虛擬現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，以此實現減速降落，這是一種自然的本能反應，但卻是十分危險的動作。這也是導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了一種名為Fused Reality（融合現實）的新型頭戴式虛擬現實工具，其可以幫助軍隊、航空公司的飛行員甚至是業余航空愛好者練習應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實技術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，模擬裝置只能實現程序設定好的動作。“要重現飛機的真實情況，非常具有挑戰性。比如，在飛行員的著陸訓練中，如果模擬的動態效果不是很好，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實場景。

“你可以真切感受到你正在駕駛的飛機的動態。”科根說。也就是說，像側風這樣的外部因素，以及像飛機如何應對各種情況等內在因素都是真實的。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。”“你可以實實在在地看到飛機即

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·蘭頓（David Landon）補充說道。Fused Reality正是由STI公司開發的。“而你要讓駕駛員學到的就是，你一定不能出現這種情況。你需要做的就是調整機翼，使之保持水平，增加空速并復飛，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計的一部分，我們讓飛行員來評估飛機的響應能力：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？響應是否過慢？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驗也是如此。然而，借助虛擬現實平臺，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創新研究計劃（SBIR）合同，開始著手研究Fused Reality，但在早期階段，Fused 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。”蘭頓解釋說。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，以開發一種可作為飛行模擬裝置的平臺。

蘭頓解釋道，最大的挑戰在于，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報氣象圖，在實際拍攝現場是一塊綠幕。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一種可消除亮度和紅外光的新系統。

3年后，阿姆斯特朗飛行研究中心和STI公司通過中心創新基金再次合作，開展了更多的開發和試飛工作。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、無法將飛行數據輸入虛擬現實模擬裝置的飛機。STI公司調整了他們的系統，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信號和內部加速計數據，并將之輸入到筆記本電腦中”，這可以讓Fused Reality系統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，Fused 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，就可以在現實環境下測試和練習各種動作。他指出，該系統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。“比如，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公司設計的系統幾乎完全可以使用可互換的市售成品組件，無論是虛擬現實耳機，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，該系統的價格也將比之前更為低廉，他補充道。

該系統現已投入市場。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，并輔助開發諸如平視顯示等功能，這樣，在每一次設計調整之后，無需重建顯示器就可以進行測試，這無疑節約了成本。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，旨在調查在國際空間站上如何使用該系統，包括讓宇航員使用該系統，練習空間站機械臂的一些復雜動作等。

展望未來，科根說，NASA希望將這種新技術應用于耗時更長的航程，例如登陸火星，屆時，Fused Reality模擬裝置可以發揮更多的作用，如提供受損硬件的圖像以支持其相關修復工作，甚至還可以為外科手術或其他醫療程序提供視覺輔助。