CC BY
15О.В. ПАНТИХОВСКИИ, А.Н. ВЕРШИНИН
O.V. PANTIHOVSKIY, A.N. VERSHININ
СОХРАНЯЯ РОЛЬ СИМУЛЯТОРОВ
KEEPING THE ROLE OF SIMULATORS
ПРИМЕНЕНИЕ 3D-ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
APPLICATION OF 3D TECHNOLOGIES TO IMPROVE QUALITY MASTERING THE EDUCATIONAL MATERIAL
Сведения об авторах: Пантиховский Олег Вальдемарович - начальник кафедры боевого применения автоматизированных систем и средств управления Военно-морского политехнического института Военного учебно-научного центра ВМФ «Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н. Г. Кузнецова», капитан 1 ранга, кандидат технических наук, доцент (г. Санкт-Петербург. E-mail: ovp@spbvmire.ru);
Вершинин Александр Николаевич - доцент кафедры боевого применения автоматизированных систем и средств управления Военно-морского политехнического института Военного учебно-научного центра ВМФ «Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н. Г. Кузнецова», кандидат технических наук, доцент (г. Санкт-Петербург. E-mail: alex. van59@yandex.ru).
Аннотация. В статье рассмотрены направления применения 3В-техно-логий в ходе подготовки специалистов высшего и среднего профессионального образования. Статья адресована специалистам, работающим в сфере подготовки кадров в вузах МО РФ.
Ключевые слова: 30-технологии, 30-моделирование, 30-анимация, компьютерная графика, программный комплекс, базы данных 30-моделей.
Information about the authors: Oleg Pantihovskiy - Head of the Department of Combat Application of Automated Systems and Control Means of the Naval Polytechnic Institute of the Military Educational and Scientific Center of the Navy «Naval Academy named after V.I. Admiral of the Fleet of the Soviet Union N.G. Kuznetsov», Captain of the 1st rank, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor (St. Petersburg. E-mail: ovp@spbvmire.ru);
Alexander Vershinin - Associate Professor of the Department of Combat Application of Automated Systems and Control Means of the Naval Polytechnic Institute of the Military Educational and Scientific Center of the Navy «Naval Academy named after V.I. Admiral of the Fleet of the Soviet Union N.G. Kuznetsov», Candidate of Technical Sciences, Associate Professor (St. Petersburg. E-mail: alex. van59@yandex.ru).
Summary. The article considers the directions of application of 3D technologies in the course of training specialists of higher and secondary vocational education. The article is addressed to specialists working in the field of personnel training at universities of the Ministry of Defense of the Russian Federation.
Keywords: 3D technologies, 3D modeling, 3D animation, computer graphics, software package, 3D model databases.
ЗD-технологии в настоящее время используются очень широко в различных отраслях человеческой деятельности: производство, дизайн, медицина, строительство,
искусство, анимация, реклама, наука и т.д. Их применение позволяет решить задачи, которые раньше либо не решались вообще, либо решались очень долго и дорого.
Большое внимание уделяется и применению 3D-технологий в образовательном процессе, в том числе при подготовке военных специалистов. В основу этих
Рис. 1. 3D-модель надводного корабля с «вложенными» моделями оружия и технических средств
технологий заложены принципы трёхмерного моделирования объектов изучения и процессов, связанных с этими объектами. Возможности данных технологий в образовательной деятельности безграничны, а способы применения разнообразны.
Опыт применения 3Б-техно-логий в ходе обучения военных специалистов высшего образования позволяет выделить следующие направления их внедрения:
1. Повышение наглядности и достоверности отображаемой информации.
2. Представление справочных данных в более доступной для понимания и усвоения форме.
3. Моделирование технических и технологических процессов, тактических и боевых эпизодов.
4. Имитация реальной деятельности в различных условиях обстановки.
Рассмотрим эти направления более подробно.
Изучение конкретного объекта становится более эффективным, если перед обучающимися не просто его фотография, рисунок, чертёж или схема, а полноценная объёмная модель, которую можно не только «покрутить», посмотреть со всех сторон, но и заглянуть внутрь. Современные средства 3Б-моделирования и 3Б-графики позволяют создавать модели сложных объектов с высокой степенью детализации.
Например модель надводного корабля (см. рис. 1) можно внимательно рассмотреть со всех сторон. А системы вооружения, технические средства, элементы главной энергетической установки возможно изучить на их более детализированных моделях. Для этого достаточно щёлкнуть мышкой на соответствующем объекте. Программа отобразит необходимую 3Б-модель, которая позволит внимательно рассмотреть каждый объект со всех сторон. При
необходимости можно заглянуть внутрь каждой модели, изучить устройство более мелких деталей. Степень «вложенности» моделей зависит от глубины и детализации изучения объекта, исходя из программы подготовки. Технически это реализуемо.
Второе направление - предоставление справочной информации в виде баз данных 3Б-моде-лей объектов изучаемой области. Модели отображаются наряду с фотографиями, таблицами, схемами и другими справочными материалами. Данное направление может охватывать практически все сферы военного образования. Например, база данных кораблей вероятного противника и их систем вооружений, созданных в 3Б-редакторах с применением соответствующих текстур, с фотографической точностью позволяет изучать объекты с разных курсовых углов и различных ракурсов. Такая база данных может быть
Рис. 2. Моделирование положения аварийной подводной лодки в зависимости от затопления отсеков
хорошим подспорьем, например, при подготовке операторов БПЛА с оптико-электронными средствами разведки для классификации кораблей противника в ордере со стороны верхней полусферы. Ею могут воспользоваться вахтенные офицеры или сигнальщики при изучении силуэтов кораблей при различных курсовых углах цели. Системы трёхмерного моделирования позволяют это делать с максимальной точностью.
Моделирование событий или процессов даёт наглядное представление об изменении обстановки в ходе боевых действий, тактических эпизодов или других ситуаций.
Например моделирование нанесения удара противокорабельными ракетами по целям ордера позволяет наглядно представить расположение сил сторон, траектории полёта ракет, характер их маневрирования на различных участках полёта, целераспределе-ние, нанесение ударов. Применение анимации и соответствующее масштабирование позволяют наблюдать всю картинку в реальном масштабе времени.
Другой пример представлен на рис. 2. Это математическое моделирование изменения плавучести и остойчивости подводной лодки в зависимости от поступления воды внутрь прочного корпуса.
Интерфейс выполнен с применением 3Б-моделирования. Модель позволяет наглядно демонстрировать изменение плавучести и продольной остойчивости подводной лодки в зависимости от степени заполнения водой отсеков (отсеков и прилегающих цистерн главного балласта). Кроме того модель позволяет менять уровень волнения моря и визуально оценивать степень влияния изменения внешних условий на положение аварийной подводной лодки. Такой подход значительно повышает степень усвоения материала и интерес к изучаемой теме.
Имитация реальной деятельности является наиболее активной формой обучения. Степень освоения материала при этом достигает 90%. Основная роль здесь отводится тренажёрам. Это сложные и дорогостоящие системы, позволяющие отрабатывать практические навыки обучаемых в максимальном приближении к реальным условиям ведения боевых действий.
К сожалению, современные тренажёрные комплексы доступны не на всех этапах подготовки специалистов. Кроме того, иногда их разработка и поставка в учебные заведения отстают от разработки и принятия на вооружение новых образцов вооружения и военной техники. А существующие тренажёры, даже если в них реализова-
ны функции УК2Б, не позволяют гибко и оперативно изменять интерфейс и круг решаемых задач в широком диапазоне. 3Б-техноло-гии и современная компьютерная графика позволяют создавать виртуальные тренажёры практически без ограничений.
Например, виртуальный тренажёр контура ПВО надводного корабля (см. рис. 3) позволяет визуализировать: маневрирующую 3Б-модель корабля (любого проекта), реалистичную окружающую среду, применение собственного оружия и работу РЭС, сам пульт технического средства (на рисунке условный, но может быть и реальный), цели с их координатами и параметрами движения, 3Б-модели целей (например, «Б-18», «Гарпун» и БПЛА «Байрактар-ТБ2») с их реальными характеристиками полёта и нанесения удара. Это всё отображается на мониторе обычного компьютера. Для управления используется обычная игровая консоль.
Оператор контура ПВО или вахтенный офицер выбирает оружие для поражения воздушных целей, анализируя обстановку, их предполагаемый тип и КПДЦ. В зависимости от применения оружия корабль либо продолжит движение, либо будет повреждён или потоплен. Такие виртуальные тренажёры помогают отрабатывать определённые операторские навыки.
Ещё более широкие возможности открывает применение в подобных виртуальных симуляторах 3Б-, УЯ-технологий. В этом случае имитация деятельности максимально приближается к выполнению реальных действий обучаемых по управлению техническими средствами или применению оружия в условиях меняющейся обстановки. Такие программные комплексы хорошо использовать на подготовительном этапе перед отработкой практических навыков на тренажёрах реальных технических средств и систем управления оружием, при подготовке к от-
работке упражнений на УТК по борьбе за живучесть или выходу из затонувшей ПЛ. Это приносит ощутимые результаты.
Так, в процессе внедрения в образовательный процесс кафедры устройства и живучести корабля Военно-морского политехнического института ВУНЦ ВМФ «Военно-морская академия» виртуального тренажёра «Отработка элементов выхода из торпедного аппарата» в 2020 году было проведено исследование эффективности использования такого вида обучения. У курсантов 5 курса, выполняющих данное упражнение без предварительной подготовки с использованием программы, на 38% чаще встречалась стрессовая реакция, выражающаяся следующими признаками: бледность, выделение холодного пота, непроизвольное подёргивание пальцев рук, нелепые отговорки и полный отказ от выполнения упражнения. У группы курсантов, прошедших программную подготовку, напротив, была более устойчивая психологическая реакция. Их действия были увереннее, сердцебиение более стабильно, а время выполнения самого упражнения на 15% меньше.
Несколько слов о пакетах трёхмерной графики. Сегодня их существует довольно много. Специализированные, универсальные, инженерные, конструкторские, дизайнерские, художественные и т.п. Чтобы не делать рекламы, отметим лишь, что продукты выбирались по критериям:
• доступности (в свободном доступе);
• обучаемости (наличие учебных материалов);
• простоты создания сложных визуальных эффектов и анимации (программирование на основе системы визуального скриптинга Blueprints);
• возможности расширения функций за счёт опций программирования на современных языках (С++, Piton);
• способности работы и в среде Windows, и в среде Linux.
Вариантом, удовлетворяющим на сегодняшний день этим требованиям, является сочетание ЭБ-пакета Blender (для создания моделей) и платформы Unreal Engine для анимации, рендеринга, видеоэффектов, «оживления» проектов.
Мы рассмотрели всего несколько примеров применения 3Б-тех-нологий в процессе обучения, условно объединив их в четыре основных направления. По каждому из этих направлений можно привести множество примеров, реально внедрённых и успешно используемых в учебном процессе.
Постоянное развитие информационных технологий, средств компьютерной графики, 3Б-ани-мации позволяет уже сегодня внедрять в создаваемые продукты элементы искусственного интеллекта на основе нейросете-вых технологий. Соответствующие модули уже интегрированы в современные платформы, такие, как Unreal Engine 5.
В настоящее время на флоте разработана и внедряется концепция создания перспективной тренажёрной базы, реализация которой предполагает внедрение
тренажёров нового поколения, основанных на современных информационно-телекоммуникационных технологиях, с возможностью гибкой и оперативной перестройки под конкретные задачи, с применением в том числе и 3Б-технологий. Тем не менее роль 3Б-симуляторов, 3D-моделирования сохранится, так как тренажёры выполняют задачу подготовки специалистов ближе к заключительному этапу подготовки, а виртуальные тренажёры востребованы всегда.
ЛИТЕРАТУРА
1. Карпов, А. В., Захаров, В.Л., Максимов, А. В., Скурский, С. Н. Облик тренажёрной базы военно-учебных заведений // Морской сборник, 2020. № 12. С. 44-49.
2. Захаров, В. Л., Ильин, В. А. Тренажёры Военно-Морского Флота: создание и использование: монография. - СПб.; Тверь, 2019.
3. Здвижков, А. В., Попов, М. А., Поло-вянюк, А. А., Решетова, Е. М. Элемент обучающего программного обеспечения отработки практических действий выхода из торпедного аппарата. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, рег. № 2021660580 от 29.06.2021 г.
4. Климов, С.А., Краснов, П. В., Сергеев, С. М. Применение компьютерных тренажёров в образовательной деятельности вуза // Вестник военного образования, 2018. № 3. С. 68-71.
