直击运动捕捉系统模拟航天员在轨操作全过程

文章来源:中国航天报 发布时间:2014-08-27

戴着数据头盔,穿着一身黑色劲装的李涛缓缓伸出一只手,做出一个托举动作,伴随着动作,他身上的28个红色感应器不停闪动。此时,墙壁上的大屏幕显示着一个卡通人物正做着和李涛一样的动作。这种似曾相识的场景,仿佛科幻片中的人机交互。

试验人员身穿动作捕捉服正在模拟空间站内操作

李涛和同事李志海正在使用的这套装备叫做运动捕捉系统,它是中国航天科技集团公司五院载人航天总体部空间站维修性验证实验室的“秘密武器”,用于模拟航天员在轨操作全过程。地面仿真航天员的在轨操作,听起来是一件很酷而又极具科技感的事情。

试验团队正在检查设备

这套系统分为软件与硬件两大部分。其中,硬件包括数据头盔、数据手套、动作捕捉服和双目摄像机等部分。操作时,试验人员的每一个动作,都会通过身上的28个感应器,被环绕四周摆放的14台双目摄像机快速捕捉到,并实时传送到操作电脑上。软件系统则是这些试验的运行平台,既要“搭建”试验虚拟场景,还要生成和驱动“数字航天员”。

试验人员正在调节双目摄像机

李涛在运动捕捉区进行操作的时候,画面会同期出现“天宫一号”或者“神舟飞船”的内部3D效果图。他在“地面”进行的每一项操作,“天宫一号”内的“航天员”也会同步进行。通过两斤多重的数据头盔,李涛能够以第一视角看到舱内的实时场景,这样能确保他做出的动作和“在轨航天员”的一样。试验人员“一举一动”的数据被采集后,科研人员会对数据进行再分析,并将分析结果用于设计可行的空间站在轨操作方案。

同时,这套软件系统还是一个“大数据”。因为每次地面仿真和在轨飞行的试验数据都会被存储起来,这些数据可以为后续航天器设计和航天员在轨活动提供有力支撑。

试验人员在进行业务探讨

2012年,载人航天总体部启动了该系统的建设,并在2013年投入使用,尽管“服役”时间不长,但这套设备已经立下了汗马功劳。2013年6月14日,神舟十号航天员在太空中对天宫一号内装饰材料进行了更换,拆除原来铺设的软质地板,换上硬质地板和新的限位装置。在航天员进行“装修”之前,载人航天总体部利用运动捕捉系统在地面模拟进行了“太空装修”,为航天员的工作提供了更加科学化的建议和技术保障。

站在动作捕捉区中央的试验人员英姿威武

据该实验室主任魏传锋介绍,这套系统目前应用于前期方案的论证、评价与型号的设计。科研人员以往在型号设计过程中凭的是经验,但理论上设计出来的“完美产品”不一定能够契合实际应用。同时,各个分系统设计好了,总装时还会发生互相掣肘的事情,为此,返工情况也曾发生。而随着数字化设计的不断推广,通过三维虚拟手段在方案阶段提前验证设计是否合理,成为既省时又省事的选择。(陈龙 黄煜瑜 文 宿东 摄影)