虛擬現(xiàn)實平臺幫助飛行員練習著陸

當飛機在最后的進近段速度過快，難以著陸時，飛行員往往會上仰飛機，以此實現(xiàn)減速降落，這是一種自然的本能反應(yīng)，但卻是十分危險的動作。這也是導(dǎo)致事故的主要原因之一，小型飛機尤其如此。在緩慢的進近-著陸速度下增大飛機的進近角度，很容易造成飛機失速并墜毀。但如果是同樣的情況發(fā)生在1.52 km的高空，情況又會如何呢？

美國國家航空航天局（NASA）阿姆斯特朗飛行研究中心參與合作開發(fā)了一種名為Fused Reality（融合現(xiàn)實）的新型頭戴式虛擬現(xiàn)實工具，其可以幫助軍隊、航空公司的飛行員甚至是業(yè)余航空愛好者練習應(yīng)對在實際飛行中各種潛在危險，而無需真正地面對這些危險。

一直以來，飛行員都會利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)在地面上進行飛行訓練，但固定位置的地面模擬裝置具有一些局限性。首先，“沒有什么值得恐懼的，因為你又不是真實地在駕駛飛機。即便失敗了，你也可以按重置按鈕，再來一次就行了。”阿姆斯特朗飛行研究中心的一位航空工程師布魯斯·科根（Bruce Cogan）這樣說道。但是，模擬裝置只能實現(xiàn)程序設(shè)定好的動作?！耙噩F(xiàn)飛機的真實情況，非常具有挑戰(zhàn)性。比如，在飛行員的著陸訓練中，如果模擬的動態(tài)效果不是很好，那訓練也起不了多大的作用，甚至可能反而有害。”這種新的模擬裝置可以模擬所有的飛機，并在駕駛艙外的真實世界之上再加上一層虛擬現(xiàn)實場景。

“你可以真切感受到你正在駕駛的飛機的動態(tài)。”科根說。也就是說，像側(cè)風這樣的外部因素，以及像飛機如何應(yīng)對各種情況等內(nèi)在因素都是真實的。利用軟件生成的虛擬跑道，“你可以在1.52 km的高空練習著陸，這樣一來，即便失敗了，也不至于損壞飛機。你還可以再來一次?！薄澳憧梢詫崒嵲谠诘乜吹斤w機即

將失速并翻滾，看起來就好像馬上要撞上跑道了”，Systems Technology Inc.（STI）公司的CEO大衛(wèi)·蘭頓（David Landon）補充說道。Fused Reality正是由STI公司開發(fā)的?！岸阋岏{駛員學到的就是，你一定不能出現(xiàn)這種情況。你需要做的就是調(diào)整機翼，使之保持水平，增加空速并復(fù)飛，從而再次嘗試進近。”

科根解釋說，NASA最初對Fused Reality的興趣不在于訓練，而在于評估飛機的飛行狀況。“作為飛行控制和新飛機設(shè)計的一部分，我們讓飛行員來評估飛機的響應(yīng)能力：當飛行員輸入一個控制指令時，飛機是否會做出正確的響應(yīng)？響應(yīng)是否過慢？或者是否過快？”測試這些動作需要實際飛行，而實際飛行往往成本高昂。例如，空中加油不僅需要有第二架飛機的參與（這就意味著成本也會上升），而且還有碰撞的風險，即使飛行員具有豐富經(jīng)驗也是如此。然而，借助虛擬現(xiàn)實平臺，可以模擬出第二架飛機。

加利福尼亞州霍桑市的STI公司與空軍和海軍簽訂了小型企業(yè)創(chuàng)新研究計劃（SBIR）合同，開始著手研究Fused Reality，但在早期階段，F(xiàn)used Reality是用于停在地面上的靜止的運輸器。“他們希望機組成員可以佩戴一種特殊的裝置，他可以通過該裝置掌握機艙內(nèi)部的各種真實情況。例如，當他抬頭看向直升機艙外時，他也能夠看到自己的雙手和他正在扳動的槍支；這時，他看到的其實是一個虛擬世界?！碧m頓解釋說。阿姆斯特朗飛行研究中心的科根團隊想要將模擬裝置帶入空中。因此，STI公司又于2008年獲得了NASA追加的第一階段和第二階段的SBIR合同，以開發(fā)一種可作為飛行模擬裝置的平臺。

蘭頓解釋道，最大的挑戰(zhàn)在于，要決定在未添加虛擬場景的正常情況下看起來該是什么樣，以及在添加虛擬場景之后又該是什么樣。在一般情況下，他們會使用顏色背景，就像電視上看到的天氣預(yù)報氣象圖，在實際拍攝現(xiàn)場是一塊綠幕。但NASA希望飛行員能夠看到擋風玻璃外部的真實場景，因此他們不得不開發(fā)一種可消除亮度和紅外光的新系統(tǒng)。

3年后，阿姆斯特朗飛行研究中心和STI公司通過中心創(chuàng)新基金再次合作，開展了更多的開發(fā)和試飛工作。此次合作取得了很多進展，其中，STI公司的主要工作是使該系統(tǒng)能夠兼容任何類型的飛機，包括那些機上沒有全自動計算機、無法將飛行數(shù)據(jù)輸入虛擬現(xiàn)實模擬裝置的飛機。STI公司調(diào)整了他們的系統(tǒng)，使之可以兼容價格較為低廉的市售成品儀表測量裝置，“該系統(tǒng)基本上就是一個黑匣子，價格大約5000美元，就放在旁邊的座位上。其采集外部GPS信號和內(nèi)部加速計數(shù)據(jù)，并將之輸入到筆記本電腦中”，這可以讓Fused Reality系統(tǒng)了解飛機當前的飛行狀況、位置、速度及翻滾和俯仰情況。

蘭頓說，F(xiàn)used Reality平臺的奇妙之處在于“未來，每架飛機都可以成為自己的模擬裝置”。飛行員和飛機開發(fā)人員利用一個可以在不同飛機之間，甚至與直升飛機之間遷移的系統(tǒng)，就可以在現(xiàn)實環(huán)境下測試和練習各種動作。他指出，該系統(tǒng)可用于飛行員訓練一些高難度、且有可能存在危險性的動作，還可模擬一些通常因風險太大而無法嘗試的極端條件，來測試飛機和訓練飛行員?！氨热?，我想練習在風力狀況非常接近可實際著陸的極限狀況下側(cè)風著陸”，蘭頓說，“如果我使用虛擬跑道來練習，我可以做進近下降，完成一次虛擬觸地”。而由于飛機仍然離地面很高，所以潛在危險實際上非常小。Fused Reality還減少了訓練期間對額外設(shè)備和人員的需求，無論是空中加油所需的加油飛機，還是直升機救援所需的水上人員。

為了進一步降低成本，STI公司設(shè)計的系統(tǒng)幾乎完全可以使用可互換的市售成品組件，無論是虛擬現(xiàn)實耳機，還是標準筆記本電腦。“我們的秘訣在于軟件，在于我們所開發(fā)的算法。對硬件的要求其實不高。”隨著頭戴式顯示器價格的下降，該系統(tǒng)的價格也將比之前更為低廉，他補充道。

該系統(tǒng)現(xiàn)已投入市場。同時，一些飛機制造商也表示有意在其飛機出售之前使用Fused Reality來評估飛機，并輔助開發(fā)諸如平視顯示等功能，這樣，在每一次設(shè)計調(diào)整之后，無需重建顯示器就可以進行測試，這無疑節(jié)約了成本。STI公司也一直在與這些飛機制造商進行洽談。一些飛行員培訓學院也對此表示了興趣。STI公司與約翰遜航天中心簽訂了一項新合同，旨在調(diào)查在國際空間站上如何使用該系統(tǒng)，包括讓宇航員使用該系統(tǒng)，練習空間站機械臂的一些復(fù)雜動作等。

展望未來，科根說，NASA希望將這種新技術(shù)應(yīng)用于耗時更長的航程，例如登陸火星，屆時，F(xiàn)used Reality模擬裝置可以發(fā)揮更多的作用，如提供受損硬件的圖像以支持其相關(guān)修復(fù)工作，甚至還可以為外科手術(shù)或其他醫(yī)療程序提供視覺輔助。