飛行模擬器已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史，在飛行模擬器中訓(xùn)練飛行員已經(jīng)是一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)，最近，美國海軍空戰(zhàn)中心飛機(jī)分部（NAWCAD）開展了一個(gè)新項(xiàng)目，讓他們的飛行員在載人飛行模擬器（MFS）中以安全且經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行培訓(xùn)、測試軟件和設(shè)備、實(shí)驗(yàn)、開發(fā)飛行包線，甚至調(diào)查航空事故。他們對飛行模擬器進(jìn)行了升級已滿足這些需求。

當(dāng)探索升級現(xiàn)有平臺以滿足所有必要規(guī)范的選項(xiàng)時(shí)，NAWCAD的團(tuán)隊(duì)了解到他們可以自行開發(fā)針對于CMV-22鶚的虛擬現(xiàn)實(shí)與混合現(xiàn)實(shí)模擬運(yùn)動平臺以及軟件，這樣能夠大幅縮減對于現(xiàn)有運(yùn)動平臺升級的成本，然后再根據(jù)需求對其進(jìn)行定制以用于其他飛機(jī)的飛行模擬訓(xùn)練。

“從傳統(tǒng)模擬轉(zhuǎn)型到這種虛擬現(xiàn)實(shí)模擬有很多好處，”載人飛行模擬器的部門主管Matt Mueller說道。“其中最大的好處是，當(dāng)你試圖把越來越多型號的模擬器放入到一個(gè)訓(xùn)練室中時(shí)，僅僅使用一套設(shè)備即可替代多種模擬器是一種巨大的優(yōu)勢。我們可以在訓(xùn)練室中安裝九個(gè)模擬器。但是，如果我們使用投影儀顯示系統(tǒng)，并將其接入到VR/MR平臺，我們就可以安裝更多的運(yùn)動模擬器。它們的維護(hù)成本更低，占地面積更小，并能夠?yàn)槲覀兲峁└喙δ堋！?/p>

馬里蘭州帕塔克森特河海軍航空站載人飛行模擬器的新混合現(xiàn)實(shí)運(yùn)動平臺模擬器。該運(yùn)動平臺結(jié)合了虛擬和混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，被用于CMV-22鶚飛行員的訓(xùn)練。

載人飛行中的VR/MR運(yùn)動平臺

全新的VR/MR運(yùn)動平臺被安裝在曾經(jīng)是載人飛行辦公區(qū)的中心小隔間內(nèi)。平臺被放置于地板上，液壓活塞向上延伸并連接在駕駛艙座椅下方。計(jì)算機(jī)服務(wù)器和設(shè)備隱藏于房間一側(cè)。

飛行員需通過一個(gè)短梯子進(jìn)入座位，一切就位后，飛行員可以戴上虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式顯示器并通過平臺上的控制桿與腳踏板對模擬器進(jìn)行控制。

經(jīng)過短暫的校準(zhǔn)后，飛行員可以環(huán)顧四周，查看駕駛艙的內(nèi)部，以及部署在海上的航空母艦的甲板視圖。飛行員可以在航母上練習(xí)起飛和降落，而其他人可以在幾英尺外的電腦顯示器上觀察飛行員看到的東西。

在VR/MR運(yùn)動平臺模擬器中飛行員可佩戴的Varjo頭戴式顯示器看到精心渲染的航母甲板和移動的海洋，體驗(yàn)練習(xí)起飛和著陸的真實(shí)感受。

面向未來的創(chuàng)新培訓(xùn)

大約18個(gè)月前，VR/MR運(yùn)動平臺模擬器安裝正式開始，但向虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在模擬器方面的應(yīng)用其實(shí)已經(jīng)非常完善了。

“大約四年前，當(dāng)我們的第一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目接近尾聲時(shí)，我們的工作人員說他們真的很喜歡虛擬現(xiàn)實(shí)所帶來的沉浸體驗(yàn)，從那時(shí)開始我們致力于開發(fā)混合現(xiàn)實(shí)概念。”NAWCAD的航空工程師 Robert Calvillo。

“我們讓飛行員進(jìn)入模擬器，戴上虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯，他們能夠看到真實(shí)駕駛艙的擋風(fēng)玻璃外的一切，看到虛擬環(huán)境。模擬器中的駕駛艙內(nèi)部與真實(shí)的世界中一樣，飛行員能夠看到真實(shí)的手部和儀表板。團(tuán)隊(duì)中的每個(gè)人都開始看到虛擬現(xiàn)實(shí)和混合現(xiàn)實(shí)巨大的潛力，因此我們決定進(jìn)一步擴(kuò)展它。”

新型模擬器的巨大潛力

NAWCAD航空力學(xué)部門的飛行動力學(xué)旋翼團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人James Pritchard于2023年1月首次測試了VR/MR平臺，并向團(tuán)隊(duì)提供了反饋，稱視覺場景和船舶模型呈現(xiàn)得非常準(zhǔn)確和可信。

“我們列出了進(jìn)一步開發(fā)所需的項(xiàng)目清單。”Pritchard說，“整體的評估非常優(yōu)秀。這項(xiàng)新技術(shù)有可能徹底改變艦載飛機(jī)環(huán)境中的建模和仿真訓(xùn)練。”

模擬器使用Unity3D引擎進(jìn)行開發(fā)，該引擎也用于游戲行業(yè)這讓整個(gè)模擬畫面非常真實(shí)。Calvillo說他們的另一個(gè)團(tuán)隊(duì)也正在使用虛幻引擎進(jìn)行開發(fā)，這是另一個(gè)廣泛流行的3D引擎，該引擎被多個(gè)游戲制作公司用來做游戲畫面渲染。

此外James Pritchard還提到了使用VR/MR技術(shù)的好處：

強(qiáng)大的適應(yīng)性：只有少數(shù)硬件組件需要替換，以適應(yīng)海軍航空作戰(zhàn)訓(xùn)練中廣泛的T/M/S飛行器，而其余的更改只需以軟件的形式出現(xiàn)。

高保真度：標(biāo)準(zhǔn)駕駛室模擬器在視覺渲染方面受到限制；在艦載環(huán)境中，空勤人員通常會使用非常接近最低點(diǎn)以及光束后面的視覺信息；Varjo頭戴式顯示器能夠以高保真度向空勤人員傳達(dá)這些信息。

靈活性：MR技術(shù)允許工程師以最好的方式顯示信息，或者是人工的，或者是虛擬的，或者兩者兼有。

VR/XR模擬器的下一個(gè)前沿

來自Manned Flight的Matt Mueller表示，聯(lián)合模擬環(huán)境旨在建立僅由混合現(xiàn)實(shí)耳機(jī)組成的整個(gè)設(shè)施:“無需傳統(tǒng)的投影儀或成組顯示系統(tǒng)。”

“我們努力的目標(biāo)是能夠擁有一個(gè)由30多個(gè)模擬器組成的設(shè)施，所有模擬器都可以彼此靠近模擬飛行。”?Mueller說道。

“虛擬現(xiàn)實(shí)頭顯的優(yōu)勢和多功能性以及正在取得的進(jìn)步，將成為更受歡迎的解決方案。”來自NAWCAD的Pritchard說道，他認(rèn)為模擬器也是一種節(jié)約成本的有效措施。

“在海軍航空系統(tǒng)指揮部，我們的主要數(shù)據(jù)來自于飛行測試，這為我們提供了資源密集型的成本和進(jìn)度。而帶有MR頭戴式顯示器的模擬運(yùn)動平臺有可能擴(kuò)大，在某些情況下甚至能夠取代飛行測試，從而幫助我們在數(shù)據(jù)收集的關(guān)鍵方面實(shí)現(xiàn)顯著的成本節(jié)約。”Pritchard說道

“對于更大規(guī)模的海軍艦隊(duì)技術(shù)應(yīng)用，VR/MR模擬器有潛力為訓(xùn)練、評估提供高保真模擬，并成為海軍航空模擬的一個(gè)重大突破。”