並賦予其時尚感。這是他們以前從未做到過的，除非他們花費大量時間和資金進行3D列印。」

Protospace可讓研究人員看到，與正常的2D模型相比，如何能讓零部件更好地配合起來。研究人員可以協同製作模型，或練習棘手的安裝任務。紐約大學工程系的學生們本學期幫助創建了設計界面需要的工具欄。克勞森說：「我已經等不及看到人類真正踏足火星的那一天。實際上，那裡不僅將有宇航員，還有地球上數以百萬計不受線纜限制的人。對於他們來說，從火星表面飛過、幫助宇航員收集數據都將是安全的。」

克勞森澄清說，火星數據將被軌道器收集，包括小衛星和火星表面探測器，但卻可以通過那些虛擬前往火星表面的人核實。他表示：「不止JPL的人，或世界上其他航空機構的人，我們認為將來所有人都可以虛擬體驗火星之旅。任何擁有沉浸技術的人，都可以參加到新世界的探索中來。」

NASA的VR訓練場

NASA有一個大型的VR實驗室，主要目的是訓練宇航員進行太空行走。當宇航員離開太空船環境，進入太空中，執行一些任務（例如更換空間飛行器上出毛病的模塊）的時候，就要進行太空行走。太空行走最常見的地方是國際空間站（ISS，多國合作構建的人造衛星）。自1998年以來，ISS就一直在軌道上運行，所以當這顆衛星的外部需要進行維修的時候，兩個（或更多）宇航員就會從ISS里鑽出來，進行太空行走，開展維修工作。

NASA利用PS VR訓練宇航員

在過去，如果你以前沒有進行過太空行走，你就不知道它會是什麼樣。所以，為了防止災難事故的發生，從20世紀80年代中期就開始，美國宇航局的研究人員就在尋找讓宇航員體驗太空行走的方法。你可以在NASA的VR實驗室看到他們的研究成果。現在，部署到 ISS上的幾乎每個宇航員都知道從ISS出來時會是什麼感覺。

NASA的VR實驗室為宇航員提供了豐富的VR體驗。它是一個傳統的圖形三維 ISS環境，使用頭盔、觸覺反饋手套和運動跟蹤器為宇航員提供走到ISS外面的虛擬體驗。它對ISS的每個部分都進行了完整建模，有各種電纜和組件。因此宇航員穿戴上這些裝備後就可以在虛擬空間中行走，抓取物體，還可以細緻地探索空間站。這是為了讓他們適應ISS的外部結構，這樣他們進行太空行走時，就不會出現「找不到方向」的問題。

以前的VR設置存在一個明顯的缺點 ——你無法感覺對象，而夏洛特（Charlotte）機器人可以解決這個問題。它是一個網狀結構，由中央計算機控制，使用先進物理學來模擬物體在空間微重力作用中的感覺，包括它們的質量、慣性矩等等。夏洛特機器人的中心就是被模擬的對象。這個機器人的奇妙之處在於，它並不需要全尺寸的等高模型。

NASA的 VR實驗室還有一個虛擬SAFER（Simplified Aid for EVA Rescue）單元。宇航員從ISS鑽出，步入太空，進行太空行走的模擬過程也有它的參與。在理想情況下，宇航員要使用氮推進的SAFER系統返回空間站，因此相關的VR體驗就涉及這個單元的部署，以及如何找到回ISS的路線。