CC BY
58
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
УДК 004.946
А. Н. АФАНАСЬЕВ, Н. Н. ВОЙТ, С. И. БОЧКОВ, М. Е.УХАНОВА, И. С. ИОНОВА
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВИРТУАЛЬНЫХ РАБОЧИХ МЕСТ В СРЕДЕ ОРЕ^1М
В статье представлены виртуальные миры как инструменты компьютеризации учебного процесса, краткий обзор мировых разработок, особенности платформы ОрвпБШ, а также описание архитектуры системы, особенностей реализации, совершенствования виртуального рабочего места радиомонтажника.
Ключевые слова: электронное обучение, виртуальные миры, тренажёрная система
Введение
Используемые с начала 90-х годов в армии и медицине виртуальные миры привлекли внимание масс в 2003 году, когда компания Linden Lab запустила знаменитый виртуальный мир Second Life. Вслед за ними появились и новые миры, такие как OpenSim, Blue Mars, Open Wonderland и т. д.
Бум в этой области пришёлся на 20062008 гг. Исследовательская компания Gartner спрогнозировала, что через 4 года 80% активных пользователей Интернета будут иметь «виртуального себя». Однако уже через год Linden Lab сократила штат разработчиков на треть, коммерческие компании начали постепенно закрывать виртуальные представительства.
Тем не менее технология виртуальных миров успешно применяется во многих мировых компаниях, а также университетах.
Платформа OpenSim
OpenSim (OpenSimulator) представляет собой серверную платформу для создания многопользовательских трёхмерных виртуальных миров [1]. Сервер OpenSim обслуживает один или несколько участков виртуальной земли (регионов) и может быть запущен как отдельно (standalone mode), так и в составе сети серверов (grid mode).
Подключённые к серверу пользователи представлены в виде своих 3-мерных виртуальных образов - аватаров.
Сферы применения OpenSim:
• виртуальные представительства организаций (офисы, образовательные учреждения и др.);
© Афанасьев А. H., Войт H. H., Бочков С. И., Уханова M. Е., Ионова И. С., 2G16
• 3D-моделирование;
• моделирование физических процессов;
• ландшафтный дизайн.
Для программирования сценариев используется язык LSL (Linden Scripting Language), разработанный компанией Linden Labs [2]. Также допустимо написание сценариев на языке C# [3]: несмотря на снижение читаемости кода, данных подход позволяет использовать дополнительные библиотеки.
OpenSim написан на языке C#, представляет собой проект с открытым исходным кодом. Поскольку это серверное приложение, то для предоставления виртуального мира в графическом режиме требуется клиентское приложение.
Постановка задачи
В рамках выполнения НИР с АО «Ульяновский механический завод» в лаборатории НИР ИДДО УлГТУ была поставлена задача разработки, исследования и реализации виртуальных рабочих мест по профессиям: монтажник РЭА и П, слесарь-сборщик РЭАиП и регулировщик РЭАиП.
Далее авторы рассматривают в качестве примера рабочее место монтажника РЭАиП (рис. 1).
На рис. 2 приведена структура виртуального тренажёра. Клиентская среда визуализирует пространство исходя из данных, хранящихся в БД OpenSim. В свою очередь, OpenSim передаёт команды ввода-вывода на сервер. Эта часть отвечает за хранение истории пользовательских действий, параметров состояния рабочих столов, а также сценариев ввода-вывода в указанные файлы.
Рис. 1. Общий вид на виртуальный участок радиомонтажных работ
г)
Клиентская часть
в
1Слиентская часть
в
Клиентская часть
в
Серверная часть
313-объекты
Оценки
Сценарии
История обучения
Виртуальное пространство
Состояние тренажёра
Рис. 2. Организация виртуального пространства
Особенности виртуальных рабочих мест радиомонтажников
На данный момент уже реализованы 3Б-модели реальных объектов рабочего места - инструментов, комплектующих, готовы сценарии обучения. Особое внимание уделяется процессам составления алгоритмов обучения. Для радиомонтажника проектируются два сценария: пайка элементов и пайка проводов.
Пайка элементов включает в себя подсцена-рии припаивания следующих радиоэлементов: резистор С2-33Н, микросхема 1533ЛА3, конденсаторы К52-1 (электролитический), К10-17б (керамический). Для каждого элемента предусмотрены свои параметры пайки, такие как посадочное место на печатной плате, время и температура пайки.
В каждое виртуальное рабочее место встроена система анализа ошибок (рекомендательная система). Если обучающийся совершил какое -либо неверное действие, система пытается вернуться к предыдущему состоянию, предварительно сигнализируя об ошибке с помощью текстовых сообщений [4-12].
Таким образом, в ходе обучения радиомонтажник должен приобрести следующие знания и навыки: температурный режим пайки, время пайки, последовательность выполнения действий при монтаже электрорадиоизделий (микросхем, резисторов, конденсаторов), зачистка и облуживание проводов, пайка проводов.
Для написания сценариев преимущественно используется язык LSL. В листинге 1 показан образец сценария. Указанный программный код описывает поведение камеры при наведении и нажатии левой кнопки мыши на объекты рабочего места.
vector positionOnChair = <0.25, 0, 0.3>; key agent = ""; key sRequest = ""; key readRequest = "";
moveCamera(vector camPos, vector focusOffset, float distance) {
ll SetCameraParams([ CAMERA_ACTIVE, 1, CAMERA_BEHINDNESS_ANGLE, 90.0, CAMERA_BEHINDNESS_LAG, 0.0, CAMERA_DISTANCE, distance, CAMERA_FOCUS_LAG, 0.05, CAMERA_FOCUS_LOCKED, FALSE, CAMERA_FOCUS_THRESHOLD, 0.0, CAMERA_PITCH, 80.0, CAMERA_POSITION, camPos, CAMERA_POSITION_LAG, 0.0, CAMERA_POSITION_LOCKED, TRUE, CAMERA_POSITION_THRESHOLD, 0.0, CAMERA_FOCUS_OFFSET, focusOffset
]);
}
key sendRequest(string path, string args) {
return llHTTPRequest(URL + path, [HTTP_METHOD, "POST", HTTP_MIMETYPE,
"application/x-www-form-urlencoded"], args); }
default
{
state_entry() {
llListen(CHAIR_CHANNEL, "", "", "");
}
touch_start(integer num) { llSitTarget(positionOnChair, ZE-
RO_ROTATION);
llSetClickAction(CLICK_ACTION_SIT); llRequestPermissions(llDetectedKey(0),
PERMISSION_CONTROL_CAMERA);
}
changed(integer change) { llClearCameraParams(); if (llAvatarOnSitTarget()==NULL_KEY) { readRequest = sendRequest("grade.php", "user="+agent+"&val=READ");_
sendRequest("write.php", "ta-
ble= 1 &key[]=SIT&key[] =ZOOM&value[] =0&valu e[]=0");
llSetAlpha(1, ALL_SIDES);
llSetClickAction(CLICK_ACTION_TOUCH); agent = ""; } else {
sendRequest("write.php", "ta-
ble= 1 &key=SIT&value= 1"); }
}
run_time_permissions(integer perms) {
if (perms & PERMIS-
SION_CONTROL_CAMERA) {
agent = llAvatarOnSitTarget(); sendRequest("grade.php", "us-
er="+agent+"&val=RESET");
llClearCameraParams(); moveCamera(idealTopPosition, <0.8,
0.062, -1.1>, 0.7); }
}
listen(integer channel, string name, key id, string message) {
list 1st = llParseString2List(message, [" "],
[]);
integer zoom = llList2Integer(message, 0);
vector camPos;
vector focusOffset;
float distance;
if (zoom) {
camPos = llList2Vector(lst, 1); focusOffset = llList2Vector(lst, 2); distance = llList2Float(lst, 3); } else {
camPos = <112.0, 143.14, 23.5>; focusOffset = <0.8, 0.062, -1.1>; distance = 0.7;
}
moveCamera(camPos, focusOffset, distance); }
}
Листинг 1. Поведение камеры вокруг рабочего стола радиомонтажника
Рис. 3. Процесс пайки. Для лучшей видимости припой на паяльнике выделен (1). Курсор мыши установлен на контактной площадке, о чём свидетельствует всплывающее сообщение (2), при этом время пайки не соответствует требуемому (3)
Заключение
Анализ научно-технических работ отечественных и зарубежных авторов показал, что среди взрослой аудитории виртуальные «я» есть лишь у 4% людей. Сегодня виртуальные представительства компаний на публичных платформах больше похожи на «города-призраки», однако для решения внутренних нужд продолжают создаваться «закрытые» площадки виртуальной реальности [13].
Авторская разработка характеризуется наличием рекомендательной системы оценки действий при выполнении электромонтажных работ на виртуальном рабочем месте, высокой точностью моделирования рабочего места, материалов (спирто-нефрасовая смесь, припой, флюс), инструментов (пинцет, теплоотвод, кусачки), приборов (паяльная станция), изделий (субмодуль), а также соблюдением технологического процесса при выполнении операций электрорадиомонтажа.
Перспективными направлениями в области виртуализации являются следующие направления:
• совершенствование проектируемых виртуальных рабочих мест;
• внедрение рекомендательной системы, оценивающей действия пользователя;
• интеграция системы виртуальных рабочих мест с ЬМ8 МооШе;
• освоение новых областей в сфере науки и промышленности для применения технологий виртуализации обучения. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сайт разработчика OpenSim. www. opensimulator.org.
2. Портал LSL Portal - Second Life Wiki. http://wiki.secondlife.com/wiki/LSL_Portal.
3. Сайт C# scripting in OpenSim. http://justincc.org/blog/2008/11/21/c-scripting-in-opensim/.
4. Бахарева В. А., Захарова У. С., Сербин
B. А., Фещенко А. В. Технологии виртуальной и дополненной реальности в образовательной среде вуза // Открытое и дистанционное образование. (Томск). - 2015. - №4 (60). - С. 12-20.
5. Трухин А. В. Анализ существующих в РФ тренажёрно-обучающих систем // Открытое и дистанционное образование. (Томск). - 2008. -№1 (29). - С. 32-40.
6. Бочков С. И. Разработка и исследование виртуального рабочего места монтажника РЭА и П // Учёные записки ИСГЗ. - 2016. - №1 (14). -
C.103-108.
7. Афанасьев А. Н., Войт Н. Н. Разработка компонентно-сервисной платформы обучения: диаграммы использования и деятельности программного компонента сценария на UML-языке // Вестник УлГТУ. - 2012. - №1 (57). - С. 66-68.
8. Войт Н. Н., Афанасьев А. Н. Разработка алгоритмического, методического и информационного обеспечения АОС для САПР
КОМПАСА // Вестник УлГТУ. - 2005. - №3 (31). - С. 50-56.
9. Афанасьев А. Н., Войт Н. Н. Разработка компонентно-сервисной платформы обучения: диаграммы классов программного компонента сценария на UML-языке // Вестник УлГТУ. -2012. - №2 (58). - С. 32-36.
10. Войт Н. Н. Разработка методов и средств адаптивного управления процессом обучения в автоматизированном проектировании: дис. ... канд. техн. наук / Ульяновский государственный технический университет. - Ульяновск, 2009.
11. Афанасьев А. Н., Войт Н. Н. Разработка компонентно-сервисной платформы обучения: анализ и разработка компонента метода диагностики проектных характеристик обучаемого инженера с помощью диаграмм UML // Вестник УлГТУ. - 2012. - №4 (60). - С. 43-46.
12.Афанасьев А. Н., Войт Н. Н. Разработка методов нечёткой параметрической адаптивной диагностики обучаемого инженера // Автоматизация процессов управления. - 2009. - №3. -С. 51-56.
13. Виртуальные миры: практическое применение. https://habrahabr.ru/company/ garstelecom/Ыog/140081/.
Афанасьев Александр Николаевич, первый проректор-проректор по дистанционному и дополнительному образованию, доктор технических наук, профессор кафедры «Вычислительная техника» УлГТУ.
Войт Николай Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Вычислительная техника» УлГТУ, заместитель директора по научно-исследовательской работе ИДДО УлГТУ.
Бочков Семён Игоревич, магистрант кафедры «Вычислительная техника» УлГТУ, младший научный сотрудник лаборатории НИР ИДДО УлГТУ.
Уханова Мария Евгеньевна, аспирантка кафедры «Вычислительная техника» УлГТУ, ведущий инженер-программист - руководитель группы АО «Ульяновский механический завод» Ионова Ирина Сергеевна, аспирантка кафедры «Вычислительная техника» УлГТУ, зам. начальника отдела труда и заработной платы АО «Ульяновский механический завод».
Поступила 15.12.2016 г.
