研究员探索HoloLens 2 空客A400M大飞机维护解决方案

　　现代飞机的维修是一个复杂的过程，而可以直接在视场叠加3D信息可视化的AR头显可以大大优化飞机机械师的维修和维护工作。指令、显示器和技术工具等虚拟元素可以通过手势、声音和注视控制来操作。在微软HoloLens 2等增强现实系统的帮助下，弗劳恩霍夫通信、信息处理和人机工程学研究所的研究人员开发了用于维护空客A400M的概念和解决方案。

　　现代飞机配备了无数的机械和电子组件。对于空客A400M等飞机，发动机本身由1万多个独立部件组成。所以，维修和保养飞机是一项艰巨的任务。迄今为止，印刷版操作手册一直是指导飞机机械师的重要工具。然而，这种纸质手册十分麻烦，特别是在需要同时引用多个手册的情况之中。

　　在像驾驶舱这样狭窄的地方，处理文件会导致空间问题和缺乏清晰度。另外，复杂装配任务的二维描述并不总是清晰明了，并可能会产生误导。在最坏的情况下，这可能导致维护错误。

　　然而，对于微软HoloLens 2等AR设备，虚拟3D指南可以直接呈现在用户的视场之中，从而解决上述问题。长远来看，这种全息解决方案有望取代2D维护说明。

　　弗劳恩霍夫通信、信息处理和人机工程学研究所的人机系统项目Ariel的研究人员评估了增强现实可以如何帮助飞机机械师进行维修工作，并探索了两个用例：“在驾驶舱安装显示单元”和“在车间维护电池”。

　　空客A400M的原型概念在两种类型的AR设备进行了测试，包括微软HoloLens 2和爱普生Moverio BT-300。团队关注的重点是设计合适的3D信息可视化和交互技术，如手势，注视和语音控制。

　　然后，5名飞机机械师参与了测试，并评估了可用性、用户体验和舒适度等问题。

　　科学家马丁·蒙特(Martin Mundt)指出：“概念开发包括诸多方面，例如考虑领域专家的知识，分析测试人员在工作场所采取的方法，检查他们的个人装备及其与AR设备的兼容性，以及根据使用，组织和设计类别的各种要求为设备开发独特的交互概念。”

　　例如在驾驶舱中，大量的手势交互受到限制，而且噪音水平在增加，从而影响了语音识别。研究人员补充道：“我们扩展了现有的规则，在3D中实现它们，并在虚拟显示组件直接使用动画来可视化特定步骤，例如测量电池的电阻”。

　　高度通用的交互元素

　　团队依靠多模态输入技术，允许用户独立于任务或特定环境变量所施加的限制进行交互。他们为此设计了各种交互元素，例如可以通过注视和手势控制来操作。在使用凝视控制时，研究人员考虑了各种方法来避免不必要的输入。

　　最终，他们决定通过简单地注视交互元素来实现输入。系统会显示一个指示器(类似于进度条)，从而向用户说明需要多长时间才能触发该元素。或者，用户可以通过用食指按压来激活交互元素。

　　与AR设备的直观交互

　　总的来说，被试者将相关交互方式评为“直观”。注视控制受到了赞扬，大多数测试者都非常喜欢，而不是手势或语音控制。电池维护期间相关信息的直接叠加有助于识别特定组件。用于附加说明装配任务的动画则评价为十分有用。

　　另一方面，使用手势控制时存在不确定性。因此，除了演示应用程序外，研究团队开发了一个学习环境，并使用动画来教授用户基本的手势和交互技术。

　　远程维护是另一个选项

　　下一步是能够记录和数字化工作状态的文件和笔记。另外，与远程专家的协作交流同样是一个选项。马丁·蒙特指出：“我们希望解决主要关注参与者之间交互的远程维护任务。”

　　除了分析的用例之外，研究人员希望研究进一步的应用领域，因为其他部门同样可以从使用基于微软HoloLens 2等AR设备的维护和维修工作中受益。

　　因此，能源部门技术工人的短缺可以在一定程度上得到补偿。例如，AR可以帮助经验不足的技术人员安装热泵，因为三维分步说明可以指导初学者安全地完成维护任务。