能把VR玩得這麼6的，也只有NASA了

文/VR次元 孫實

作為美國科幻大片經常出現的角色，NASA對各種新技術已經達到了痴迷的程度，VR、AR自然也是目標之一。

其實，從上個世紀80年代開始，NASA就已經致力於各種虛擬現實原型設備的開發，在宇航員的訓練和指導中都扮演了重要的作用。（關注VR次元微信公眾號：qqtechvr，查看更多VR趣聞）

早期NASA用VR來做宇航員訓練方面的工作

如今，隨著一波消費級VR設備的發售，NASA也和一些知名的VR公司合作，無論是宇航員還是太空愛好者，都有了更酷的體驗。從宇航員訓練到模擬火星生存，VR的功能都被發揮到極致，遠遠超出VR在其他領域方面的應用。

2016年年底，NASA飛行項目副總指揮Josh Kinne表示，隨著許多VR設備已經商品化，NASA會有更多的機會接觸這些能夠帶來3D沉浸式體驗或者具有重要意義的VR應用。

Ed McLarney是NASA的信息技術專家，他正在帶頭研究VR技術。Ed McLarney表示，沉浸式技術正變得普遍起來，我們希望幫助員工思考，如何以安全可靠的方式最大化地利用這項技術。未來就在這裡，我們必須把握住它，這是又一次改變遊戲規則的機會。

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。

HoloLens幫了大忙

2016年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山上

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。

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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。」

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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。」

危險的活讓機器人去干，用VR來指揮

太空環境的複雜程度遠程人類的想像，各種輻射、隕石碎片襲擊都有可能會對宇航員造成致命的傷害，因此機器人成為了代替宇航員執行任務的不二選擇，而利用VR可以讓機器人在執行任務時，更加精細化。

2015年年底，NASA攜手索尼開發了一款名為Mighty Morphenaut的應用，操作員可以帶上VR設備遠程操控太空機器人執行任務。

在虛擬世界中，程序員們重新塑造了有機器人存在的太空艙，這樣宇航員們就能學會操控機器人在太空環境中完成一系列高危任務。

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Mighty Morphenaut可以在PS4上運行，帶上PlayStation VR之後，你就可以環顧四周並根據虛擬環境中發生的事做出實時判斷。

通過控制器對機器人發出指令後，它就會模擬你的動作來執行任務。不過由於操作員和太空中的機器人距離較遠，所以機器人的動作還是有些延遲。

不過據稱NASA已經考慮到了這個問題，並在程序中加入了「幽靈手」功能，這樣就能減小延遲，操作員也能更清晰的掌握外太空的情況。

NASA用VR在CES大放異彩

2016年的CES展會上，VR成為了最大的看點，已經在VR上取得諸多成就的NASA，租用了一個三平米的小型展位，來展示自家的VR應用。

上圖是NASA的VR項目，用戶通過頭戴設備可以看到火星車從火星拍攝到的真實場景。

上圖是NASA的AR應用，在手機上下載NASA的應用之後，對準卡片，卡片就會成為你手機中的火星車。

按照NASA的說法：「我們並不是來賣東西的，而是想讓人們提高對 NASA 的認識，讓人們知道我們是怎麼探索太空的，我們一點兒也不神秘。」

從上面的種種案例可以看出，NASA VR應用的技術含量已經遠遠超出了面向消費者的公司，畢竟NASA沒有太多的商業壓力，並且匯聚了全球的頂尖人才，可以一心一意想著如何能利用VR、AR技術改善當前航天航空方面的不足。但這一切僅僅是一個開始，VR、AR未來將幫助我們更加大膽地探索太空上的未知領域。