CC BY
96
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СЦЕНАРИЙ ТРЕНИРОВКИ В ТАКТИЧЕСКОМ ТРЕНАЖЕРЕ
В.Ю. Андреев; И.В. Новиков; А.Б. Шорин
(НИИ «Центрпрограммсистем», г. Тверь, alex_shor@mail.ru)
Ключевые слова: сценарий, тактический тренажер, имитационное моделирование, интеллектуальное планирование.
Тактический тренажер предназначен для отработки навыков решения тактических задач в условиях активного противодействия противника. Обучение на таком тренажере предполагает имитацию реалистичной боевой обстановки, которая подразумевает не только многочисленность и многообразие объектов, но и высокую динамику -активное развитие тактических эпизодов, применение средств обнаружения и поражения [1].
Все действия объектов тактической обстановки подчинены замыслу преподавателя по реализации учебной цели конкретного занятия. Действия объектов должны быть не только адекватными, но и предсказуемыми (запланированными), то есть развитие тактических эпизодов должно происходить согласно сценарию, определяемому преподавателем. Сценарий тренировки обусловливает логику развития тактической обстановки, которая изменяется при совершении действий отдельными объектами обстановки.
Действиями объектов можно управлять. В простейшем случае сценарий тренировки может быть реализован с помощью прямого управления отдельными объектами в ходе тренировки [2]. Высокая динамичность современного боя не позволяет имитировать его только путем ручного управления. Современный тактический тренажер должен предоставлять средства автоматизированного задания и исполнения сценария тренировки.
Преподавателю необходимо предоставить инструмент, с помощью которого можно определить правила поведения отдельных объектов. В простейшем случае это может быть безусловная последовательность действий или расписание действий по времени. Более сложным вариантом является описание логики действий в зависимости от действий других объектов (например, объектов под управлением обучаемых). При этом механизм формирования сценария должен быть достаточно простым и доступным для преподавателя.
Поскольку предусмотреть все варианты развития тренировки невозможно, механизм реализации сценария должен предусматривать возможность корректировки сценария по ходу его исполнения. То есть сценарий должен иметь некоторую структуру, задавать отдельные действия, выполнение которых можно отменить или скорректировать вплоть до того момента, пока не началось их запланированное выполнение.
Имитация боевых действий включает множество типовых маневров, изменение параметров приборов и т.п. Желательно, чтобы механизм
формирования сценария позволял сохранять и использовать в дальнейшем типовые последовательности действий.
Реализация автоматизированного сценария возможна на основе эффективного командного механизма управления объектами. В этом случае каждый объект обстановки имеет собственную командную систему, определяющую возможности управления, а значит, и возможности моделирования боевых действий посредством задания сценария.
Команда приводит к выполнению неких действий, которые с точки зрения сценария являются единой неделимой операцией. Команда может быть выполнена только целиком и иметь ряд параметров.
Минимальный набор простых команд (поворот, изменение скорости и т.п.) с небольшим числом параметров позволяет гибко управлять объектом. Однако управление и составление сценария в этом случае становятся трудоемкими.
Разнообразные сложные команды (маневрирование на зигзаге, поиск на рубеже, слежение за целью) позволяют задать правила поведения объекта на достаточно продолжительный срок, что существенно облегчает управление. В то же время сложные команды могут определять весьма непростую логику поведения, включающую анализ действий других объектов (например слежение). Однако при необходимости небольшой коррекции поведения в ходе выполнения сложной команды может оказаться, что ее придется завершить и после коррекции запустить заново.
Эффективная командная система должна сочетать простые и сложные команды.
При наличии у объектов командной системы можно реализовать механизм формирования сценария действий отдельного объекта. Сценарий задает логику выполнения команд, при этом необходимо обеспечить следующие распространенные логические конструкции:
- выполнение команд по расписанию (в указанное время);
- выполнение команд последовательно (каждая последующая после завершения предыдущей);
- выполнение команд параллельно (например, набор скорости и поворот);
- выполнение команд при возникновении некоторого события в обстановке (например, обнаружение противника).
В качестве удачного формализма для задания логики выполнения команд может использоваться
принцип, применяемый в языках интеллектуального планирования (STRIPS, PDDL) [3].
В любой момент система исполнения сценария находится в состоянии, которое описывается множеством фактов. Факт - это некоторое абстрактное утверждение, о котором можно сказать, истинно оно или ложно.
Сценарий представляет собой множество операций: O=<C,N,E>, где C - предусловие операции; N - команда; E - эффект операции.
Предусловие является формулой исчисления предикатов первого порядка на множестве фактов и определяет необходимое условие выполнения операции. Выполнение операции заключается в выполнении команды N, которое может быть продолжительным. Время выполнения команды зависит от ее сложности, например, команда слежения за целью может выполняться несколько часов. По завершении выполнения команды происходит модификация текущего состояния в соответствии с выражением эффекта E. Выражение эффекта определяет множество фактов, удаляемых из текущего состояния, и множество фактов, добавляемых в него.
Пример сценария приведен в таблице.
№ Предусловие Команда Эффект
1 курс=90° поворот
2 поворот скорость=5 мс —поворот л скорость
3 скорость курс=0° —скорость
Выполнение данного сценария приведет сначала к изменению курса объекта на 90°, после окончания поворота к изменению скорости, а уже после изменения скорости к новому повороту на курс 0°. Таким образом, логика предусловий и эффектов позволяет достаточно просто задать последовательное и параллельное выполнение действий.
В сценарии тренировки часто необходимо связать действия и события со временем. Для включения в выражения предусловий временных факторов предлагается ввести функцию 1 (факт), определяющую длительность существования факта (его истинности). Условие «1 (начало сцена-рия)=200» станет истинным только после того, как факт «начало сценария» будет присутствовать в состоянии сценария более 200 единиц времени. Такие условия позволяют без труда реализовать выполнение действий по расписанию. В язык предусловия можно ввести и другие функции, например, бю^объектх, объект2), определяющую дистанцию между объектами.
В целом использование предопределенных функций позволяет существенно расширить язык предусловий. Другим способом расширения выразительности сценария является введение системных фактов, которые помещаются в сценарий автоматически. Например, при обнаружении цели в состояние сценария помещается факт «обнаруже-
на цель». Разработчик сценария может отследить появление этого факта с помощью предусловия и отреагировать соответствующими действиями. Использование системных фактов позволяет эффективно реализовать реакцию на события в тактической обстановке.
В произвольный момент времени выполняется лишь несколько операций сценария. В то же время пользователь может корректировать, удалять и вводить новые операции.
На рисунке показаны основные компоненты системы управления объектом обстановки с использованием сценария.
Генератор сценария I
тренировки I-
Операции сценария
Состояние сценария
Генератор системных фактов :
Исполнительная система сценария
Управляющие команды
Модель объекта
Данные из обстановки
Тактическая обстановка
При реализации в системе командного процессора модуля, который позволяет задавать команды объектам в текстовой форме, сценарий целиком может быть представлен как текстовая информация. Это существенно упрощает задачи редактирования, копирования частей сценария между объектами, хранения типовых сценариев в виде текстовых файлов.
Сценарий тренировки дает преподавателю достаточно гибкий инструмент для реализации учебных целей. Однако составление сложных сценариев требует от него некоторой подготовки -знания принципов построения сценариев, системы команд, правил построения выражений.
Чтобы упростить процесс освоения системы и задания типовых сценариев, тактический тренажер может предоставить преподавателю ряд модулей, которые автоматически генерируют сценарии. Такой генератор по нескольким параметрам формирует сложный набор операций. Например, генератор движения на противолодочном зигзаге может сформировать операции для довольно сложного маневрирования с помощью нажатия всего нескольких кнопок. При этом, с одной стороны, пользователь взаимодействует с удобным специализированным интерфейсом, с другой - получает набор операций, которые можно изменить или отменить по отдельности в любой момент тренировки. Эти операции могут быть скопированы другому объекту (например, для реализации синхронного маневрирования).
Другим инструментом, существенно упрощающим задачу формирования сценария тренировки, является специальный режим тренировки,
Пользова-
в котором все команды, переданные объекту, записываются в сценарий. Такой режим может использоваться преподавателем на этапе подготовки тренировки. Управляя объектами вручную, преподаватель записывает все совершаемые действия в сценарий. Затем необходимо лишь внести коррективы для условного выполнения некоторых действий, если это необходимо. Реализация такого режима при наличии продуманной командной системы не является сложной.
Важные достоинства предлагаемой формализации сценария - наглядность и возможность анализа. Вся логика поведения объекта сосредоточена в сценарии, который представлен в виде отдельных операций с формальными условиями и эффектами операций. Для сценария в любой момент можно вычислить предсказанную безусловную последовательность операций и отобразить ее в удобной форме (например, построить график предсказанного маневрирования объекта). Можно упорядочить действия различных объектов по времени и предоставить пользователю обобщенный сценарий всей тренировки.
Прозрачность и возможность контроля автоматических действий объектов позволяют в перспективе рассмотреть возможности применения методов интеллектуального планирования в тактических тренажерах. Основываясь на высокоуровневых целях (определенных преподавателем), объект может самостоятельно составлять план решения боевой задачи. Полученный при этом сценарий действий объекта будет доступен препо-
давателю. Все действия объекта станут понятными, их можно скорректировать, и они не войдут в противоречие с учебной целью конкретного занятия.
Использование предлагаемого формализованного сценария позволяет решить задачу автоматизации моделирования динамики современных боевых действий в тактических тренажерах. При этом обеспечиваются полный контроль автоматизированного поведения объектов тактической остановки и соответствие его замыслу преподавателя на учебное занятие. Формализованный сценарий предоставляет базу для внедрения в тактические тренажеры методов интеллектуального планирования. Это может существенно повысить эффективность использования тактических тренажеров в учебном процессе.
В настоящее время предлагаемый подход реализуется в рамках компонентно-ориентированной библиотеки. Библиотека предназначена для разработки вычислительно-моделирующих комплексов и постов руководства обучением тактических тренажеров для ВМФ России.
Литература
1. Башмаков А.И., Башмаков И.А. Разработка компьютерных учебников и обучающих программ. - М.: Филинъ, 2003.
2. Андреев В.Ю., Базлов А.Ф. Моделирование боевых действий в тактическом тренажере. // Сб. науч. тр. - Тверь, НИИ ЦПС, 2004. - С. 104-109.
3. Рассел С., Норвиг П. Искусственный интеллект. Современный подход. - М.: Вильямс, 2006.
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ПОДДЕРЖКИ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА
М.А. Максимов; А.Ф. Базлов; И.С. Гурьева; Л.Н. Смирнова
(НИИ«Центрпрограммсистем»», г. Тверь, maksimov@pps.tver.ru)
Ключевые слова: стадии учебного процесса, программный комплекс поддержки учебного процесса, БД учебного процесса, программное обеспечение.
При рассмотрении вопросов поддержки учебного процесса в учебных центрах ВМФ России предлагается выделить три стадии - планирование, реализация, учет и контроль.
Безусловно, стадия реализации является ключевой, но ее необходимо планировать и методически обеспечивать, а итоговые результаты учитывать и контролировать для совершенствования качества учебного процесса.
На стадии планирования осуществляются разработка учебных программ, закрепление учебных занятий в группах за конкретными преподавателями и составление расписания.
На стадии реализации возможны отклонения от начальных значений состава преподавателей и аудиторного фонда. Управление сводится к минимизации потерь от этих отклонений без изменения
общего расписания. Минимизация может быть спланирована на этапе составления расписания при учете критериев устойчивости расписания к таким отклонениям.
На стадии учета и контроля делается итоговая оценка реализации учебного процесса.
Таким образом, планирование, учет и контроль учебного процесса можно рассматривать отдельно от реализации, предполагая возможные коррективы информации планирования на стадии реализации учебного процесса. Автоматизированная поддержка планирования, учета и контроля позволит улучшить показатели работы учебного отдела по организации учебного процесса:
- увеличить скорость поиска и обработки информации по преподавателям, учебным группам, аудиториям;
