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Training für Astronauten Virtuelle Welten und 3-D-Objekte für die Raumfahrt

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Im Hybrid Reality Lab der NASA treffen VR-Techniken und gescannte 3-D-Objekte zusammen: Astronauten bekommen eine realistische Visualisierung mit einem taktilen Feedback.

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Die internationale Raumstation ISS: Astronauten können mit VR-Technik und 3-D-Objekten den Einsatz auf der Raumstation trainieren.
Die internationale Raumstation ISS: Astronauten können mit VR-Technik und 3-D-Objekten den Einsatz auf der Raumstation trainieren.
(Bild: NASA / CC0 )

Die NASA dringt mit bemannten Missionen immer tiefer in unbekannte Regionen unseres Sonnensystems vor. Dabei wollen die Forscher Wege finden, um bei der Ausbildung der Astronauten Kosten zu senken und trotzdem effizient die klassische Ausbildung weiter beschreiten.

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Gerade die Erforschung des Mars steht dabei im Fokus, bei der Missionen Monate oder Jahre dauern. Hier hilft die virtuelle Realität, um die Trainingserfahrung in verschiedenen Simulationen so realistisch wie möglich zu gestalten.

Kommerzielle VR-Techniken mit gescannten 3-D-Objekten

Dazu gründete die NASA im Jahr 2015 das Hybrid Reality Lab. Hier können kommerzielle VR-Techniken mit gescannten 3-D-Objekten kombiniert werden. Ziel war es, eine realistische Visualisierung und ein taktiles Feedback mit dem 3-D-Objekt zu kombinieren. Dazu verwendet das Labor speziell angefertigte Headsets und eine benutzerdefinierte VR-Rendering-Software, um Schulungsumgebungen für die Nutzer zu erstellen.

Ein wichtiges Ziel ist es, reduzierte Schwerkraft und das Gefühl taktilen Feedbacks zu simulieren. Im Moment arbeitet eine Zweigstelle am Johnson Space Center an der Fertigstellung des sogenannten „Response Gravity Offload System“, auch ARGOS genannt.

„Im Wesentlichen handelt es sich dabei um eine Haltevorrichtung (Bildergalerie), die am Rücken befestigt wird, Körpergewicht reduziert und die Dynamik in vertikaler und horizontaler Richtung reguliert. Für die Astronauten fühlt es sich an, als ob sie sich im Gravitationsfeld des Monds, des Mars, im Mikrogravitationsfeld oder irgendwo dazwischen befinden“, erzählt Matthew Noyes, führender Softwareentwickler am Hybrid Reality and Advanced Operational Concepts Lab der NASA.

Virtuelle Umgebung der ISS

Virtual Reality wurde mit dem ARGOS-System zusammengeführt, sodass sich der Nutzer über die geschaffene dreidimensionale Welt in der International Space Station (ISS) bewegen kann. Und die ISS bewegt sich innerhalb des virtuellen Headsets um ihn herum. Verschiedene Anwendungen wurden bereits erstellt, um das Potenzial der hybriden Realität vorzuführen. Die International Space Station war das erste Versuchsobjekt. Entstanden ist eine dynamische Simulation der meisten internen Module, in denen sich die Astronauten aufhalten.

Die Benutzer können zusammen mit anderen Menschen in der virtuellen Realität üben und zusammenarbeiten. Das funktioniert selbst dann, wenn sie sich auf völlig unterschiedlichen Teilen der Erde befinden.

Es ist sogar möglich, dass sich Privatpersonen von ihrem Zuhause mit ihrem eigenen Headset in einen Server einloggen und den Astronauten in Echtzeit bei ihrem Training zusehen können. Die NASA verfügt bereits über spezielles Werkzeug, wie beispielsweise den Weltraumbohrer „Pistol Grip Tool“, der für Bohrschrauben verwendet wird. Außerdem besitzt die NASA ein Mehrzweckwerkzeug, das bei EVA = Extravehicular Activities, also Außenbordarbeiten und Andockprozessen, verwendet wird.

Reale Gegenstände scannen

In der Entwicklung befinden sich zudem weitere Werkzeuge: Eine Laser-Radar-Pistole, die Röntgenstrahlen verwendet, um Gesteins- und Bodenzusammensetzungen zu bestimmen. Entwickelt wurde die Pistole auf Grundlage von im Handel verfügbaren Werkzeugen, die auf der Erde verwendet werden und ähnliche Fähigkeiten besitzen. Dieses Werkzeug wurde mit dem portablen 3-D-Streifenlichtscanner Artec Space Spider gescannt, um hochrealistische Farbmodelle zu erstellen und sie für das Simulationstraining in eine virtuelle Umgebung zu importieren. Neben dem Scanner verwendet das Labor die 3-D-Modellierungssoftware Artec Studio, um Punktwolken zu erzeugen, Datenrauschen zu entfernen und das entstandene Polygonnetz mit Farbe zu versehen.

„Das Hybrid Reality Lab nutzt den Scanner zum einen, weil er für die Ausleuchtung mit LEDs ausgestattet und somit für das Augenlicht unbedenklich ist“, sagt Frank Delgado, Geospatial Information Technology Lead bei SERVIR, einem Joint Venture zwischen der NASA und der amerikanischen Agency for International Development. „Zum anderen konnte der Scanner auch die Anforderungen an Genauigkeit erfüllen und ist in der Lage, kleine und mittlere Objekte zu scannen.“

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