Application of virtual simulation in the training of operators of unmanned land-based platforms,used in firefighting rescue operations Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

D0I:10.12845/bitp.36.4.2014.12

dr inz. Jacek ROGUSKI1

dr inz. Roman WANTOCH-REKOWSKI2

inz. Konrad SZUMIEC3

Przyj^ty/Accepted/Принята: 13.10.2014; Zrecenzowany/Reviewed/Рецензирована: 03.11.2014; Opublikowany/Published/Опубликована: 31.12.2014;

ZASTOSOWANIE SYMULACJI WIRTUALNEJ W ZAKRESIE SZKOLENIA OPERATORÖW BEZZALOGOWYCH PLATFORM L4DOWYCH WYKORZYSTYWANYCH DO DZIALAN RATOWNICZO-GASNICZYCH4

Application of Virtual Simulation in the Training of Operators of Unmanned Land-based Platforms, used in Firefighting Rescue Operations

Применение виртуальной симуляции в области обучения операторов беспилотных сухопутных платформ используемых для спасательно-

гасящих действий

Abstrakt

Cel: W artykule przedstawiono sposöb zastosowania symulacji wirtualnej w zakresie szkolenia operatoröw bezzalogowych platform lqdowych (BPL).

Wprowadzenie: Okreslono rol^ i przeznaczenie BPL oraz przedstawiono zasady szkolenia operatoröw BPL wynikajqce z dotych-czasowych doswiadczen w kraju i za granicq. BPL minimalizujq bezposrednie zagrozenie czlowieka, stqd rosnqce zainteresowanie tego typu konstrukcjami. Na podstawie analizy zastosowanych rozwiqzan mozna stwierdzic, ze dominujq dwa podstawowe obszary zastosowan BPL:

- prowadzenie akcji gasniczej w strefie niebezpiecznej (roboty gasnicze) - jako mobilne stanowisko gasnicze;

- prowadzenie rozpoznania, torowanie drög, prowadzenie prac technicznych w strefie zagrozenia.

Metodologia: Dzialania ratowniczo-gasnicze (R-G) prowadzone przez jednostki Krajowego Systemu Ratowniczo-Gasniczego (KSRG) charakteryzujq si^ duzq röznorodnosciq. Mozna jednak wydzielic z nich elementy powtarzalne, ktörych doskonalenie skutkuje wi^kszq efektywnosciq dzialan. Cwiczenie elementöw powtarzalnych podczas szkolen i dzialan pozorowanych moze byc prowadzone z wykorzystaniem rzeczywistego sprz^tu okreslonego rodzaju, w tym wypadku BPL przy ograniczonej liczbie szkolonych operatoröw oraz ryzyku uszkodzenia relatywnie drogiego sprz^tu.

Alternatywnym rozwiqzaniem jest wykonywanie cwiczen w ramach wirtualnej rzeczywistosci, co ogranicza do minimum ryzyko zniszczenia lub uszkodzenia BPL oraz umozliwia wielokrotne realizowanie zadan w warunkach pelnej powtarzalnosci sytuacji, jakq mozemy zastac przy realnych dzialaniach R-G przy jednoczesnym zapewnieniu bezpieczenstwa operatorowi oraz ograniczeniu kosztöw zwiqzanych z prowadzonymi cwiczeniami. Opisano zasady wykorzystania bezzalogowych platform lqdowych (BPL) w zakresie zadan realizowanych w ramach KSRG. W celu zwi^kszenia mozliwosci treningu w zakresie szkolenia obslug platformy BPL i znaczqcego obnizenia kosztöw procesu szkoleniowego w opracowaniu przedstawiono projekt przykladowej BPL w srodowisku symulacji wirtualnej z opisem mozliwego zakresu zastosowan doprowadzenia cwiczen w symulacji wirtualnej. Wnioski: Dost^pne na rynku zaawansowane srodowiska symulacji wirtualnej takie jak VBS3 umozliwiajq budow^ szerokiego zakresu stanowisk szkoleniowych. Srodowiska symulacji wirtualnej charakteryzujq si^ duzq wiernosciq symulowanych dzialan oraz wysokq

1 Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpozarowej - Panstwowy Instytut Badawczy, ul. Nadwislanska 213, 05-420 Jözeföw, [email protected] / Scientific and Research Centre for Fire Protection - National Research Institute, Poland;

2 Wojskowa Akademia Techniczna, ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, 01-476 Warszawa, [email protected] / Military University of Technology, Poland;

3 FragOutStudio, al. Pilsudskiego 133D/111, 92-318 Lödz, Polska;

4 Autorzy wniesli röwny wklad merytoryczny w powstanie artykulu / The authors contributed equally to this article;

DOI:10.12845/bitp.36.4.2014.12

jakosciq zobrazowania. Przedstawiony model wirtualny BPL odzwierciedla podstawowe wlasciwosci rzeczywistej platformy BPL i umozliwia interakj z wirtualnym otoczeniem i innymi obiektami.

Slowa kluczowe: BPL, szkolenie, symulator, symulacja wirtualna Typ artykuJu: oryginalny artykul naukowy

Abstract

Aim: The paper describes an approach in the use of virtual simulation for training of unmanned land-based platform (BPL) operators. Introduction: Specified the role and purpose of BPL and presented the principles of operator training. The training programme was determined on the basis of experience gained in Poland and abroad. The use of BPL minimizes dangers to humans and this has influenced a growing interest in such equipment. Based on an analysis of potential use, two key areas for BPL applications were identified:

- Robots used for firefighting operations in a danger zone - as a mobile fire-fighting post.

- Conveyance for performing reconnaissance, paving of roads and accomplishment of technical work in a danger zone Methodology: Firefighting and rescue operations accomplished by national firefighting units are very diverse. However, it is possible to identify repetitive tasks performed during such operations which, if perfected, can improve the effectiveness of interventions. Drill practice of repetitive elements during training may be carried out with the aid of appropriate equipment such as BPL. Training may be constrained by the availability of machines and risk of damage to relatively expensive equipment. An alternative approach may be the conduct of training with the aid of virtual simulation facilities. Such a solution will minimise the risk of expensive equipment damage and facilitate the programming of repetitive tasks in conditions which, replicate the practical environment. This approach provides a safe training environment for the operator and will minimise costs associated with training. The article describes how BPL equipment can be used for a range of tasks undertaken within the framework of the National System for Firefighting and Rescue Operations. In an endeavour to increase training opportunities for BPL operators and significantly reduce training costs, the article incorporates a project proposal of an illustrative BPL for use in a virtual simulation environment, with a description of potential exercises. Conclusions: Commercially available advanced virtual simulation settings, such as VBS3, allow for the creation of a wide range of training scenarios. The virtual simulation environment is characterized by credible simulations and high quality imaging. The illustrated virtual BPL model mirrors fundamental properties of an actual BPL platform and affords an interaction with the virtual environment, and other entities.

Keywords: UMP - unmanned mobile platform, training, simulator, virtual simulation Type of article: original scientific article

Аннотация

Цель: В статье представлен способ применения виртуальной симуляции для обучения операторов беспилотных сухопутных платформ (BPL).

Введение: Определена роль и предназначение BPL, а также представлены принципы обучения операторов BPL, возникшие благодаря полученному опыту в стране и за рубежом. BPL минимизируют непосредственную угрозу для человека, именно поэтому популярность таких конструкций постоянно увеличивается. На основе анализа использованных решений можно выделить две главные доминирующие области применения BPL:

- проведение гасящих действий в опасной зоне (пожарные роботы) - в качестве мобильной пожаротушащей установки;

- проведение разведки (пожара), очистка дорог, проведение технических работ в зоне угрозы.

Методология: Спасательно-гасящие действия проводимые подразделениями Национальной спасательно-гасящей системы (KSRG) очень разнообразные. Тем не менее возможно выделить среди них повторяющиеся элементы, совершенствование которых способствует повышению эффективности проводимых действий. Тренировка повторяющихся элементов, проводимая во время учений и симуляционной деятельности, может осуществляться с использованием реального оборудования определённого типа, в этом случае - при ограниченном числе обучаемых операторов и риске повреждения достаточно дорогого оборудования.

Альтернативным решением является проведение упражнений в рамках виртуальной реальности. Это сводит к минимуму угрозу уничтожения или повреждения BPL, а также позволяет повторно реализовать задачи в условиях полной воспроизводимости, с которой можно встретиться при реальных спасательно-гасящих действиях. При этом одновременно обеспечивается безопасность оператора и ограничиваются расходы, связанные с проводимыми учениями. В статье описаны принципы использования беспилотных сухопутных платформ (BPL) в задачах реализуемых в рамках KSRG. В целях расширения возможностей тренировки во время обучений о том как обслуживать платформу BPL и для значительного снижения затрат на сам процесс обучения в статье представлен проект образца BPL в среде виртуальной симуляции с описанием возможной сферы использования для проведения упражнений в виртуальной симуляции.

Выводы: Доступные на рынке передовые способы виртуальной симуляции окружающей среды, такие как VBS3 позволяют создать разнообразные условия для проведения обучения. Среда виртуальной симуляции характеризуется высокой точностью симулированных действий и высоким качеством изображения. Представленная виртуальная модель BPL отображает основные характеристики реальной платформы BPL и обеспечивает взаимосвязь с виртуальной средой и другими объектами.

Ключевые слова: BPL, обучение, симулятор, виртуальная симуляция Вид статьи: оригинальная научная статья

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ

1. Wst^p

Specjalistyczne jednostki ratownicze PSP wyposaza-ne s^ w bezzalogowe platformy l^dowe (BPL) w ograni-czonym zakresie. Wynika to z wielkosci dost^pnych srod-kow finansowych, ktore mog^ bye przeznaczone na zakup specjalnego wyposazenia, jakim s^ BPL. Platformy bezzalogowe minimalizuj^ bezposrednie zagrozenie czlowie-ka, st^d rosn^ce zainteresowanie tego typu konstrukcja-mi. Na podstawie analizy zastosowanych rozwi^zan moz-na stwierdzie, ze domimj dwa podstawowe obszary za-stosowan BPL:

• prowadzenie akcji gasniczej w strefie niebezpiecznej (roboty gasnicze) - jako mobilne stanowisko gasni-

cze;

• prowadzenie rozpoznania, torowanie drog, prowadze-nie prac technicznych w strefie zagrozenia.

Dzialania ratowniczo-gasnicze (RG) prowadzone przez jednostki KSRG charakteryzuj^ si§ duz^ rozno-rodnosci^. Mozna jednak wydzielie z nich elementy po-wtarzalne, ktorych prowadzenie skutkuje wi^ksz^ efek-tywnosci^ dzialan. Cwiczenie elementow powtarzalnych podczas szkolen i dzialan pozorowanych moze bye prowadzone z wykorzystaniem rzeczywistego sprz^tu okre-slonego rodzaju, w tym wypadku BPL przy ograniczonej liczbie szkolonych operatorow oraz ryzyku uszkodzenia relatywnie drogiego sprz^tu.

Alternatywnym rozwi^zaniem jest wykonywanie ewi-czen z zastosowaniem wirtualnej rzeczywistosci, co ogra-nicza do minimum ryzyko zniszczenia lub uszkodzenia BPL oraz umozliwia wielokrotne realizowanie zadan w warunkach pelnej powtarzalnosci sytuacji, jak^ mo-zemy zastae przy realnych dzialaniach RG przy jedno-czesnym zapewnieniu bezpieczenstwa operatorowi oraz ograniczeniu kosztow zwi^zanych z prowadzonymi ewi-czeniami. Istniej^ce rozwi^zania symulacyjne opraco-wane w wi^kszosci przypadkow przez ich producentow przewiduj^ realizaj podstawowych zadan zwi^zanych z prawidlow^ eksploataj sprz^tu, nie uwzgl^dniaj^c specyfiki wykorzystania przez okreslon^ grup§ uzytkow-nikow.

2. Zakres szkolen operatorow BPL

Podstawy dotycz^ce szkolenia operatorow BPL na po-trzeby wojska, policji, sluzb inspekcyjnych, ratowniczych zostaly opisane w publikacji [1] zwi^zanej z realizaj projektu badawczego OR000046040 „Platforma do pro-jektowania i tworzenia oprogramowania komputerowych trenazerow do robotow mobilnych inspekcyjno-mobil-nych" i zawieraj^ cele dotycz^ce:

• zapoznania z robotem/BPL, systemami sterowania funkcjami i trybem pracy;

• obserwacji-operowania kamer^ wizyjn^, jak rowniez sensorami b^d^cymi na wyposazeniu, oraz interpreta-cji otrzymanych wynikow;

• jazdy robotem w roznych warunkach;

• operowania manipulatorem;

• dzialania BPL w ramach typowych zadan symulowa-nych.

D01:10.12845/bitp.36.4.2014.12

Planowane szkolenie realizuje si§ w trakcie cyklu szkoleniowego trwaj^cego ok. 30 godzin, w tym do 8 go-dzin przeznaczonych jest na bezposredni^ nauk§ serwi-sowania i prowadzenia BPL [1]. Do szkolenia uzywa si§ tylko rzeczywistych BPL. Stosowane s^ rowniez elementy szkolen oparte na plytach CD dostarczanych przez pro-ducentow BPL.

Proby szerszego zastosowania BPL podj^te zostaly przy realizacji projektow badawczych, w ktorych uczest-niczylo CNBOP-PIB, takich jak „Technologia zmniej-szenia zagrozenia wywolanego niekontrolowanym uwal-nianiem substancji niebezpiecznych" oraz „Zintegrowa-ny mobilny system wspomagaj^cy dzialania antyterrory-styczne i antykryzysowe". Efektem tych projektow jest bezzalogowa platforma l^dowa (BPL) „STRAZAK" prze-znaczona do dzialan przy rozpoznaniu i likwidacji skut-kow awarii chemicznych w zakladach przemyslowych i transporcie materialow niebezpiecznych oraz rodzina robotow. BPL Strazak dedykowany jest do pracy w srodo-wisku, gdzie obecnosc czlowieka powinna bye ograniczo-na do minimum. Podstawowym zadaniem systemu wizyj-nego jest zapewnienie bezpieczenstwa maszynie, operator musi miec mozliwosc oceny czy zadanie, ktore ma wykonac nie naraza sterowanego pojazdu na niebezpie-czenstwo b^dz nie stwarza zagrozenia dla srodowiska [2].

Efektem kolejnego projektu pt. „Zintegrowany, mobilny system wspomagaj^cy dzialania antyterrorystyczne i antykryzysowe" jest rodzina BPL (MRM - maly robot mobilny, RMI - robot mobilny interwencyjny - sredni, RMF - robot mobilny o zwi^kszonej funkcjonalnosci -duzy) przedstawiono na ryc. 1. W celu zapoznania poten-cjalnych uzytkownikow z mozliwosciami wykorzystania sprz^tu w dzialaniach ratowniczych, w szeregu zakladow przemyslowych przeprowadzono szkolenia z mozliwo-sci zastosowania BPL, symuhjc dzialania ratownicze. W ramach przeprowadzonych badan ankietowych osob bior^cych udzial w szkoleniach istnieje mozliwosc okre-slenia poz^danych przez respondentow wlasciwosci, ktore powinna posiadac BPL. Wi^kszosc ankietowanych pra-cuje w jednostkach ochrony przeciwpozarowej w prze-dziale od 5-20 lat i brala udzial w co najmniej 300 akcjach ratownictwa technicznego i chemiczno-ekologicznego.

Respondenci po przeprowadzonych szkoleniach iden-tyfikowali potrzeb^ prowadzenia zaj^c z ponizszej tema-tyki:

• ratownictwa chemicznego;

• ratownictwa biologicznego;

• dzialan rozpoznawczych.

Zglaszano rowniez potrzeb^ wykonywania nast^puj^-cych cwiczen [3]:

• w zakresie przeci^gania linii w^zowych z osprz^tem do neutralizacji zagrozen;

• wykonywania manewrow na podlozu twardym i mi^kkim;

• podejmowania niebezpiecznych pojemnikow i ich transportu do wyznaczonego punktu;

• przekazywania obrazu i uzyskiwania danych z pomia-row;

• wykonywania czynnosci rozpoznawczych i pomiaro-wych z wykorzystaniem przyrz^dow pomiarowych b^d^cych na wyposazeniu jednostek strazy pozar-nych;

• doskonalenia jazdy w terenie i po schodach;

• dokonywania pomiarow za pomoc^ urz^dzen pomiarowych mocowanych do ramienia robota;

• identyfikowania i transportu pojemnikow z substan-cjami niebezpiecznymi.

Ryc. 1. Rodzina BPL z projektu PROTEUS (a-RMI, b- MRM, c-RFM) [3] Fig. 1. Family BPL project PROTEUS (a-RMI, b- MRM, c-RFM) [3]

Przykladem kompleksowego systemu szkolenia jest program opracowany przez Naukowo-Badawczy Instytut Ochrony Przeciwpozarowej Ministerstwa Sytuacji Nad-zwyczajnych Federacji Rosyjskiej (VNIIPO), gdzie Bez-zalogowe Platformy L^dowe znajduj^ szerokie zastoso-wanie przy prowadzeniu dzialan ratowniczo-gasniczych [4],[5]. Program szkolenia zawiera elementy zwi^zane z zasadami zapewnienia prawidlowego stanu techniczne-go oraz nadzoru nad prawidlow^ eksploataj BPL. Nale-zy zauwazyc, ze przeszkolenie personelu odbywa si§ przy wykorzystaniu rzeczywistego sprz^tu bez stosowania rze-czywistosci wirtualnej. Cykl szkoleniowy dla operatorow

DOI:10.12845/bitp.36.4.2014.12

BPL obejmuje 34 godz. zaj^c w szesciu cyklach tema-tycznych:

• Cykl 1. Panstwowy system zapobiegania i likwida-cji sytuacji nadzwyczajnych (PCTC) a naukowo-tech-niczna polityka MCzS Rosji. Obejmuje on zaj^cia, w ktorych przedstawiany jest rozwoj BPL stoso-wanych w dzialaniach ratowniczych i gasniczych z uwzgl^dnieniem podzialu na srodki lataj^ce, plywa-j^ce oraz jezdz^ce wykorzystywane do usuwania sytuacji nadzwyczajnych i dzialan RG.

• Cykl 2. Wspolczesne srodki do prowadzenia dzialan ratowniczo-gasniczych. W ramach zaj^c zostaj^ omo-wione charakterystyki taktyczno-techniczne stosowa-nego sprz^tu.

• Cykl 3. Przyklady taktycznego zastosowania ratowniczych i gasniczych BPL. Przegl^d wyposazenia dodat-kowego BPL do prowadzenia dzialan RG oraz omo-wienie ich charakterystyk taktyczno-technicznych.

• Cykl 4. Omowienie podstawowych wymagan certy-fikacyjnych stawianych BPL. Omowienie podstawo-wych aktow prawnych zwi^zanych z eksploataj BPL w jednostkach MCzS.

• Cykl 5. Zaj^cia praktyczne z taktycznego zastosowania BPL w dzialaniach ratowniczo-gasniczych. Zapo-znanie ze sprz^tem wykorzystywanym w jednostkach MCzS. Przykladowe operacje w ramach dzialan ra-towniczych i gasniczych. Podstawowe prace z zakre-su obslugi technicznej.

3. Podstawowe wlasciwosci symulatorow wirtualnych i ich zastosowanie do prowadzenia szkolen

Jednym z kierunkow rozwoju systemow szkolen spe-cjalistycznych jest stosowanie symulatorow wirtualnych i trenazerow. Pojawienie si§ na rynku specjalizowanych symulatorow wirtualnych umozliwiaj^cych odwzoro-wanie obiektow z duz^ dokladnosci^ znacznie rozwin§-lo mozliwosci ich zastosowania do prowadzenia szkolen specjalistycznych.

Zastosowanie symulatorow wirtualnych do szkolenia ma na celu zast^pienie swiata rzeczywistego swiatem wir-tualnym. Takie rozwi^zanie dostarcza nowych mozliwo-sci w zakresie szkolenia pozwalaj^c na prowadzenie cwi-czen w swiecie wirtualnym ale z wykorzystaniem obo-wi^zuj^cych procedur oraz z wykorzystaniem rzeczywi-stego wyposazenia lub zblizonego do rzeczywistego.

Mozliwosci zastosowania symulatorow wirtualnych do prowadzenia szkolen (w tym jako element trenazera) wynikaj^ z nast^puj^cych wlasciwosci tych symulatorow [6],[7],[8],[9]:

• symulacja przebiegu scenariusza;

• mozliwosc budowy i modelowania wlasnych obiek-tow (pojazd bojowy, ludzie, budynki);

• mozliwosc budowy wlasnych map;

• mozliwosc budowy wlasnych scenariuszy;

• mozliwosc programowania warunkow atmosferycz-nych oraz zachowania symulowanego srodowiska na-turalnego;

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ

• mozliwosc ingerencji instruktora w trakcie symulacji (np. zablokowanie drogi);

• mozliwosc programowania zachowania obiektow (np. ludzie, pojazdy);

• mozliwosc rejestrowania i odtwarzania przebiegu symulacji (ang. AAR - After Action Review).

Srodowiska symulacji wirtualnej takie jak VBS3 umozliwiaj^ odwzorowanie wygl^du i funkcjonalnosci rzeczywistych obiektow. Przykladowy scenariusz do sy-mulatora przedstawiono na ryc. 2.

Ryc. 2. Przykladowy scenariusz do symulatora [10] Fig. 2. Exemplary scenario in the simulator [10]

Z zastosowania zaawansowanych srodowisk symula-

cyjnych wynikaj^ nast^puj^ce korzysci [12]:

• zmniejszenie kosztow szkolen;

• Cwiczenie sytuacji, ktore s^ bardzo trudne do odtwo-rzenia w rzeczywistosci;

• Cwiczenie sytuacji, ktore nie s^ mozliwe do odtworze-nia w rzeczywistosci ze wzgl^du na duze koszty lub duze zagrozenia dla Cwicz^cych;

• mozliwosc Cwiczenia efektywnosci procedur oraz we-ryfikacja nowych procedur;

• mozliwosc Cwiczenia z uzyciem urz^dzen, ktorych jeszcze nie wyprodukowano.

D01:10.12845/bitp.36.4.2014.12

Zaawansowane srodowiska symulacji wirtualnej VBS3 umozliwiaj^ budow§ szerokiego zakresu stanowisk szko-leniowych. Srodowiska symulacji wirtualnej charakteryzu-j^ si§ duz^ wiernosci^ symulowanych dzialan oraz wysok^ jakosci^ zobrazowania. Zasadniczymi komponentami srodowisk symulacji wirtualnej s^ silniki symulacyjne i gra-ficzne, ktorych podstawowym zadaniem jest zarz^dzanie:

• symulacji;

• przetwarzaniem zdarzen zwi^zanych z fizyk^ podsta-wowych zjawisk (m.in. kolizje, interakcje, uderzenia, zderzenia obiektow, balistyka, zjawiska meteorolo-giczne, efekty dzialan obiektow);

• procesem generowania obrazu (m.in. zobrazowanie terenu, obiektow, animacje, efekty);

• zachowaniem obiektow (AI) pojedynczych obiektow, np. zolnierzy, ludnosci cywilnej, zwierz^t.

Przykladowym stanowiskiem szkoleniowym wykona-nym z wykorzystaniem srodowiska symulacji wirtualnej VBS2 jest stanowisko do szkolenia taktyki jazdy kierow-cow wozow bojowych PSP [7],[10] (ryc. 3).

Ryc. 3. Elementy symulatora kierowcy wozu bojowego PSP [7],[11] Fig. 3. Elements of the simulator of vehicle PSP driver [7],[11]

DOI:10.12845/bitp.36.4.2014.12

4. Projekt wirtualnej platformy BPL w symulatorze VBS3

W dalszej czçsci artykulu przedstawione zostaly naj-wazniejsze elementy przykladowego modelu wirtualnego BPL (ryc. 4) na potrzeby symulacji w srodowisku VBS2 z wykorzystaniem programu Oxygen2. Zasady te nie ograniczaj^ siç wyl^cznie do tego srodowiska i s^ wyko-rzystywane takze w innych silnikach symulacyjnych oraz w srodowiskach deweloperskich innych producentow. W opracowaniu opisano elementy skladowe modelu po-jazdu oraz sposob jego konfiguracji i przykladowe re-alizacje tych elementow. Zaprezentowany model pojaz-du ma wszystkie niezbçdne elementy umozliwiaj^ce jego peln^ symulacjç w srodowisku VBS2:

• poruszanie siç w srodowisku wirtualnym;

• kolizje z innymi obiektami;

• widoki z kamer;

• sterowanie ramieniem;

• sterowanie chwytakiem.

ff

Podstawowym elementem skladowym projektu robo-ta wirtualnego jest model siatki 3D uwzglçdniaj^cej elementy skladowego BPL. Siatki 3D modelu BPL sklada-j^ siç z pojedynczych podstawowych elementow sklado-wych takich jak plaszczyzny lub bryly. Sposob tworzenia podstawowych bryl przedstawiono na ryc. 6 i 7.

Ryc. 4. Przykladowy pojazd BPL w symulatorze wirtualnym [10] Fig. 4. Example of vehicle BPL virtual simulator [10]

Ryc. 6. Tworzenie podstawowej bryly typu „Box" [10] Fig. 6. Creating a basic body of a "Box" [10]

Z wykorzystaniem podstawowych bryl tworzone s^ kolejne elementy modelu 3D robota. Ponizsze ryci-ny przedstawiaj^ elementy skladowe siatki 3D (ryc. 8, ryc. 9, ryc. 10, ryc. 11).

Widok glownego okna programu Oxygen2 przedsta-wia ryc. 5.

Ryc. 5. Okno glowne programu Oxygen2 [10] Fig. 5. Main window Oxygen2 [10]

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ

DQI:10.12845/bitp.36.4.2014.12

Ryc. 7. Tworzenie podstawowej bryly typu „Cylinder" [10] Fig. 7. Creating a basic body of a "cylinder" [10]

Ryc. 8. Korpus robota z ukladem jezdnym [10],[12] Fig. 8. The body of the robot chassis development [10],[12]

Ryc. 9. Rami^ robota z mechanizmem sterowania [10] Fig. 9. Robot arm control mechanism [10]

J, Mil* M J&T'I

/

/ Г

Ryc. 10. Chwytak robota z mechanizmem sterowania [10] Fig. 10. Gripper robot control mechanism [10]

DOI:10.12845/bitp.36.4.2014.12

7

/ 1 \ \ Ш ш

Ryc. 11. Widok 3D poszczegolnych elementow skladowych

robota bez tekstur [10] Fig. 11. 3D view of the various components robot without textures [10]

W koncowej fazie projektowania wszystkim po-wierzchniom elementow nalezy nadac rozne kolory oraz tekstury odpowiadaj^ce wygl^dowi rzeczywistego obiek-tu. W tym celu nalezy zaznaczyc powierzchnie, dla kto-rych ma byc ustalany kolor lub tekstura (ryc. 12). Wszyst-kie tekstury przygotowywane s^ w plikach graficznych w formacie PAA.

Ryc. 12. Okno wlasciwosci powierzchni oraz siatka do

tworzenia tekstur [10] Fig. 12. Properties window surface and mesh to create cardboard [10]

Przedstawiony model siatki 3D sluzy do wyswietla-nia obiektu w symulatorze wirtualnym. W celu umozli-wienia prawidlowej interakcji robota z innymi obiektami wystçpuj^cymi w symulacji konieczne jest zdefiniowanie dodatkowych modeli. Podstawowym modelem jest model kolizji okreslaj^cy, jak wygl^da bryla robota z punktu wi-dzenia kolizji z innymi obiektami. Zazwyczaj (ze wzglç-dow wydajnosciowych) jest to uproszczony model siatki 3D. Ryc. 13 przedstawia model kolizji robota.

Ryc. 13. Model kolizji robota (widok siatki 3D oraz wizualizacja) [10] Fig. 13. Model collision robot (grid view and 3D visualization) [10]

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ

Prawidlowa interakcja z terenem wymaga zdefiniowa-nia specjalnych elementow okreslaj^cych punkty kontaktowe z podlozem (ryc. 14).

\

\ \

\

Ryc. 14. Model kolizji robota (widok siatki 3D oraz wizualizacja) [10] Fig. 14. Model collision robot (grid view and 3D visualization) [10]

Uzupelnieniem modelu jest model siatki 3D bçd^-cego podstaw^ generowania cienia w trakcie symulacji z uwzglçdnieniem aktualnego oswietlenia (ryc. 15). Za-stosowanie modelu wzmacnia realizm funkcjonowania obiektow w symulacji.

Ryc. 15. Model cienia robota (widok siatki 3D oraz wizualizacja) [10] Fig. 15. Model shadow robot (grid view and 3D visualization) [10]

Jednym z najwazniejszych elementow modelu wirtualnego s^ tzw. memory points stanowi^ce podstawç do oprogramowania logiki dzialania robota (ryc. 16). Punk-

D01:10.12845/bitp.36.4.2014.12

ty te wykorzystywane s^ przez silnik symulacyjny do pra-widlowej interakcji z otoczeniem oraz do oprogramowania specyficznej logiki dzialania robota jak na przyklad chwytanie obiektow lub animacje ramienia.

Ryc. 16. Definicja tzw. memory points [10] Fig. 16. Definition of the so-called. memory points [10]

Z modelem 3D zwi^zany jest zestaw skryptow imple-mentuj^cy zachowanie siç poszczegolnych elementow robota. W szczegolnosci dotyczy to manipulowania ramie-niem robota oraz chwytakiem. Robot wyposazony jest w dwie wirtualne kamery, ktorych widok dostçpny jest dla osoby szkolonej (ryc. 17).

Ryc. 17. Przykladowe widoki z kamer wirtualnych [10] Fig. 17. Exemplary views obtained from virtual camera [10]

Dodatkowo konfiguruje siç szkielet i model, w ktorych zdefiniowane s^ pol^czenia pomiçdzy poszczegolny-mi elementami modelu 3D oraz animacje. Fragment de-finicji szkieletu oraz modelu przedstawia ponizy listing.

DOI:10.12845/bitp.36.4.2014.12

class CfgSkeletons { class CfgModels {

class Default { class Default {

isDiscrete = 1; sectionslnherit = „";

skeletonlnherit _ tt. „ ; sections[] = {};

skeletonBones[] }; class WAT Gryf: = {}; skeletonName = „"; }; class WAT Gryf: Default {

Default {

skeletonlnherit = „Default"; sectionslnherit = „Default";

skeletonBones[] = {„schodki","", sections[] = {};

„wheel 1 _1_damper","", skeletonName = „WAT Gryf";

„wheel 2 _1_damper","", class Animations {

„wheel 3 1 damper","schodki", class wheel 1 1 {

„wheel 1 _2_damper", "", type = „rotationX";

„wheel 2 _2_damper", "", source = „wheelL";

„wheel 3 2 damper","schodki", sourceAddress = „loop";

„wheel 1 i tt n n _ , , selection = „wheel 1 1";

„wheel 2 i n n n _ , , axis = „wheel 1 1 axis";

„wheel 3 _1","schodki", memory = 1;

„wheel 1 O II IIII - , , angleO = 0;

„wheel 2 o II IIII - , , angle1 = „rad -360";

„wheel 3 _2", "schodki", };

Docelowy wygl^d robota przedstawia rycina 18.

Ryc. 18. Model robota [10] Fig. 18. Model of robot [10]

Sterowanie modelem robota wirtualnego mozna re-alizowac z wykorzystaniem klawiatury lub dodatkowego kontrolera.

Budowa modeli pojazdów na potrzeby srodowiska sy-mulacji wirtualnej wymaga uwzgl^dnienia wielu aspek-tów, które umozliwi^ jego prawidlowe funkcjonowanie w trakcie symulacji. Postac graficzna obiektu jest tyl-ko jednym z wielu aspektów, które nalezy zdefiniowac w modelu. Wazne jest okreslenie sposobu dzialania oraz zachowanie podstawowych zasad fizyki w interakcji z in-nymi obiektami symulacyjnymi.

5. Podsumowanie

Zastosowanie symulatorów wirtualnych do szkolenia operatorów BPL stanowi alternatyw^ dla kosztownych

i obarczonych duzym ryzykiem cwiczen na rzeczywi-stym sprz^cie. Zastosowanie róznorodnych scenariuszy zaimplementowanych w srodowisku symulacji wirtual-nej umozliwia przeprowadzenie szerokiego zakresu cwi-czen w tym takich, których w rzeczywistych warunkach ze wzgl^dów bezpieczenstwa nie przeprowadza si§.

Ze wzgl^du na zaimplementowane wlasciwosci srodowiska symulacyjnego VBS2 istnieje mozliwosc inte-gracji prowadzonych cwiczen, gdzie symulator stanowi-ska operatora BPL jest elementem szerszego cwiczenia, w których uczestnicz^ inne osoby cwicz^ce w odpowied-nio wyposazonej sali szkoleniowej.

Literatura

1. Kaczmarczyk A., Kacprzak M., A. Maslowski A., Wielopo-ziomowy trening symulacyjny w szkoleniu operatorów urzq-dzen. Zastosowanie do szkolenia operatorów robotów mo-bilnych, „Elektronika", Issue 11, 2009, pp. 92-96.

2. Projekt Rozwojowy 0R00004812 „Technologia zmniejsze-nia zagrozenia wywolanego niekontrolowanym uwalnia-niem substancji niebezpiecznych", CNBOP-PIB, 2013.

3. Projekt Rozwojowy w ramach Programu Operacyjnego In-nowacyjna Gospodarka „Zintegrowany, mobilny system wspomagajqcy dzialania antyterrorystyczne i antykryzyso-we" , CNBOP-PIB, 2011.

4. Nastavlenie po tekhnicheskoy sluzhbe Ministerstva Rossiyskoy Federatsii delam grazhdanskoy oborony, chrezvychaynym situatsiyam i likvidatsii osledstviystikhiynykh bedstviy, 2010 g.

5. Ovsyanik A., Agliullin R., Shikhalev D., Starcev V., So-vremennyye informatsionnyye tekhnologii dlya podgoto-vki spetsialistov v oblasti pozharnoy bezopasnosti, „Pozha-ry i chrezvychajnye situacii: predotvrashhenie, likvidacija" Issue 2, 2012, pp. 36-42.

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ

6. Wantoch-Rekowski R. (red.), Programowalne srodowisko symulacji wirtualnej VBS2, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013.

7. Roguski J., Wantoch-Rekowski R., Koszela J, A. Majka, Koncepcja symulatora do szkolenia kierowcow wozow bo-jowych PSP w zakresie zadan realizowanych w ramach kra-jowego systemu ratowniczo-gasniczego, BiTP, Vol. 28 Issue 4, 2012, pp. 71-81.

8. Koszela J., Drozdowski T., Wantoch-Rekowski R., Przygo-towanie danych terenowych na potrzeby symulacji wielo-rozdzielczej, „Szybkobiezne Pojazdy Gqsienicowe", Vol. 31 Issue 3, 2012, pp. 109-118.

9. Koszela J., Wroblewski P., Szymanska A., Wantoch-Rekow-ski R., Projekt i implementacja mechanizmow sztucznej inte-ligencji w srodowisku symulacyjnym VBS2, „Szybkobiezne Pojazdy Gqsienicowe", Vol. 31 Issue 3, 2012, pp. 119-132.

10. Instalacja VBS2 VTK 2.0

11. Raport koncowy projektu pt. „Opracowanie nowoczesnych stanowisk szkoleniowych zwiçkszajqcych skutecznosc dzialan ratownikow KSRG". Numer projektu O ROB 0001 01/ ID 1/3 finansowany ze srodkow Narodowe Centrum Badan i Rozwoju (lata realizacji 2011-2013).

12. Wantoch-Rekowski R., Najgebauer A., Antkiewicz R., Koszela J., Kasprzyk R., Kulas W., Pierzchala D., Rulka J., Ta-rapata Z., Drozdowski T., Projektowanie trenazerow z wykorzystaniem symulatorow wirtualnych, [w:] Problemy mo-delowania i projektowania opartych na wiedzy systemow informatycznych na potrzeby bezpieczenstwa narodowego, Nowicki T., Tarapata Z. (red. nauk.), Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa 2014.

dr inz. Jacek Roguski - jest adiunktem w Zespole La-

boratoriow Technicznego Wyposazenia Strazy Pozarnej

i Technicznych Zabezpieczen Pozarowych CNBOP-PIB.

Naukowo i praktycznie zajmuje siç aspektami zwi^zany-

mi z zagadnieniami ochron osobistych, instalacji gasni-

D0L10.12845/bitp.36A20H12

czych oraz problemami eksploatacji urz^dzen technicznych. Jest autorem i wspolautorem szeregu artykulow i monografii oraz wyst^pien na konferencjach krajowych i zagranicznych.

dr inz. Roman Wantoch-Rekowski - od roku 1992 jest pracownikiem naukowo-dydaktycznym Wydzialu Cyber-netyki Wojskowej Akademii Technicznej. Jest czlonkiem Zespolu Badawczego Modelowania, Symulacji i Infor-matycznego Wspomagania Decyzji w Sytuacjach Kon-fliktowych i Kryzysowych. Byl kierownikiem wlasnych prac badawczych z zakresu analiz wlasciwosci sieci neu-ronowych, kierownikiem prac rozwojowych finansowa-nych ze srodkow NCBiR oraz prac badawczych zamawia-nych. Jest wspolautorem systemow symulacyjnych wdro-zonych w Silach Zbrojnych RP. Jest autorem lub wspol-autorem 10 monografii, 26 rozdzialow w monografiach, ponad 30 referatow na konferencjach krajowych oraz po-nad 40 na konferencjach zagranicznych, jest specjalist^ w zakresie metod sztucznej inteligencji oraz zastosowa-nia zaawansowanych systemow symulacyjnych do cwi-czen wspomaganych komputerowo.

inz. Konrad Szumiec - jest specjalist^ w zakresie bu-dowy modeli wirtualnych wykorzystywanych w roz-nych srodowiskach symulacji wirtualnej. Specjalizuje siç w modelowaniu zaawansowanych pojazdow uwzglçdnia-j^cych ich paraperty techniczne, taktyczne oraz bojowe z uwzglçdnieniem interakcji z innymi obiektami symu-lacyjnymi.