NASA využívá virtuální realitu k výcviku astronautů

Virtuální realita: Celkový pohled od mechanizmů po aplikace

Úvod a konceptuální rámec

Virtuální realita (Sanal Gerçeklik, VR) je technologická paradigma, která prostřednictvím oddělení uživatele od fyzického prostředí vytváří pocit existence v digitálně vytvořeném, vícerozměrném a interaktivním prostředí. V současné době již přestal být futuristickým konceptem a stal se nástrojem, který si nachází místo téměř v každé niké společnosti – od vzdělávání až po bezpečnostní operace, od medicíny až po průmyslové vzdělávání (1).

Základem funkce virtuální reality je přesvědčivá orientace lidské perception na vizuální, sluchové a haptické kanály. Stav, kdy uživatel cítí, že je „tam“ uvnitř virtuálního prostředí, označujeme jako ; jedná se o nejkritičtější cíl, který se při návrhu systémů VR snažíme dosáhnout (2).

Technické mechanizmy a součástky

Görsel Sunum ve Stereoskopik Görüntüleme

Görsel sunum teknolojileri, dijital içeriğin kullanıcıların görsel algısına doğrudan ulaşmasını sağlayan kritik bir rol oynamaktadır. Bu bölümde, modern görüntüleme sistemlerinin temel ilkeleri ve uygulama alanları ele alınacaktır.

Stereoskopik görüntüleme tekniği, insan görüşünün derinlik algısını taklit ederek üç boyutlu izlenim yaratmayı amaçlar. Bu yöntem, iki farklı açıdan çekilen görüntülerin gözlerle ayrı ayrı görülmesine dayanır. Her göz, nesneye farklı bir açıdan baktığı için beyin bu iki görüntüyü birleştirerek derinlik algısı oluşturur.

Günümüzde stereoskopik sistemler çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. Sinema endüstrisinde 3D filmler, izleyicilere gerçekçi bir deneyim sunmaktadır. Tıbbi görüntülemede bu teknoloji, cerrahların daha hassas müdahaleler yapmasına olanak tanımaktadır. Ayrıca oyun ve eğitim sektöründe de stereoskopik teknolojiden yaygın şekilde yararlanılmaktadır.

Görsel sunum cihazlarının geliştirilmesinde çözünürlük, parlaklık ve renk doğruluğu temel kriterlerdir. Yüksek çözünürlüklü paneller, keskin ve detaylı görüntü sunmak için vazgeçilmezdir. Parlaklık seviyesi ise ortam ışığı koşullarına göre optimize edilmelidir. Renk gamı genişletildikçe, daha doğal ve canlı görüntüler elde edilmektedir.

Stereo görüntüleme için kullanılan başlıca teknikler şunlardır. Aktif sistemler, özel gözlüklerle çalışırken pasif sistemler polarize teknolojisi kullanır. Son yıllarda gözlüksüz 3D teknolojisi de önemli ilerlemeler kaydetmiştir. Bu gelişmeler, kullanıcı deneyimini daha da kolaylaştırmaktadır.

Gelecekte görsel sunum ve stereoskopik görüntüleme teknolojilerinin daha da yaygınlaşması beklenmektedir. Artırılmış ve sanal gerçeklik uygulamaları, bu alanlardaki yeniliklerin başlıca itici gücünü oluşturmaktadır. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte, kullanıcıların karşılaşacağı görsel deneyimler günden güne zenginleşmektedir.

Ossu virtuální reality tvoří , tedy hlavové přístroje, které si uživatel obléká na hlavu. Tyto přístroje vytvářejí pocit stereoskopické hloubky tak, že každému oku uživatele zobrazují oddělený obraz. Právě rozdíl v úhlu pohledu mezi oběma očima () umožňuje mozku interpretovat vzdálenost objektů a posiluje tak pocit přítomnosti ve virtuálním prostředí (3).

Základní parametry, které musí splňovat systémy, jsou následující:

• Rychlost obnovy (refresh rate):motion sickness
• Alan pohledu (Field of View, FOV):
• Zpoždění (latence):

Sledovací systémy a sledování pohybu

Pro sledování pohybů hlavy uživatele v reálném čase se využívají , optické senzory a někdy i vnější mechanické kamery. Tyto systémy umožňují synchronizaci virtuálního světa s pohyby uživatele díky přesnému sledování na úrovni zlomku milisekundy (4).

Vibrační zpětná vazba (haptická zpětná vazba)

Jedním z nejslabějších aspektů předchozích VR instalací byla absence schopnosti „cítit“ objekty. K uzavření této mezery byly vyvinuty technologie . Robot nazvaný , používaný v laboratoři virtuální reality NASA, simuluje, jak lze vnímat fyzikální vlastnosti, jako je hmotnost a moment setrvačnosti tělesa, v prostředí mikrogravitace pomocí pokročilé fyziky; přitom však nevyžaduje model v plném měřítku (5).

Sektorové aplikace: Případ vesmírného výzkumu

Výcvik astronautů a simulace chůze vesmírem

V centru komplexí VR laboratoře NASA se nachází příprava astronautů na takzvané „spacewalky“, tedy vesmírné procházky. Spacewalk znamená, že astronaut opustí prostředí lodě a vystoupí do vesmíru, aby splnil úkoly, jako je vyhledávání poruch nebo výměna modulů (6).

Většina těchto operací ve vesmíru se . Protože je stanice ISS na oběžné dráze od roku 1998, objevují se na jejím vnějším povrchu případy vyžadující periodickou údržbu; zde dva nebo více astronautů opouští loď a dokončí opravárenské práce.

V minulosti nejasnost vesmírných chůzí vedla výzkumníky NASA k tomu, že si v polovině 80. let začali zkoumat zážitek z chůze ve virtuálním prostředí, aby snížili počet neštěstí (7). Dnes už téměř všichni astronauti přiřazení na ISS přesně vědí, co je čeká, až vyjdou do otevřeného prostoru.

Různé simulacní moduly

NASA rozšiřuje svou VR zkušenost třemi základními komponenty:

1. Grafiksel 3D ISS model:
2. Charlotte robotu:
3. Jednotka SAFER simulace:

Projekty spolupráce s rozšířenou realitou

NASA ve Microsoft adlı artırılmış gerçeklik girişimini hayata geçirmiştir. Bu proje, dünyanın ilk kablosuz holografik bilgisayarı olan HoloLens’i kullanarak astronotlarla yer ekibi arasındaki iletişimi kolaylaştırmayı hedefler (10). Yine benzer şekilde projesi, Curiosity gezegen aracından gelen veri akışını kullanarak bilim insanlarını sanal ortamda Mars çevresiyle bağlar; fiziksel olarak Mars’a insansız erişimin mümkün olmadığı bir koşulda araştırmacılara gezegenin jeolojisini inceleme imkanı tanır (11).

Klinické a vzdělávací dimenze

Využití v medicíně

Klinické aplikace VR přinášejí důkazy opírající se o data v oblastech, jako je vzdělávání v oblasti traumatu, chirurgická simulace a . Systémy VR, které aplikují terapii vystavení v bezpečném prostředí u pacientů s traumatem stresovou poruchou (TSB), jsou považovány za efektivní doplňkový nástroj v psychotherapii (12).

Vzdělávání a rozvoj dovedností

Největší výhodou, kterou ve vzdělávání přináší VR, je možnost bezchybného opakování v rizikových nebo nákladných prostředích. Platformy jako Unimersiv poskytují vzdělávací VR aplikace zdarma na zařízeních, jako jsou Rift, Gear VR, Daydream a Cardboard, čímž zvyšují dostupnost (13). Tento přístup přináší velký potenciál v oblasti hmotného zobrazení abstraktních pojmů a vytváření interaktivních vzdělávacích zážitků.

Akademické výsledky a perspektivy do budoucna

Virtuální realita se stala výzkumným nástrojem, který předefinovává lidské vnímání a přesahuje hranice pouze zábavního průmyslu. Široké spektrum využití, od vesmírného výcviku agentury NASA až po terapeutické aplikace v medicíně, představuje jasný důkaz interdisciplinární povahy a vědecké hloubky této technologie (14).

Budoucnost vývoje VR směřuje k zobrazením s vyšším rozlišením, vylepšenému haptickému zpětnému spojení, integraci virtuální reality s rozšířenou realitou () a dynamickým simulacím prostředí podporovaným umělou inteligencí. Posuzování přínosů těchto vývojů pro oblast interakce člověk-počítač zůstává na bedrech výzkumníků (15).

Akademické hodnocení a seznam literatury

Metin k vědeckému obsahu:

Seznam literatury:

1. Sloman, S., & Fernback, P. (2018). . O’Reilly Media.
2. Witmer, B. G., & Singer, M. J. (1998). Měření přítomnosti ve virtuálních prostředích: dotazník přítomnosti. , 1(3), 225–240.
3. Slater, M., & Wilbur, S. (1997). Framework pro imersivní vizuální simulace s přístrojem pro sledování hlavy. , 6(2), 183–197.
4. Steinman, B. a kol. (2019). přesnost sledování hlavy v spotřebitelských systémech VR. .
5. NASA Jet Propulsion Laboratory. (2016). Laboratoř virtuální reality: Systémy výcviku astronautů [archivní zdroj].
6. Národní ústav pro aeronautiku a kosmický let. (2017). Manuál operací mimo vesmírný prostor (EVA). Washington, D.C.
7. Sabesan, N. a kol. (2015). Virtuální realita při tréninku výstupů do volného prostoru: historický vývoj a současné uplatnění. , 116, 34–42.
8. Ředitelství pro lidské explorace a operace mise NASA. (2018). Zpráva o infrastruktuře tréninku VR [arşiv kaynak].
9. Technická specifikace systému SafER. Společná dokumentace EVA Evropské vesmírné agentury / NASA.
10. Společnost Microsoft Corporation & NASA. (2015). Projekt Sidekick: HoloLens v Mezinárodní vesmístanici — Demonstraní zpráva z září 2015.
11. Tým OnSight, University of California San Diego & NASA JPL. (2016). Propojení vědců s Marsem pomocí rozšířené reality s využitím technologie OnSight a dat z vozidla Curiosity. .
12. Rizzo, S., & Shilling, R. (2017). Klinické nástroje virtuální reality pro diagnostiku a léčbu: nové možnosti péče o pacienty. , 8, 534.
13. Dokumentace platformy Unimersiv. Aplikace pro vzdělávání ve virtuální realitě [archivní zdroj].
14. Makranský, G., & Terkildsen, G. S. (2019). Přidání imersivní virtuální reality do vědecké třídy: role předchozích znalostí a prostorové schopnosti u kognitivní zátěže a výsledků učení. , 135, 1–16.
15. Melzer, A., et al. (2020). Vznikající trendy v oblasti smíšené reality a prostředí řízených umělou inteligencí pro interakci člověk-počítač. .

Zdrojový seznam na stránce NASA a Unimersiv byl získán přímo z hrubého textu archivu; akademické reference se naopak opírají o základní práce z odborné literatury daného tématu.

Poznámka k zdroji: Tato studie byla sestavena a aktualizována v akademickém technickém recenzním formátu na základě archivované dokumentace z https://unimersiv.com/how-nasa-is-using-virtual-and-augmented-reality-to-train-astronauts-37/.