NASA-wetenschappers die virtual reality-technologie gebruiken, herdefiniëren ons begrip over hoe onze melkweg werkt.

Met behulp van een op maat gemaakte, 3D virtual reality (VR)-simulatie die de snelheid en richting van 4 miljoen sterren in de lokale Melkweg-buurt animeerde, astronoom Marc Kuchner en onderzoeker Susan Higashio kregen een nieuw perspectief op de bewegingen van de sterren, het verbeteren van ons begrip van stergroeperingen.

Astronomen zijn tot verschillende conclusies gekomen over dezelfde groepen sterren door ze in zes dimensies te bestuderen met behulp van papieren grafieken, zei Higashio. Groepen sterren die samen bewegen, geven astronomen aan dat ze op dezelfde tijd en plaats zijn ontstaan, van dezelfde kosmische gebeurtenis, die ons kunnen helpen begrijpen hoe onze melkweg is geëvolueerd.

Goddards virtual reality-team, beheerd door Thomas Grubb, geanimeerd diezelfde sterren, een revolutie teweegbrengen in het classificatieproces en de groeperingen beter zichtbaar maken, zei Higashio. Ze vonden sterren die mogelijk in de verkeerde groepen waren ingedeeld, evenals sterrengroepen die tot grotere groepen zouden kunnen behoren.

Kuchner presenteerde de bevindingen begin december 2019 op de jaarlijkse American Geophysical Union (AGU)-conferentie. Kuchner en Higashio, beide in het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland, van plan zijn om volgend jaar een paper over hun bevindingen te publiceren, samen met ingenieur Matthew Brandt, de architect voor de PointCloudsVR-simulatie die ze gebruikten.

"In plaats van de ene database op te zoeken en dan een andere database, waarom er niet heen vliegen en ze allemaal samen bekijken, " zei Higashio. Ze keek honderden naar deze simulaties, misschien wel duizenden keren, en zei dat de associaties tussen de groepen sterren intuïtiever werden in de kunstmatige kosmos die te vinden is in de VR-headset. Het observeren van sterren in VR zal het begrip van astronoom van enkele individuele sterren en stergroeperingen opnieuw definiëren.

De 3D-visualisatie hielp haar en Kuchner te begrijpen hoe de lokale sterrenbuurt werd gevormd, het openen van een venster naar het verleden, zei Kuchner. "We zien vaak groepen jonge sterren samen bewegen, wat suggereert dat ze allemaal tegelijkertijd zijn gevormd, " zei Kuchner. "De gedachte is dat ze een stervormingsgebeurtenis vertegenwoordigen. Ze zijn allemaal op hetzelfde moment op dezelfde plaats gevormd en dus bewegen ze samen."

"Planetaria uploaden alle databases die ze in handen kunnen krijgen en ze nemen mensen mee door de kosmos, " voegde Kuchner eraan toe. "Nou, Ik ga geen planetarium bouwen in mijn kantoor, maar ik kan een headset opzetten en ik ben er."

Een visie realiseren

De ontdekking realiseerde een visie voor Goddard Chief Technologist Peter Hughes, die het potentieel van VR zag om te helpen bij wetenschappelijke ontdekkingen toen hij meer dan drie jaar geleden begon met het financieren van het VR-project van ingenieur Thomas Grubb in het kader van het IRAD-programma (Internal Research and Development) van het centrum en het Center Innovation Fund van NASA [CuttingEdge, zomer 2017]. "Al onze technologieën maken op de een of andere manier de wetenschappelijke verkenning van ons universum mogelijk, "Zei Hughes. "Voor ons, wetenschappelijke ontdekking is een van de meest dwingende redenen om een ​​AR/VR-mogelijkheid te ontwikkelen."

De PointCloudsVR-software is officieel vrijgegeven en open source op de Github-site van NASA:https://github.com/nasa/PointCloudsVR

Wetenschappelijke ontdekking is niet de enige begunstigde van het laboratorium van Grubb.

De werelden van VR en augmented reality (AR) kunnen ingenieurs bij NASA en daarbuiten helpen, zei Grubb. VR plaatst de kijker in een gesimuleerde wereld, terwijl AR door de computer gegenereerde informatie over de echte wereld legt. Sinds in 2016 de eerste "levensvatbare" headsets op de markt kwamen, Grubb zei dat zijn team begon met het ontwikkelen van oplossingen, zoals de sterrenvolgwereld die Kuchner en Higashio verkenden, evenals virtuele praktische toepassingen voor ingenieurs die werken aan verkennings- en satellietonderhoudsmissies van de volgende generatie.

Technische toepassingen

Het VR/AR-team van Grubb werkt nu aan het realiseren van de eerste virtual reality-bijeenkomsten binnen een bureau, of ontwerprecensies, en directe ondersteuning van missies. Tot zijn klanten behoren het Restore-L-project dat een reeks tools ontwikkelt, technologieën, en technieken die nodig zijn om de levensduur van satellieten te verlengen, de Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) missie, en verschillende planetaire wetenschappelijke projecten.

"De hardware is hier; de ondersteuning is hier, " zei Grubb. "De software loopt achter, evenals conventies over hoe om te gaan met de virtuele wereld. Je hebt geen simpele conventies zoals knijpen en zoomen of hoe elke muis hetzelfde werkt als je met de rechtermuisknop of met de linkermuisknop klikt."

Dat is waar het team van Grubb binnenkomt, hij zei. Om deze bruikbaarheidsproblemen op te lossen, het team creëerde een raamwerk dat de Mixed Reality Engineering Toolkit wordt genoemd en leidt groepen op hoe ermee te werken. MRET, die momenteel beschikbaar is voor overheidsinstanties, helpt bij de analyse van wetenschappelijke gegevens en maakt VR-gebaseerd technisch ontwerp mogelijk:van conceptontwerpen voor CubeSats tot gesimuleerde hardware-integratie en testen voor missies en in-orbit-visualisaties zoals die voor Restore-L.

Voor ingenieurs en ontwerpers van missies en ruimtevaartuigen, VR biedt kostenbesparingen in de ontwerp-/bouwfase voordat ze fysieke mockups bouwen, zei Grubb. "Je moet nog steeds mockups bouwen, maar je kunt veel van de iteraties uitwerken voordat je naar het fysieke model gaat, "zei hij. "Het is niet echt sexy voor de gemiddelde persoon om te praten over kabelgeleiding, maar voor een ingenieur dat in een virtuele omgeving kunnen doen en weten hoeveel bekabeling je nodig hebt en hoe de route eruitziet, dat is heel spannend."

In een mockup van het Restore-L-ruimtevaartuig, bijvoorbeeld, Grubb liet zien hoe de VR-simulatie een ingenieur in staat zou stellen een kabelpad door de instrumenten en componenten te "tekenen", en de software levert de kabellengte die nodig is om dat pad te volgen. Gereedschapspaden om te bouwen, reparatie, en servicehardware ook virtueel uit te werken, tot of het gereedschap wel of niet past en bruikbaar is in kleine ruimtes.

In aanvulling, Het team van Grubb werkte samen met een team van NASA's Langley Research Center in Hampton, Virginia, afgelopen zomer om uit te zoeken hoe te communiceren met visualisaties via NASA's communicatienetwerken. Dit jaar, ze zijn van plan om mensen bij Goddard en Langley in staat te stellen volledig te communiceren met de visualisatie. "We zullen in dezelfde omgeving zijn en wanneer we naar iets in de omgeving wijzen of iets manipuleren, dat kunnen ze zien, ' zei Grubb.

Augmented Science — een betere toekomst

Voor Kuchner en Higashio, het idee om hun bevindingen te kunnen presenteren in een gedeelde VR-wereld was opwindend. En net als Grubb, Kuchner gelooft dat VR-headsets in de toekomst een meer algemeen wetenschappelijk hulpmiddel zullen zijn. "Waarom zou dat geen onderzoeksinstrument zijn dat op het bureau van elke astrofysicus ligt, "zei hij. "Ik denk dat het slechts een kwestie van tijd is voordat dit gemeengoed wordt."