战斗机飞行员培训新方案:增强现实模拟假想敌战机

在空战环境中训练顶级飞行员时,通常需要有飞行员驾驶作为假想敌的战斗机。而在训练中扮演敌方非常昂贵且危险。服役于英国皇家空军(RAF)的Daniel Robinson,同时也是Red 6 Aerospace公司的联合创始人兼CEO,开发了一个增强现实平台,名为机载战术增强现实系统(Airborne Tactical Augmented Reality System,简称A-TARS)。它可以为飞行员创建虚拟的对手,例如中国的J-20,用于飞行员的空中对抗训练。

Robinson说:“至关重要的是,我们的竞争对手的创新步伐是如此之快,以至于我们无法准确模拟在任何即将到来的冲突中可能被要求对抗的威胁类型。”

Robinson是第一位与美国空军一起驾驶F-22战斗机的非美国飞行员,他亲眼目睹了所谓的红军对手的需求。“简单来说,战斗机飞行员每次升空训练时,他们都需要飞机和飞行员进行对抗训练,”Robinson在最近的一次采访中说。“如何提供这些对手是一个明确的痛点,不仅对于美国空军,而且对于所有军种和盟军而言都是如此。仅就美国空军而言,这是一个每年要花费数十亿美元的问题,并且由于长期缺乏前线飞行员和机队老化而无法模拟最新的威胁,解决这一问题变得越来越困难。”

通过已获得专利的显示技术,A-TARS系统将虚拟飞机放入飞行员的头盔显示器中。当前的显示系统具有105度的视场角,并集成到了标准的HDU 55头盔系统中。它也能够在日光环境下工作。他说:“我们能够将虚拟飞机带入现实世界,带入飞行员的视线中。”并且,A-TARS还可以用于任何级别的空战飞行员培训。

Robinson受到了Red 6首席产品官Glenn Synder开发的技术的启发。该虚拟现实系统使在英国赛道上的一名赛车手能够同时与身在美国的赛车手竞赛。Robinson说:“两位赛车手都佩戴了基于虚拟现实的头盔,但是却在真实的赛道上驾驶着真正的汽车。”

“他们在这个虚拟世界中同时相遇,并在两条真实的赛道上进行比赛,即使中间隔着大西洋,”他解释说:“这是VR(虚拟现实)领域令人难以置信的首创,是非常重要的技术突破。一看到它,我就开始联想,并问他们:’我可以用飞机替换这些汽车吗?’他们说是的,尽管很复杂,但很有可能。”

Robinson认识到,虚拟现实或真实世界的完全数字化对于进行空中训练的飞行员来说是不可行的。但是增强现实,或将某些虚拟元素叠加到现实世界上,提供了新的思路。他说,Red 6必须解决在户外和高度动态化的环境中使用增强现实的问题,例如每小时飞行数百英里并执行快速机动的喷气式飞机。

Red 6开始了其研发过程,并在2018年Starburst Aerospace加速器的年度East Coast Selection Committee活动中推出了该平台。该公司在洛杉矶的Moonshots Capital领投的种子轮融资中筹集了255万美元,并获得了Austin’s Capital Factory、IronGate Capital Advisors以及其他投资机构的支持。

美国空军注意到了这家公司,特别是当Robinson向空军创新部门AFWERX和空军研究实验室(Air Force Research Laboratory,简称AFRL)提出他的想法时。在今年2月,Red 6 Aerospace对该服务进行了可行性演示,展示了在静态环境中(在停放在机库中的一架试验飞机的驾驶舱中)的增强现实平台的情况。

“我们有试飞学校、AFRL、空战司令部,空军教育训练司令部的代表,”Robinson说:“他们都来看我们的系统。他们能够坐在驾驶舱中,戴上我们设计的头盔,通过增强现实系统,我们能够看到周围的飞机,同时仍然可以看到真实世界。”

在地面演示之后,空军与Red 6公司签署了小型企业创新研究(SBIR)第一阶段合同。本月早些时候,Red 6获得了150万美元的SBIR第二阶段合同。该公司将在接下来的几周内为利益相关者进行空中演示。

“上周,我们在真实飞机和增强现实中进行了世界上首次增强现实空中加油测试,”Robinson说道。“我们飞到了模拟的空中加油机附近,并在旁边加入了模拟的F-22战斗机。我们能够实时围绕加油机进行机动,接近加油机,甚至感受到了加油杆插入我们的飞机。这对我们来说是一个非常激动人心的新世界。我们测试了空中加油训练,但它可以是任何东西,包括一架正在机动的J-20。”

Robinson表示,这家总部位于圣莫尼卡的公司预计将在2020年第一季度筹集A轮资金,以继续开发该技术。

最初发布于2019年11月21日

原文链接: https://www.afcea.org/content/flying-augmented-reality

为战斗机飞行员打造的AR技术 正在让科幻变成现实

科幻流行文化长期以来被增强现实(AR)的未来潜力所吸引。早在20世纪80年代,施瓦辛格的《终结者》就在利用他的机器人视觉来确定那些挡在他道路上的讨厌的人类。从那以后,电影制片人们为我们带来了各种新的科技魔法。比如汤姆克鲁斯在《少数派报告》中的数字界面中挥舞双手,比如罗伯特唐尼的钢铁侠在他具备AR技术的战甲协助下拯救世界。

实际上,早在AR技术引起大众的关注之前,军用飞机已经使用这项技术数十年之久。“它已经存在了将近60年,”BAE Systems战略增长总监Chris Colston说道,该公司为20世纪50年代末推出的强大的布莱克本“海盗”飞机制造了第一台平视显示器。“我们早在这项技术被大众了解前,就提供了AR解决方案。”

实质上,AR将数字信息与现实相结合。而今天,它不仅仅是关乎你所看到的,也关乎你所听到和感受到的。在国防工业中,它用于向战斗机飞行员提供直观的线索,包括音频、视觉和触觉线索。Chris说,这意味着他们可以通过抬头和眼动实现更高效的操作。BAE Systems的下一代头盔Striker II提供了全新的数字化功能,可以带来巨大的战术收益。

Chris解释说,战斗机飞行员在测试条件下工作。他们可能在以每小时超过1,000英里的速度飞行,在亮度过高的阳光下或在黑暗的环境中飞行到40,000英尺的高度。他们需要在身体高度紧张的情况下迅速应对威胁或做出改变,并且必须迅速处理信息。可以提供AR信息的智能头盔能够告诉他们需要知道什么,以及在什么时候需要这些信息。

为了在头盔的透明遮阳板内显示智能信息,工程师们开发出了操纵和引导光线的新方法。飞行员能看到这些有关他们自身状况的信息,并且与看现实世界时的焦距相同,从而减少了频繁重新聚焦眼睛的动作。

工程师们还在头盔中加入了夜视系统, 因此飞行员在黑暗中仍然可以使用AR,并且无需佩戴笨重的夜视镜。飞行员还可以通过3D音频听到哪里可能会出现威胁。“一旦你掌握了操纵声音和消除背景噪音的能力,你也可以增强这些现实,”Chris说。“我们可以提供给飞行员关于潜在威胁的空间感知。”

在飞行员从智能头盔接收到大部分信息时,他也会从驾驶舱内的操纵杆接收到即时的触觉反馈。“因此,飞行员控制杆,或主动感应器将提醒飞行员他们可能会超出飞机的极限,”他说。

在未来,触觉服装可以提供更多的信息,例如,用肩部的敲击以表示威胁,或用触觉手套来绘制手势。“这可以在他们最需要的时候提供直接就能看到或感受到的信息。”

Chris说,他们已经花费了很多年来改进为飞行员提供的增加现实体验,并且这些信息必须被严格控制:“如果你不小心,你可能会用大量的信息来‘轰炸’飞行员。在军事用途中,AR就是为了帮助你做得更好、更快,并且要减少工作量,而不是给他们更多需要思考的东西。”

重要的是,平视显示器只和支持它的底层系统一样智能,并且由一个庞大的战斗系统网络向飞行员提供数据:“它是一个更大的系统的一部分,而不仅仅是一个显示器。”

但现在的挑战是,如何使这种昂贵的技术适用于不同的市场,比如英国皇家海军等其他军事设施、商业航空航天、工厂车间甚至是医疗急救人员。Chris说:“困难在于如何使其便于使用,并且价格实惠。” 他认为,AR将会以更便于穿戴和使用的形式,比如眼镜,被送到军舰的舰桥上使用。

虽然军事领域率先为战场开发了AR技术,但AR技术在消费市场的发展也备受关注。目前,游戏和娱乐领域正在使用复杂的视觉效果并尝试虚拟现实。

“我们最大的收获是,技术必须帮助你做得更好、更快、更安全,才有使用的价值,”Chris总结道。

最初发布于2019年7月18日

原文链接:https://www.telegraph.co.uk/education/stem-awards/defence-technology/augmented-reality-in-the-military/