Исследуйте Вселенную с помощью виртуальной реальности

 

Вы плывете в космосе прямо над Землей. Международная космическая станция находится на расстоянии вытянутой руки. Вы поворачиваете голову только для того, чтобы увидеть луну, крохотный кружок вдалеке. Вы не можете не думать, что это, вероятно, то, что космонавт увидел бы во время космической прогулки.

Это начало путешествия в космос в виртуальной среде, разработанной учеными EPFL.

Теперь, впервые, вы можете войти в самую полную виртуальную вселенную, основанную на последних астрофизических и космологических данных, благодаря мощному программному обеспечению с открытым исходным кодом, разработанному в Лаборатории астрофизики EPFL (LASTRO). Программное обеспечение называется VIRUP, от Virtual Reality Universe Project, и первая бета-версия выходит сегодня.

«Вы можете перемещаться по самой подробной карте Вселенной, не выходя из собственного дома», – объясняет Жан-Поль Кнейб, директор LASTRO. «Это шанс путешествовать в пространстве, во времени и открывать вселенную».

Задача VIRUP: визуализировать терабайты данных сразу

Астрономы и астрофизики собирают данные о миллиардах небесных объектов в ночном небе с помощью телескопов здесь, на Земле, и в космосе. Данные наблюдений накоплены уже десятилетиями. В ближайшем будущем ожидается еще больший объем данных.

Чтобы получить визуальное представление огромных объемов данных, таких как фильм, стандартной практикой является предварительный рендеринг определенных последовательностей. Но как насчет создания визуального представления данных в реальном времени, как если бы вы были там, наблюдателем в произвольной точке пространства и времени? Это то, что астрофизик Ив Реваз из LASTRO намеревался сделать с VIRUP с помощью инженера-программиста LASTRO Флориана Кэбота, и это означало рендеринг терабайтов данных со скоростью 90 кадров в секунду. Последнее ограничение накладывается средой виртуальной реальности для полного погружения и плавного взаимодействия.

«Визуализация астрофизических данных намного доступнее, чем отображение графиков и рисунков, это помогает развить интуицию сложных явлений», – поясняет Реваз. «VIRUP – это именно способ сделать все наши астрофизические данные доступными для всех, и это станет еще более важным, поскольку мы будем строить более крупные телескопы, такие как Square Kilometer Array, которые будут генерировать огромные объемы данных».

Астрофизические, космологические данные и моделирование

На данный момент VIRUP уже может визуализировать данные из более чем 8 баз данных, объединенных вместе. Обзор Sloan Digital Sky Survey включает более 50 миллионов галактик и 300 миллионов объектов в целом. Данные Gaia о галактике Млечный Путь состоят из 1,5 миллиардов источников света. Миссия Planck включает в себя спутник, который измеряет первый свет Вселенной после Большого взрыва, называемый космическим микроволновым фоновым излучением. Также существует Открытый каталог экзопланет, в котором собраны различные источники данных об экзопланетах. Другие базы данных включают репертуар из более чем 3000 спутников, вращающихся вокруг Земли, а также различные скины и текстуры для визуализации объектов.

VIRUP также отображает наборы данных современных и научно обоснованных симуляций, основанных на исследованиях. Вы можете наблюдать за галактикой Млечный Путь и ее будущим столкновением с галактикой Андромеды, нашим галактическим соседом, также известным как M31. Вы также можете увидеть огромные части космической паутины – нитевидные крупномасштабные структуры, которые простираются по всей Вселенной – которые возникают в течение миллиардов лет, на основе моделирования из набора данных под названием IllustrisTNG, который состоит из 30 миллиардов смоделированных частиц. Основная задача – обеспечить плавный переход от одной базы данных к другой.

«Мы рассматривали возможность использования существующих графических движков для визуализации данных, но в конце концов я разработал один специально для этого проекта. Он гибкий, мы можем добавлять больше данных по мере его поступления, и он адаптирован для астрономии », – объясняет Кэбот. «В этом первом выпуске VIRUP я сосредоточился на рендеринге статических данных, поэтому взаимодействие с данными все еще немного грубо, а рендеринг симуляций, например, еще не может происходить в реальном времени».

Конечно, можно только перемещаться по данным и симуляциям, импортированным в VIRUP. Например, вы можете посетить 4500 открытых экзопланет, но то, как они выглядят, – это впечатления художников, полученные в результате наблюдений. Вы также можете перемещаться по 50 миллионам галактик, измеренным на данный момент с помощью Sloan Digital Sky Survey, но фактические данные имеют ограниченное разрешение, и это ограничивает количество деталей, которые можно показать в их виртуальном представлении. При этом все еще существует огромное количество данных, которые можно изучить с помощью VIRUP. Некоторые из следующих шагов могут заключаться во включении баз данных объектов в нашей солнечной системе, таких как все астероиды, или различных других объектов в галактике, таких как туманности и пульсары.

Гибкая иммерсивная виртуальная среда

Для полного погружения в 3D и 360 градусов вам потребуются очки VR и компьютер для запуска движка VIRUP, а также место для хранения выборки астрофизических и космологических данных.

VIRUP также может создавать виртуальную вселенную в других средах VR, таких как купол, который особенно полезен для таких мест, как планетарии, панаромы, пещеры и полупещеры. Переход открытого программного обеспечения от довольно личного и изолированного опыта использования очков виртуальной реальности к коллективному театральному опыту, предлагаемому куполами и пещерами, стал возможен благодаря сотрудничеству между учеными LASTRO и исследователями из Лаборатории экспериментальной музеологии EPFL (eM +) и финансированию за счет начального финансирования EPFL для поддержки междисциплинарных проектов.

«Речь идет об обнаружении данных. Иммерсивная система означает, что вы можете воплотить данные, которые сильно влияют на то, как вы на самом деле воспринимаете данные », – говорит художник Сара Кендердин, возглавляющая eM +.

 

⏬