CC BY
30
In this article, the necessary appropriate thermal imaging portraits are proposed, simulating the image of the underlying background and individual targets being hit (objects of military equipment) at the entrance of the ICGSN photodetector (technical vision).
Key words: infrared homing head, phono-target plot, thermal imaging portrait, temperature on the external surfaces of the target.
Voronin Vladislav Vladimirovich, magister, operator, era_1@mil.ru, Russia, Anapa, FGAU «MIT
«ERA»,
Rastamhanov Ramil Nailevich, magister, operator, Russia, Anapa, FGAU «MIT «ERA»
УДК 004.946
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-34-38
ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ВИРТУАЛЬНОЙ И ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ В ОБРАЗОВАНИИ
О.А.Славин
В работе статье представлены анализ современного состояниятехнологий виртуальной и дополненной реальности с акцентом на прикладные аспекты и потенциальные возможности применения таких технологий в образовании.
Ключевые слова: виртуальная реальность, дополненная реальность, педагогическая информатика, виртуальный объект, контент.
Технологии виртуальной реальности зародились в 60-х годах XX века на стыке исследований в области компьютерной графики и человеко-машинного интерфейса для воздействия на пользователя с помощью различных устройств [1, 2].
Виртуальная реальность (УЯ), типичным представителем которой являются компьютерные игры, заменяет реальный мир, воздействуя на пользователя и учитывает его реакции. Дополненная реальность (АУ) - это технологии, которые дополняют реальный мир цифровыми объектами или замещают объекты реального мира. Все виды виртуальной и дополненной реальности принято обозначать АУ^ Современные АУ^технологии являются одним из ключевых аспектов четвертой промышленной революции, обеспечивая реализацию концепции «Интернет вещей» во многих сферах жизнедеятельности населения [3-6].
Подавляющее большинство АУ^технологий основаны на информационных и компьютерных технологиях, а взаимодействие с пользователем реализуется с помощью компонентов ввода, отвечающих за контроль его реакций, и компонентов вывода, отвечающих за воздействие на органы чувств пользователя [7].
Переломный момент в прогрессеАУ^технологий ожидался в 2020 году, но и на сегодняшний день рынок технологий дополненной и виртуальной реальности не является массовым по многочисленным причинам, прежде всего, из-за несовершенства предлагаемого контента и реализации устройств взаимодействия с пользователем [8].
Наиболее распространеннымиАУгЯ-устройствами являются АУ^ шлемы и АУ^очки, называемые наголовными дисплеями (НОМ). HDM позволяют проецировать в глаза пользователя два потока видеоизображений, защищенных от попадания внешнего света, выводить многоканальный звук и оценивать пространственное положение головы пользователя с помощью датчиков и акселерометров. На дисплеи отображаются смещенные друг относительно друга стереоскопические видеоизображения, что обеспечивает реалистичное восприятие трехмерной среды [9].
АУ^шлемы делятся на три типа [2]:
- подключаемые к компьютеру или к цифровым устройствам, обеспечивающим высокую вычислительную мощность;
- подключаемые к мобильным устройствам;
- автономные очки виртуальной реальности.
АУ^шлемы и АУ^очки позволяютанализироватьпространство вокруг пользователя, дополняя его виртуальными объектами. У большинства HDM имеется функция распознавания голоса и движений.
Другими АУ^устройствами являются комнаты виртуальной реальности (АУ^комнаты), в которых видеоизображения отображаются на стены, позволяющих создавать у пользователя иллюзию объемного предмета за счет управления проекцией виртуального объекта на экране в зависимости от положения пользователя. Основное преимущество АУ^комнат по сравнению с наголовными дисплеями состоит в том, что упрощается ориентация пользователя, который видит свое тело.
AVR-устройства могут применяться не только для развлечений, но и для решения конкретных прикладных задач (автомобильный AR-навигатор, авиационный коллиматорный широкоформатный индикатор на фоне лобового стекла и т.п. [2, 10].
Перечисленные AVR-устройства воздействуют на зрение и слух пользователя с помощью описанных способов отображения видеоизображений и воспроизведения многоканального звука в наушниках или в акустических системах объемного (пространственного) звучания.
Ориентация пользователя в AVR-комнатах или в наголовных дисплеях может быть оцифрована с помощью датчиков беговых дорожек или ножных платформ [8].
Положение пользователя в пространстве может быть оцифровано с помощью информационных AVR-перчаток. Информационные перчатки детектируют различные движения руки, такие как сгибание пальцев и изменение положения перчатки. В совокупности движений могут быть выделены жесты. Тактильные перчатки могут также обеспечить обратную связь, которая является имитацией чувства осязания, тактильную отдачу и естественное взаимодействие с виртуальными объектами с точностью отслеживания до миллиметра [2, 11].
Тактильный ремень, совместимый с мобильными устройствами, игровыми консолями и AVR-гарнитурами, предназначен для тактильного восприятия человеческим телом звука.
Технология «тактильных голограмм» позволяет ощутить прикосновения к виртуальным объектам без перчаток и других дополнительных приспособлений [12]. Технология обеспечивает имитацию прикосновений с помощью ультразвуковых колебаний.
НазванныеAVR-устройства являются реально работающими и доступными для домашнего использования или применения в промышленных технологиях. Для реализации других видов виртуальных ощущений успешнореализовано несколько технологий: AVR-шлемы, позволяющие ощутить совокупности ветра, тепла, запахов, а также воды и тумана; устройства для имитации вкусовых ощущений и т.п.
Перечисленные выше AVR-устройства обеспечивают имитацию широкого спектра ощущений, что позволяет их использовать как в играх, так и в промышленных технологиях.
Однако широкому распространению AVR-технологий препятствует ряд существенных недостатков, не позволяющих воспользоваться всеми возможностями дополненной и виртуальной реальности. Степень полного погружения в AVR (достижение полной иммерсивности) в настоящее время ограничена из-за низкого разрешения дисплеев и недостаточной производительности мобильных платформ или малой мобильности мощных систем, снабженных улучшенными устройствами отображения[13].
Основные проблемы дополненной реальности связаны с эргономикой: малым углом обзора экранов устройств отображения, также многие пользователи заявляют о неудобстве AVR-очковР].
Однако перечисленные проблемы устройств виртуальной и дополненной реальности близки к тому, чтобы быть существенно нивелированы при дальнейшем совершенствовании.
Использование AVR-устройств в различных сферах деятельности позволяет не только предлагать пользователю новые инструменты, но и получать с помощью этих инструментовновые знания и объекты, представляющие интерес для других пользователей и организаций. С другой стороны, сбор широкого спектра данных о пользователях системы с помощью датчиков виртуальных устройств дает владельцам системы новые возможности настройки многочисленных параметров системы и оптимизации взаимодействия с пользователями.
Несмотря на то, что для подавляющего большинства AVR-технологий необходимо оригинальное оборудование и программное обеспечение, некоторые виртуальные объекты могут быть оцифрованы и распознаны соответствующими программами на мобильном устройстве [1, 8].
Создание контента и программного обеспечения для задач создания AVR ведется разработчиками приложений для физических лиц и организаций.
Не все средства разработки AVR являются мультиплатформенными, что ограничивает использование реализованного программного обеспечения на различных конкурирующих платформах.
Возможность использования библиотек с реализованными алгоритмами моделирования 3D-объектов и алгоритмами искусственного интеллекта позволяет разработчикам создавать сложные программные продукты, базирующиеся на AVR-технологиях [1].
Для создания таких продуктов особенно важна подготовка контента. Это требует участия специалистов, не имеющих непосредственного отношения кустройствами программному обеспечению AVR.
Применение AVR-технологий в обучении (immersive education) основано на включении в процесс обучения виртуальных миров и симуляций [14]. Этот способ обучения способствует повышению вовлеченности, коммуникаций между обучаемыми и повышению интереса к предмету. Известными недостатками AVR-обучения является медленный отклик виртуальных объектов и трудности педагогов с работой в AVR-формате из-за несовершенств современных устройств.
В настоящее время существует несколько платформ для разработки приложений, использующих AVR-устройства и AVR-технологии, для применения в социальных сетях, образовании и промышленности. Кроме описанных выше проблем применение AVR-технологий ограничиваетсяобщесистем-ными требованиями, связанными с информационной безопасностью, надежностью работы AVR-устройств.
Спор между сторонниками и противниками использования AVR-технологий для тренировки сложных операторских навыков должен разрешаться на основе экспериментов.
Однако авторы расходятся и в определении статуса виртуальной реальности: отождествляя ее с чистой потенциальностью; располагая между потенциальностью и действительностью; считая, что онтологический статус виртуальности соответствует статусу реальной жизни [1-5].
Известны попытки переноса свойств субъективности на AVR, полагая, что процесс познания представляет собой не что иное, как процесс виртуализации реальности. Отсутствие единства подходов к определению статуса AVR усиливает противоречивость различных подходов.
В соответствии с современными представлениями, эргономично созданная виртуальная реальность может конкурировать с актуальной реальностью, представлять ее альтернативу, задавая новые идеалы, эталоны поведения и т.д. Поэтому AVR-технологии быстро получили признание в образовании, в частности, при подготовке летных экипажей и авиационных специалистов [15-17].
AVR-приложения широко используют для создания бизнес-игр, основанных на тематическом исследовании (проблемная история). Вэтом случае обучаемому необходимо играть свою роль и решать проблему (разрабатывать решение) в рамках одной задачи.
Доказано, что AVR-приложения оказывают влияние на ожидания обучающихся в развитии их практических навыков, побуждая их решать более сложные задачи и принимать более важные решения, повышая мотивацию на решение проблем, исследование проблем и формулирования решений. То есть, AVR-технологии повышают мотивацию достижения успеха.
КритикаЛ'УгЯ-технологий часто связана с их «виртуальностью»: лучше учить оператора эрга-тической системына настоящем рабочем месте, с настоящими приборами и дисплеями по периметру, чем в компьютерном окружении, где нет никакой тренировки проприоцептивной чувствительности. Полностью заменить такой тренажер AVR-технологиями не представляется возможным: сформировать навык, несомненно, возможно, но такой навык не будет обеспечивать надежности деятельности [18].
Большая группа критических замечаний связаны с физиологическими аспектами применения AVR-технологий, при этом отмечаются большие нагрузки на шейный отдел позвоночника при длительном использовании AVR-очков и AVR-шлемов; отмечающимися тошнотой и головокружением при нахождении в виртуальной реальности;особенностью восприятия зрительной информации (в AVR-очках глаза видят одно плоское изображение с одной точкой фокусировки, что ведет к двоящемуся изображению и приводит к сильной усталости глаз и к головной боли).
В настоящее время известны высокоточные профессиональные симуляторы полного погружения для AVR-очков с градацией сетки высот менее одного сантиметра, с поддержкой ландшафтных моделей неограниченного размера, симуляцией различных систем освещения, теней, атмосферных явлений, смены времен года и времени суток, моделированием дорожного, железнодорожного, морского и воздушного трафика и т.п. В шлеме виртуальной реальности доступны редакторы ландшафтов и обстановки, компоновки рабочих мест [1-6].
AVR-технологии позволяют сформировать единые принципы работы в экипажах (командах) на основе обобщенного опыта обучаемых. При этом в отличие от метода экспертных оценок, AVR дает возможность синтезировать модель деятельности, восприятия информации на основе изучения специфики деятельности, поведения самого эксперта (профессионала) [19, 20].
Технически важно достичь эффекта включенности в ситуацию и выполнения пилотом профессиональных задач в AVR-условиях с высокой корреляцией поведения с реальной профессиональной средой. Одним из таких видов тренировок может быть тренинг навыков управления взаимоотношениями(CRM-навыки) [15, 19]. Именно такой подход, согласно современным представлениям, позволит создать содержательно более точную профессиограмму обучаемого. А создание теории и практики обеспечений AVR-обучения должно компенсировать отрицательное воздействии активности человека в ходе профессиональной подготовки.
Исследования, проведенные с использованиемAVR-классов, констатируют наличие высокой мотивации в начале обучения и ее снижение или возвращение к исходным параметрам в конце обучения [15, 20-22]. Механизмы снижения интереса среди обучаемыхв процессе AVR-обучения в настоящее время являются актуальной темой психологических и психофизиологических исследований.
Общие задачи для обучения с использованием AVR-технологий определяются: повышением эффективности теоретической подготовки (разработка видеоматериалов, внедрение сценариев CRM-тренинга и т.п.);
развитием навыков принятия решений посредством моделирования с помощью AVR (конфликтных ситуаций, ситуаций с недостатком информации, ситуаций с противоречивой информацией);
развитием функций мониторинга (снижение слепоты к изменениям, распознавание нештатных ситуаций, распределение внимания);
развитием навыков проверки для проверяющих и инструкторов (отображение схем и алгоритмов выполнения проверок, формирование динамических образов проверки);
развитием отдельных профессионально важных умственных качеств (формирование пространственных способностей, развитие оперативной памяти, развитие гибкости мышления (интеллектуальной лабильности), развитие устойчивости к монотонной деятельности и др.);
развитие отдельных компетенций;
формирование навыков саморегуляциис помощью аутогенной тренировки с использованием AVR (краткосрочное восстановление, нормализация сна);
повышение стрессоустойчивости за счет формирования профессиональной готовности в деятельности в нестандартных ситуациях (развитие навыков прогнозирования ситуаций, развитие способности формирования образа деятельности).
В настоящее время AVR-технологии интенсивно совершенствуются, а их ограничения и недостатки постепенно устраняются. Кроме устранения недостатков AVR-устройств, совершенствования программного обеспечения и создания контента для прогресса AVR-технологий, важно динамичное поступательное развитие рынка использования таких устройств и технологий в компьютерных и киберфи-зических системах.
Список литературы
1. Герасимова Т.В. Обзор современных технологий: VR, AR, MBAR, MR // Тенденции развития науки и образования. 2019. № 53-3. С. 58 - 67.
2. Славин О.А., Гринь Е.С. Обзор технологий виртуальной и дополненной реальности // Труды Института системного анализа Российской академии наук. 2019. Т. 69. № 3. С. 42 - 54.
3. Козлова Н.П., Петухова А.В. Использование технологий виртуальной реальности (VR) и дополненной реальности (AR) в финансовой сфере // Бизнес. Образование. Право. 2022. № 1 (58). С. 72 -77.
4. Петров Д.Н., Чистякова Т.Б. Компьютерная система проектирования виртуальных моделей для обучения управлению процессом синтеза углеродных наноструктур // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2021. Т. 27. № 2. С. 212 - 230.
5. Славин О.А., Гринь Е.С. Концепция защиты объектов интеллектуальной собственности, полученных с помощью технологий виртуальной и дополненной реальности // Труды Института системного анализа Российской академии наук. 2020. Т. 70. № 2. С. 3 - 11.
6. Чистякова Т.Б., Фураев Д.Н., Полосин А.Н., Защиринский С.В. Применение виртуальной и дополненной реальности для автоматизированного проектирования и управления в нефтехимической и полимерной промышленности // Автоматизация в промышленности. 2021. № 6. С. 25 - 32.
7. Летков В.В., Ефремовс А. Взаимодействие пользователя с дополненной реальностью // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. Серия: Естественныеитехническиенауки. 2020. № 1. С. 107 - 110.
8. Slavin O., Grin E. Features of protection of intellectual property obtained using virtual and augmented reality technologies // Society 5.0: Human-Centered Society Challenges and Solutions. Cham, 2022. P. 103 - 113.
9. Андросов А.Ю., Мещерин Д.Л., Акименко Т.А. Применение разделенных сенсоров в тренажерной технике // Известия Тульского государственного университета. Техническиенауки. 2020. Вып. 9. С. 178 - 182.
10. Borgest N.M., Vlasov S.A. Using virtual reality technology in the design of complex systems // Programmnaya Ingeneria. 2022. Т. 13. № 6. P. 286 - 290.
11. Тарасова Г.Н., Бычков А.А., Смирнова Е.А., Лещенко М.А. Виртуальная реальность как перспективная симуляционная технология // Инновации в образовании. 2022. № 5. С. 100 - 106.
12. Karpunina A.V., Shimanovskaya Ya.V., Kamenskih V.N., Kudrinskaya L.A., Bogatov D.S. VR in social services for the elderly: opportunities and risks // Revista Turismo Estudos & Praticas. 2021. №S1. P. 26.
13. Макгуинн И.В. Применение дополненной и виртуальной реальности в образовании // Cross - CulturalStudies: EducationandScience. 2022. Т. 7. № 2. С. 126 - 132.
14. Семенова Г.В. Опыт применения технологий дополненной и виртуальной реальностей в образовательном процессе // Известия Тульского государственного университета. Педагогика. 2022. Вып. 1. С. 57 - 63.
15. Алексеенко М.С., Клишин Г.Ю. Прикладные задачи использования технологий виртуальной реальности в процессе тренировки пилотов // Проблемы безопасности полетов. 2020. № 11. С. 3 - 10.
16. Солдатов С.К., Гузий А.Г., Богомолов А.В., Шишов А.А., Кукушкин Ю.А., Щербаков С.А., Кирий С.В. Априорное оценивание профессиональной надежности летчика на этапе подготовки к полетам // Проблемы безопасности полетов. 2007. № 8. С. 33.
17. Щербаков С.А., Кукушкин Ю.А., Солдатов С.К., Зинкин В.Н., Богомолов А.В. Психофизиологические аспекты совершенствования методов изучения ошибочных действий летного состава на основе концепции человеческого фактора // Проблемы безопасности полетов. 2007. № 8. С. 10.
18. Пономаренко В.А., Алексеенко М.С., Долгов А.А. Психофизиологические компоненты профессиональной надежности пилота // Проблемы безопасности полетов. 2018. № 6. С. 3 - 18.
19. Гандер Д.В., Алексеенко М.С., Долгов А.А. Проблемные вопросы обеспечения взаимодействия членов экипажей воздушных судов // Проблемы безопасности полетов. 2018. № 7. С. 3 - 12.
20. Шпудейко С.А., Богомолов А.В. Методологические основы организации немонотонных процессов обучения сложным видам деятельности на основе теории трансформационного обучения // Информационные технологии. 2006. № 3. С. 74 - 79.
21. Koltygin D.S., Anikina E.M., Koltygin S.D. The use of virtual reality technologies in education // Annali d'Italia. 2022. № 28-1. P. 48 - 50.
22. ShinzhinaD.M. Virtualrealityineducation // Информация и образование: границы коммуникаций. 2022. № 14 (22). P. 136 - 137.
Славин Олег Анатольевич, д-р техн. наук, главный научный сотрудник, oslavin@isa.ru, Россия, Москва, Федеральный исследовательский центр "Информатика и управление" Российской академии наук
APPLIED ASPECTS OF APPLICATION OF TECHNOLOGIES OF VIRTUAL AND ADDED REALITY IN
EDUCATION
O.A. Slavin
The article presents conclusions from the analysis of virtual and augmented reality technologies with an emphasis on applied aspects and potential applications of such technologies in education.
Key words: virtual reality, augmented reality, pedagogical informatics, virtual object, content.
Slavin Oleg Anatolyevich, doctor of technical sciences, chief researcher, oslavin@isa.ru, Russia, Moscow, Federal Research Center "Informatics and Management" of the Russian Academy of Sciences
УДК 006.91
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-38-43
ЭКОНОМИЧНЫЙ ПОДХОД К АВТОМАТИЗАЦИИ ПОВЕРКИ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ
И.А. Ходжаев, А.М. Соловьев, А.Г. Дубровин
Автоматизацию сличения полученной при измерениях формы цифрового импульса и установленной по G.703 маски предлагается реализовать с использованием цифрового осциллографа, сохраняющего данные измерений на USB-носитель.
Ключевые слова: поверка средств измерений, параметры цифровых сигналов, маска прямоугольного импульса в соответствии с рекомендацией G.703, USB накопитель, среда графического программирования LabVIEW.
В соответствии Федеральным Законом от 26 июня 2008 года № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» под поверкой средств измерений понимается совокупность операций, выполняемых в целях подтверждения соответствия средств измерений метрологическим требованиям.
При этом сам перечень средств измерений, поверка которых осуществляется только аккредитованными в установленном порядке в области обеспечения единства измерений государственными региональными центрами метрологии устанавливается постановлением Правительства Российской Федерации [1] в соответствии со статьей 13 упомянутого выше Федерального закона.
Поверку средств измерений органы государственной метрологической службы проводят в стационарных поверочных лабораториях, в передвижных поверочных лабораториях, непосредственно на предприятиях путем командирования государственных поверителей на предприятия, на контрольно-поверочных пунктах предприятий, изготовляющих и ремонтирующих средства измерений или во временных отделениях [2].
Как правило, если в настоящее время укомплектованность эталонами перечисленных мест проведения поверок отвечает современным требованиям, что подтверждается результатами пятилетних аккредитаций, то процесс сличения полученных результатов измерений с эталонными значениями нередко осуществляется вручную, при этом возможны ошибки по вине технического персонала, который производит сличение «на глаз».
В первую очередь это относится к поверке средств измерений, предназначенных для измерений параметров цифровых сигналов. Параметры одиночного импульса в соответствии с рекомендациями Международного союза электросвязи МСЭ-Т G.703 насчитывают более 14 позиций (рис. 1).
Чтобы оценить их численно, а не «на глаз», а также выяснить, есть ли некоторый запас по заданным значениям параметров, требуется автоматизация получения результатов сличения формы цифрового импульса, полученного на экране измерительного прибора и маски, соответствующей указанным рекомендациям G.703.
Автоматизацию сличения полученной при измерениях формы цифрового импульса и маски предлагается реализовать с использованием следующего подхода.
