NASA-forskare som använder virtual reality-teknik omdefinierar vår förståelse för hur vår galax fungerar.

Med hjälp av en anpassad, 3D-simulering av virtuell verklighet (VR) som animerade hastigheten och riktningen för 4 miljoner stjärnor i det lokala Milky Way-området, astronomen Marc Kuchner och forskaren Susan Higashio fick ett nytt perspektiv på stjärnornas rörelser, förbättra vår förståelse av stjärngrupperingar.

Astronomer har kommit till olika slutsatser om samma grupper av stjärnor genom att studera dem i sex dimensioner med hjälp av pappersgrafer, sa Higashio. Grupper av stjärnor som rör sig tillsammans indikerar för astronomerna att de har sitt ursprung vid samma tid och plats, från samma kosmiska händelse, som kan hjälpa oss att förstå hur vår galax utvecklades.

Goddards virtuella verklighetsteam, sköts av Thomas Grubb, animerade samma stjärnor, revolutionera klassificeringsprocessen och göra grupperingarna lättare att se, sa Higashio. De hittade stjärnor som kan ha klassificerats i fel grupper samt stjärngrupper som kunde tillhöra större grupperingar.

Kuchner presenterade resultaten vid den årliga konferensen American Geophysical Union (AGU) i början av december 2019. Kuchner och Higashio, båda vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, planerar att publicera en artikel om sina resultat nästa år, tillsammans med ingenjör Matthew Brandt, arkitekten för PointCloudsVR-simuleringen de använde.

"Istället för att slå upp en databas och sedan en annan databas, varför inte flyga dit och titta på dem alla tillsammans, " sa Higashio. Hon såg dessa simuleringar hundratals, kanske tusentals gånger, och sa att associationerna mellan grupperna av stjärnor blev mer intuitiva i det konstgjorda kosmos som finns i VR-headsetet. Att observera stjärnor i VR kommer att omdefiniera astronomens förståelse av vissa enskilda stjärnor såväl som stjärngrupperingar.

3D-visualiseringen hjälpte henne och Kuchner att förstå hur det lokala stjärnkvarteret bildades, öppna ett fönster in i det förflutna, sa Kuchner. "Vi hittar ofta grupper av unga stjärnor som rör sig tillsammans, antyder att de alla bildades samtidigt, "Kuchner sa. "Tänket är att de representerar en stjärnbildande händelse. De bildades alla på samma plats samtidigt och så flyttar de tillsammans."

"Planetarier laddar upp alla databaser de kan få tag på och de tar människor genom kosmos, " tillade Kuchner. "Tja, Jag tänker inte bygga ett planetarium på mitt kontor, men jag kan sätta på ett headset och jag är där."

Att förverkliga en vision

Upptäckten förverkligade en vision för Goddards chefsteknolog Peter Hughes, som såg potentialen hos VR att hjälpa till med vetenskapliga upptäckter när han började finansiera ingenjör Thomas Grubbs VR-projekt för mer än tre år sedan under centrets program för intern forskning och utveckling (IRAD) och NASA:s Center Innovation Fund [CuttingEdge, Sommaren 2017]. "Alla våra teknologier möjliggör vetenskapligt utforskande av vårt universum på något sätt, " sa Hughes. "För oss, vetenskaplig upptäckt är en av de mest övertygande anledningarna till att utveckla en AR/VR-kapacitet."

PointCloudsVR-mjukvaran har släppts officiellt och är öppen källkod på NASA:s Github-webbplats:https://github.com/nasa/PointCloudsVR

Vetenskapliga upptäckter är inte den enda som drar nytta av Grubbs labb.

VR- och augmented reality-världarna (AR) kan hjälpa ingenjörer över NASA och utanför, sa Grubb. VR placerar tittaren i en simulerad värld, medan AR överlagrar datorgenererad information till den verkliga världen. Sedan de första "livskraftiga" headseten kom på marknaden 2016, Grubb sa att hans team började utveckla lösningar, som stjärnspårningsvärlden Kuchner och Higashio utforskade, samt virtuella praktiska applikationer för ingenjörer som arbetar med nästa generations prospekterings- och satellitserviceuppdrag.

Tekniska tillämpningar

Grubbs VR/AR-team arbetar nu för att förverkliga de första byråernas virtuella verklighetsmöten, eller designrecensioner, samt stödja uppdrag direkt. Hans kunder inkluderar Restore-L-projektet som utvecklar en uppsättning verktyg, teknologier, och tekniker som behövs för att förlänga satelliternas livslängd, uppdraget Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), och olika planetariska vetenskapsprojekt.

"Hårdvaran är här, supporten är här, ", sa Grubb. "Mjukvaran släpar efter, samt konventioner om hur man interagerar med den virtuella världen. Du har inte enkla konventioner som nyp och zoom eller hur varje mus fungerar likadant när du högerklickar eller vänsterklickar."

Det är där Grubbs team kommer in, han sa. För att övervinna dessa användbarhetsproblem, teamet skapade ett ramverk som heter Mixed Reality Engineering Toolkit och utbildar grupper i hur man arbetar med det. MRET, som för närvarande är tillgänglig för statliga myndigheter, hjälper till med vetenskapsdataanalys och möjliggör VR-baserad ingenjörsdesign:från konceptdesign för CubeSats till simulerad hårdvaruintegration och testning för uppdrag och visualiseringar i omloppsbana som den för Restore-L.

För ingenjörer och missions- och rymdfarkostdesigners, VR erbjuder kostnadsbesparingar i design-/byggfasen innan de bygger fysiska mockups, sa Grubb. "Du måste fortfarande bygga mockups, men du kan räkna ut många av iterationerna innan du går över till den fysiska modellen, " sa han. "Det är inte riktigt sexigt för en vanlig person att prata om kabeldragning, men till en ingenjör, att kunna göra det i en virtuell miljö och veta hur mycket kablage du behöver och hur rutten ser ut, det är väldigt spännande."

I en modell av rymdfarkosten Restore-L, till exempel, Grubb visade hur VR-simuleringen skulle tillåta en ingenjör att "rita" en kabelbana genom instrumenten och komponenterna, och programvaran ger den kabellängd som behövs för att följa den vägen. Verktygsvägar att bygga, reparera, och servicehårdvara kan också utarbetas virtuellt, beroende på om verktyget passar och kan användas i trånga utrymmen eller inte.

Dessutom, Grubbs team arbetade med ett team från NASAs Langley Research Center i Hampton, Virginia, i somras för att ta reda på hur man interagerar med visualiseringar över NASA:s kommunikationsnätverk. Det här året, de planerar att göra det möjligt för människor på Goddard och Langley att fullt ut interagera med visualiseringen. "Vi kommer att vara i samma miljö och när vi pekar på eller manipulerar något i miljön, de kommer att kunna se det, " sa Grubb.

Augmented Science – en bättre framtid

För Kuchner och Higashio, Tanken på att kunna presentera sina resultat i en delad VR-värld var spännande. Och som Grubb, Kuchner tror att VR-headset kommer att bli ett mer vanligt vetenskapligt verktyg i framtiden. "Varför skulle det inte vara ett forskningsverktyg som finns på varje astrofysikers skrivbord, " sa han. "Jag tror att det bara är en tidsfråga innan det här blir vanligt."