Bedre end virkeligheden:NASA-forskere bruger virtual reality for at gøre en videnskabelig opdagelse

NASA-forskere, der bruger virtual reality-teknologi, omdefinerer vores forståelse af, hvordan vores galakse fungerer.

Ved hjælp af en tilpasset, 3D virtual reality (VR) simulering, der animerede hastigheden og retningen af ​​4 millioner stjerner i det lokale Mælkevejskvarter, Astronom Marc Kuchner og forsker Susan Higashio fik et nyt perspektiv på stjernernes bevægelser, forbedre vores forståelse af stjernegrupperinger.

Astronomer er kommet til forskellige konklusioner om de samme grupper af stjerner ved at studere dem i seks dimensioner ved hjælp af papirgrafer, sagde Higashio. Grupper af stjerner, der bevæger sig sammen, indikerer for astronomerne, at de opstod på samme tid og sted, fra den samme kosmiske begivenhed, som kan hjælpe os med at forstå, hvordan vores galakse udviklede sig.

Goddards virtual reality-team, ledet af Thomas Grubb, animerede de samme stjerner, revolutionerer klassificeringsprocessen og gør grupperingerne nemmere at se, sagde Higashio. De fandt stjerner, der kan være blevet klassificeret i de forkerte grupper samt stjernegrupper, der kunne tilhøre større grupperinger.

Kuchner præsenterede resultaterne på den årlige American Geophysical Union (AGU) konference i begyndelsen af ​​december 2019. Kuchner og Higashio, begge på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, planlægger at udgive et papir om deres resultater næste år, sammen med ingeniør Matthew Brandt, arkitekten for den PointCloudsVR-simulering, de brugte.

"I stedet for at slå en database op og derefter en anden database, hvorfor ikke flyve dertil og se på dem alle sammen, " sagde Higashio. Hun så disse simuleringer i hundredvis, måske tusindvis af gange, og sagde, at associationerne mellem grupperne af stjerner blev mere intuitive inde i det kunstige kosmos, der findes i VR-headsettet. At observere stjerner i VR vil omdefinere astronomens forståelse af nogle individuelle stjerner såvel som stjernegrupperinger.

3D-visualiseringen hjalp hende og Kuchner til at forstå, hvordan det lokale stjernekvarter blev dannet, åbne et vindue ind i fortiden, sagde Kuchner. "Vi finder ofte grupper af unge stjerner, der bevæger sig sammen, tyder på, at de alle blev dannet på samme tid, "Kuchner sagde. "Tænkningen er, at de repræsenterer en stjernedannelsesbegivenhed. De blev alle dannet på det samme sted på samme tid, og så flytter de sammen."

"Planetarier uploader alle de databaser, de kan få fat i, og de fører folk gennem kosmos, " tilføjede Kuchner. "Nå, Jeg har ikke tænkt mig at bygge et planetarium på mit kontor, men jeg kan tage et headset på, og jeg er der."

Realisering af en vision

Opdagelsen realiserede en vision for Goddards chefteknolog Peter Hughes, som så potentialet i VR til at hjælpe med videnskabelig opdagelse, da han begyndte at finansiere ingeniør Thomas Grubbs VR-projekt for mere end tre år siden under centrets Internal Research and Development (IRAD) program og NASA's Center Innovation Fund [CuttingEdge, Sommeren 2017]. "Alle vores teknologier muliggør den videnskabelige udforskning af vores univers på en eller anden måde, " sagde Hughes. "For os, videnskabelig opdagelse er en af ​​de mest overbevisende grunde til at udvikle en AR/VR-kapacitet."

PointCloudsVR-softwaren er officielt frigivet og open source på NASAs Github-side:https://github.com/nasa/PointCloudsVR

Videnskabelig opdagelse er ikke den eneste, der nyder godt af Grubbs laboratorium.

VR og augmented reality (AR) verdenerne kan hjælpe ingeniører på tværs af NASA og videre, sagde Grubb. VR sætter seeren ind i en simuleret verden, mens AR overlejrer computergenereret information til den virkelige verden. Siden de første "levedygtige" headsets kom på markedet i 2016, Grubb sagde, at hans team begyndte at udvikle løsninger, ligesom den stjernesporingsverden Kuchner og Higashio udforskede, samt virtuelle praktiske applikationer til ingeniører, der arbejder på næste generations udforsknings- og satellitservicemissioner.

Tekniske applikationer

Grubbs VR/AR-team arbejder nu på at realisere de første bureauer inden for virtual reality-møder, eller designanmeldelser, samt at støtte missioner direkte. Hans kunder inkluderer Restore-L-projektet, der udvikler en række værktøjer, teknologier, og teknikker, der er nødvendige for at forlænge satellitternes levetid, missionen Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), og forskellige planetariske videnskabsprojekter.

"Hardwaren er her; supporten er her, " sagde Grubb. "Softwaren halter, samt konventioner om, hvordan man interagerer med den virtuelle verden. Du har ikke simple konventioner som knib og zoom, eller hvordan hver mus fungerer på samme måde, når du højreklikker eller venstreklikker."

Det er her Grubbs hold kommer ind, han sagde. For at overvinde disse brugervenlighedsproblemer, holdet skabte en ramme kaldet Mixed Reality Engineering Toolkit og træner grupper i, hvordan man arbejder med det. MRET, som i øjeblikket er tilgængelig for offentlige myndigheder, hjælper med videnskabsdataanalyse og muliggør VR-baseret ingeniørdesign:fra konceptdesign til CubeSats til simuleret hardwareintegration og test til missioner og visualiseringer i kredsløb som den til Restore-L.

For ingeniører og missions- og rumfartøjsdesignere, VR tilbyder omkostningsbesparelser i design/byggefasen, før de bygger fysiske mockups, sagde Grubb. "Du skal stadig bygge mockups, men du kan regne ud mange af gentagelserne, før du går over til den fysiske model, " sagde han. "Det er ikke rigtig sexet for den gennemsnitlige person at tale om kabelføring, men til en ingeniør, at være i stand til at gøre det i et virtuelt miljø og vide, hvor meget kabler du har brug for, og hvordan ruten ser ud, det er meget spændende."

I en mockup af Restore-L rumfartøjet, for eksempel, Grubb viste, hvordan VR-simuleringen ville give en ingeniør mulighed for at "tegne" en kabelbane gennem instrumenterne og komponenterne, og softwaren giver den kabellængde, der er nødvendig for at følge den vej. Værktøjsstier til at bygge, reparation, og servicehardware kan også udarbejdes virtuelt, ned til, om værktøjet passer og kan bruges i trange rum.

Ud over, Grubbs team arbejdede med et team fra NASAs Langley Research Center i Hampton, Virginia, sidste sommer for at finde ud af, hvordan man interagerer med visualiseringer over NASAs kommunikationsnetværk. Dette år, de planlægger at gøre det muligt for folk hos Goddard og Langley at interagere fuldt ud med visualiseringen. "Vi vil være i det samme miljø, og når vi peger på eller manipulerer noget i miljøet, det vil de kunne se, " sagde Grubb.

Augmented Science - en bedre fremtid

For Kuchner og Higashio, idéen om at kunne præsentere deres resultater i en fælles VR-verden var spændende. Og ligesom Grubb, Kuchner mener, at VR-headset vil være et mere almindeligt videnskabeligt værktøj i fremtiden. "Hvorfor skulle det ikke være et forskningsværktøj, der er på skrivebordet af enhver astrofysiker, " sagde han. "Jeg tror, ​​det er bare et spørgsmål om tid, før det her bliver almindeligt."