CC BY
60
4. Исаков С.А., Мурашкина Е.Н. Разработка алгоритмов проектирования фильтров на ПАВ // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящегоплюс : Пе-риодическое научное издание. - Пенза: Изд-во Пенз. Гос. техно-лог. университет, 2014. С.31 - 36.
5. Нотация и семантика языка UML // Интуит. Режим доступа: http://www.intuit.ru/studies/courses/32/32/lecture/10 0 4, свободный.
6. Физическая энциклопедия. Режим доступа: http://femto.com.ua/, свободный
7. Попов А.Р. Волновые процессы в материальных средах. Учебное пособие. КГТУ. Красноярск, 2005 г. - 100 с.
8. Мурашкина Е.Н., Михеев М.Ю. Имитационное моделирование нейросетевой идентификации сигналов сложной формы // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 203-206.
9. Мурашкина Е.Н., Михеев М.Ю. Применение UML-моделирования для управления структурной динамикой сложных технических систем нейросетевой идентификации сигналов сложной формы // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 244-247.
10. Юрков, Н.К. Совершенствование структуры современного информационно-измерительного комплек-са/Н.В. Горячев, Н.К. Юрков//Инновационные информационные технологии. 2013. Т. 3. № 2. С. 433436.
11. Артемов И.И. Особенности алмазного шлифования изделий из твердого и хрупкого материалов с применением наночастиц в смазочно-охлаждающей жидкости /Артемов И.И., Кревчик В.Д., Соколов А.В., Симонов Н.П., Артемова Н.Е. // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2012. № 4 (24). С. 145-159.
12. Юрков, Н.К. К вопросу выбора вычислительного ядра лабораторного стенда автоматизированного лабораторного практикума/Н.В. Горячев, Н.К. Юрков//Современные информационные технологии. 2009. № 10. С. 128-130.
УДК 629.067
Роганов В.Р., Семочкина И.Ю., Жашкова Т.В.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Пенза, Россия
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ФОРМИРОВАНИЯ ОБНОВЛЯЕМОЙ КОГНИТИВНОЙ МОДЕЛИ ВНЕШНЕГО ПРОСТРАНСТВА, ОКРУЖАЮЩЕГО КАБИНУ АВИАЦИОННОГО ТРЕНАЖЁРА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
Авиационный тренажёр это эргатический оптико-программно-технический комплекс из нескольких имитаторов, каждый из которых является моделью реального узла реального летательного аппарата (ЛА), объединённых с целью привития пилотам профессиональных навыков управления ЛА в ситуациях, заданных в ТЗ на тренажёр [1]. Термин эргатический подразумевает, что ряд имитаторов, например, имитатор визуальной обстановки (ИВО), моделирующий вокруг пилота визуально наблюдаемую трёхмерную модель пространства за кабиной АТ, создаёт визуально наблюдаемую трёхмерную модель за счёт воздействия на зрительный аппарат человека. Критерием качества моделирования визуально наблюдаемого трёхмерного пространства является возможность тренировать глазомер пилота [2]. Полученные при этом навыки визуального определения расстояния до выбранных трёхмерных моделей в трёхмерной модели местности должны соответствовать навыкам, полученным пилотом во время тренировок при визуальном определении расстояния до выбранных объектов на реальной местности. Даная задача решается за счёт применения в ИВО программно-технических систем названных компьютерный генератор изображения (КГИ) который, по заранее разработанной базе данных, за цикл реального времени (не более 120 мсек), синтезирует на экране формирования промежуточного изображения видеоряд из двухмерных проекций части трёхмерной модели пространства (подстилающей поверхности с расположенной на ней моделями подвижных и неподвижных трёхмерных объектов), попавших в пирамиду видимости (или камеру наблюдения) [3]. Оптическое устройство индикации (УИ) создаёт условия для воздействия на зрительный аппарат человека, в результате чего человек видит в заданных углах наблюдения трёхмерную визуально наблюдаемую модель части пространства. В ИВО АТ чаще всего используют УИ двух типов: двухка-нальные стереоскопические с диспарантными очками и одноканальные с коллиматором. Исследования показали, что достаточно часто для того, чтобы человек увидел трёхмерную визуально наблюдаемую модель необходимо время для обучения его зрительного аппарата (максимальный интервал обучения был зафиксирован при исследовании стереосистем и составил чуть более полугода при практически ежедневной работе с разными типами стереосистеме от 10 минут до получаса). При работе с одноканальными УИ с разными типами коллиматоров интервалы обучения разные. При использовании зеркальных коллиматоров типа ОКУ, РЭЛЛИ,
СВЕТЛАНА выпускавшихся пензенскими предприятиями все испытуемые сразу видели трёхмерное изображение при наличии подвижного наблюдателя. В испытаниях принимали участие 8 0 студентов 1-3 курсов. Учитывая, что в процессе моделирования визуально наблюдаемого трёхмерного пространства, в процесс моделирования включён зрительный аппарат конкретного человека, указанные выше УИ будем называть псевдообъёмными, что кроме всего предполагает необходимость интервала обучения для конкретного человека видеть предоставленную таким УИ трёхмерную модель. Все мы разные. Следовательно, в принципе возможен вариант, когда какой-то наблюдатель не увидит трёхмерного изображения. На практике это бывает до того момента, когда зрительный аппарат человека не обучится воспринимать принимаемую зрительно информацию и формировать ощущение, что человек видит реальную трёхмерную модель. Известен случай, когда обучаемый смог воспринимать с помощью стереоочков модель как объёмную через полгода тренировок. Тогда ИВО АТ в целом необходимо воспринимать и оценивать, как эргатический оптико-программно-технический комплекс [4].
Для обеспечения заданного показателя надёжности привития профессиональных навыков управления ЛА (р ), эргатический оптико-программно-технический комплекс АТ должен, во время обучения моделировать не меньше Qm;n числа различаемых моделей реально существующих объектов, обеспечивающих моделирование внешнего пространства за кабиной АТ с качеством достаточным для решения основной навигационной задачи самолетовождения - определение места нахождения ЛА в пространстве [5].
Во время полёта на реальном ЛА пилоты, за несколькими исключениями (например, при посадке на взлётно-посадочную полосу (ВПП) конкретного аэродрома, или при прохождении очередного поворотного пункта маршрута (ППМ)), никогда не знают своего места положения в пространстве. Это следует из правил самолётовождения. По этим правилам экипаж ЛА должен обеспечить выход на очередной ППМ по направлению и по времени. Во всех остальных случаях полёт от одного ППМ до другого ППМ может не контролироваться. Для выхода на очередной ПТМ пилот использует информацию, которую он получает:
1) после вычисления пройденного расстояния ( I) которое пролетел ЛА, соответственно необхо-
димо создать условия для обеспечения возможности проведения такого расчёта;
2) используя внешние ориентиры, видимые через окно кабины ЛА (Iw ) , которые должны находиться в точке пространства, заданной полётной картой;
3) ориентиры, видимые на некоторых экранах приборов кабинного оборудования: экран радиолокатора ( I), экран тепловизора ( I) и т.д.
( Id ), которые должны находиться в точке пространства, заданной полётной картой;
4) показания навигационных приборов кабинного оборудования: авиационный радиокомпас (АРК)
( IARK ), радиостанция ближнего наблюдения (РСБНс) (IrL ), которые должны позволять определять место нахождения на заданной полётной карте;
5) по запросам координаты ЛА от наземных служб ( Il ).
Знания о том, как пилоту восстанавливать ориентации в полёте, за счёт поступающей информации, он получает от его постоянно обновляемой когнитивной модели внешнего пространства (ОКМ ВП) формирование которой начинается с момента рождения и продолжается пожизненно. В ОКМ ВП аккумулируется личный опыт пилота, включающий теорию и навыки как надо восстанавливать ориентировку в пространстве.
Таким образом, пилот получает необходимую информацию и управляет ЛА в соответствии с ОКМ ВП, которая постоянно изменяется. ОКМ ВП всегда совершенствуется при полётах на реальном ЛА. При обучении на АТ являющегося моделью ЛА, при создании которой были сознательно использованы допуски, отличающие модель от реального прототипа, ОКМ ВП допускает появление кроме профессиональных навыков управления ЛА ещё и нежелательных «ложных» навыков, к формированию которых приводит несовершенство моделей и имитаторов, используемых в АТ.
Для снижения вероятности привития ложных навыков, улучшения условий для формирования ОКМ ВП при полётах АТ предлагается обучать пилотов перемещая модель ЛА в узнаваемой модели реально существующего трёхмерного визуально наблюдаемого пространства. С этой целью комплекс из имитаторов создаётся с учётом, что каждый имитатор реализует отдельную модель взаимосвязанную с моделями других имитаторов. В комплексе они создают чувство полёта на реальном ЛА над реальным участком местности, в условиях заданных в ТЗ на АТ
Возможность формирования ОКМ ВП при полётах АТ с минимальным привитием ложных навыков требует во время проектирования АТ формализовать требования к отдельным имитаторам АТ [6]. На основе общей математической модели, описывающей взаимодействия отдельных имитаторов, разрабатываются алгоритмы:
- для эргатических оптико-аппаратно-программных систем, моделирующих визуально наблюдаемую трёхмерную модель внекабинного пространства;
- для оптико-аппаратно-программных систем, моделирующих визуально наблюдаемые проекции части внекабинного пространства;
- для аппаратно-программных систем, моделирующих показания приборов кабинного оборудования о перемещении модели ЛА в модели пространства. Каждая система является имитатором АТ. Информация, получаемая от показаний имитаторов приборов кабинного оборудования АТ и при считывании изображений, должна быть максимально аналогичной информации, получаемой от приборов кабинного оборудования ЛА, и информации получаемой пилотами при наблюдение через остекление кабины, при полетах на ЛА над заданным участком местности и при полётах на АТ над моделью этого же участка при совпадении траекторий по направ-
лению и по скорости перемещения. Это потребовало исследовать как решаются задачи получения, накопления и обработки информации при восстановлении ориентировки пилотами ЛА во время полёта и добиваться чтобы все приобретённые ранее навыки получения, накопления и обработки информации при полётах на АТ.
В итоге предлагается концепция создания эр-гатического оптико-аппаратно-программного комплекса «имитатор визуальной обстановки», формирующего ОКМ ВП визуально наблюдаемой среды, позволяющей человеку тренировать глазомер в комплексе с методом формированием когнитивной модели формирования трёхмерной визуально наблюдаемой модели пространства, в котором возможны полёты на авиационном тренажёре.
Концепция предполагает, что:
- в соответствии с ТЗ на разрабатываемый АТ, каждая учебная ситуация позволит обеспечить
Р > 0.98 :
- с учётом невозможности в реальном масштабе времени отобразить все полностью узнаваемые объекты реального пространства, при тренировках можно использовать выбранные модели числом не меньше создающих условия для комплексной
ориентации в пространстве ^(1 ) * 0 ,
) П ) п Р4(1АРК) П ) П ) * 0 , где
показывающий возможность вы-
Fi - функционал полнения операции по определению места нахождения на макете полётной карты.
Для этого при проведении системного анализа при разработке АТ необходимо использовать математический аппарат ранжирования всех известных объектов реально существующего пространства с целью составления списков объектов:
1) которые обязательно надо моделировать в процессе обучения, так как их отсутствие делает невозможным процесс обучения в указанной в ТЗ ситуации;
2) которые желательно моделировать в процессе обучения, так как их присутствие улучшает условия обучения (при этом эти объекты должны быть ранжированы в соответствии со своей значимостью для получения модели максимально удобной для обучения в указанной в ТЗ ситуации);
- с учётом особенностей имитатора визуальной обстановки, воздействующего на зрительный аппарат человека таким образом, что у него появляется чувство наблюдения за трёхмерным пространством с возможностью тренировки глазомера (в зависимости от указанной в ТЗ ситуации) необходимо обосновать выбор:
1) двухканальное устройство псевдообъёмной индикации, ориентированной на использование систем с диспарантными очками, позволяющих видеть трёхмерную модель на расстоянии менее 1 м.;
2) одноканальное устройство безочкового моделирования трёхмерного изображения, позволяющее видеть первую трёхмерную модель на расстоянии далее 4 м.;
- с учётом обучения пилотов в заданных условиях, оговоренных в ТЗ на АТ, проведения мероприятий по повышению производительности компьютерных генераторов изображения, формирующих на экранах формирования промежуточного изображения двухмерные проекции трёхмерной модели пространства, попавшей в пирамиду видимости (или в камеру наблюдения), которые затем с помощью оптики поступают в зрительный аппарат человека, который формирует чувство наблюдения трёхмерного пространства с качеством достаточным для тренировки глазомера, что предполагает:
1) наличие нескольких моделей одного и того же объекта имеющих разную детализацию, позволяющую вдали использовать модель с минимальным числом видимых примитивов, а при приближении использовать модели имеющие более высокое число примитивов, более реалистичные, что улучшает условия для обучения пилотов;
2) проведения мероприятий по увеличению производительности компьютерных генераторов изображения;
3) выбор наиболее ярких экранов формирования промежуточного изображения с максимальной разрешающей способностью;
4) проведение мероприятий по улучшению используемой оптики.
Выводы:
1. Для решения учебных задач, поставленных перед имитатором визуальной обстановки авиационного тренажёра необходимо провести системный анализ и выбрать те объекты внешней среды, которые необходимы для решения поставленных задач привития профессиональных навыков управления ЛА в заданных учебных ситуациях.
2. При выборе объектов, которые необходимо использовать в создаваемой модели пространства, окружающего кабину АТ и видимого через её остекление и на экранах соответствующих приборов, необходимо составить список объектов, которые обязательно надо включать, и которые желательно включать с целью улучшить условия обучения. Для
этого все объекты необходимо ранжировать по значимости.
3. Из двух типов псевдообъёмных устройств индикации, используемых в ИВО АТ выбор двухка-нальных систем с диспарантыми очками, или одно-канальной с коллиматором зависит от минимальной дистанции до первого наблюдаемой модели трёхмерного объекта в трёхмерной модели пространства, окружающего кабину ЛА и наблюдаемой через её остекление.
4. Основным назначением ИВО АТ является формирование у пилота обновляемой когнитивной модели внешнего пространства, позволяющей ориентироваться в пространстве.
5. Основным требованием к концепции создания эргатического оптико-аппаратно-программного комплекса «имитатор визуальной обстановки», является обеспечение возможности тренировки глазомера, позволяющего определять расстояния до видимых моделей трёхмерных объектов трёхмерной части видимой модели пространства с тем же качеством, что обучаемых получает при тренировки своего глазомера в реальных условиях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Роганов В. Р. Методы формирования виртуальной реальности. Пенза, ПензГУ, 2002. - 127 с.
2. Roganov V.R. Capacity Assessment of Visual Conditions Imitators/V.R.Roganov., M.J.Micheev, A.N.Ceredkin, V.O.Filippenko, A.V.Cemochkin - Eastern European Scientific Journal . - Dusseldorf
- Germany: AURIS Kommunikations- und Verlagsgesellschaft mbH, 2014. - № 6. - Р. 320-235.
3. Роганов В.Р. Математические и компьютерные методы в медицине, биологии и экологии: монография/ В. Р. Роганов, А.А.Казанцев, А. М.Бабич и др. - Пенза; Москва: Приволжский Дом знаний; МИ-ЭМП, 2012. - 132 с.
4. Roganov V.R. Problem of virtual space modelling in aviation simulators/ V.R.Roganov., N.B.Andreeva, A.N.Ceredkin, V.O.Filippenko, M.V.Chetvergova, E.A.Asmolova - Life Science Journal.
- USA: Life Science Journal, 2014. - № 12. - Р. 371-373 http://www.lifesciencesite.com/lsj/life1112s/ (дата обращения 02.04.2015).
5. Mikheev, M.U. On the multilevel information model of behavior of groups of autonomous intelligent agents for biomedical systems / M.U. Mikheev, V.V. Istomin, T.V. Istomina, // III Международная научно-практическая конференция "Инновационные информационные технологии": Московский институт электроники и математики НИУ ВШЭ.- Прага, Чехия 2014. - №1. - C.385-395.
6. Имитационное моделирование: учебное пособие. Рекомендовано УМО вузов по университетскому политехническому образованию / Ю.Ю. Громов, Ю.С. Сербулов, И.Н. Корнфельд, В.О. Драчев, В.Г. Од-нолько. - Воронеж: ИПЦ «Научная книга», 2010.- 132 с
7. Михеев, М.Ю. Inreasing the precision of metrological characteristics of smart sensors in large scale monitoring systems / М.Ю. Михеев В.А., Юрманов, К.Ю. Пискаев и д.р. // III Междуна-род-ная научно-практическая конференция "Инновационные информационные технологии": Московский институт электроники и математики НИУ ВШЭ.- Прага, Чехия 2014. - №2. - C.370-375.
8. Mikheev, M.U. On the multilevel information model of behavior of groups of autonomous intelligent agents for biomedical systems / M.U. Mikheev, V.V. Istomin, T.V. Istomina, // III Международная научно-практическая конференция "Инновационные информационные технологии": Московский институт электроники и математики НИУ ВШЭ.- Прага, Чехия 2014. - №1. - C.385-395.
9. Михеев, М.Ю. Реализация модельно-ориентированного подхода при проектировании системы сбора данных / М.Ю. Михеев, К.В. Гудков, Е.А.Гудкова // Современные проблемы науки и образования. -2014. - № 6. - C.304.URL: www.science-education.ru/12 0-16833.
10. Б.Ж. Куатов Системный подход к организации тренажерной подготовки летного состава в современных условиях // Надежность и качество сложных систем. № 4, 2014. - С. 34-40. URL: http://nikas.pnzgu.ru/files/nikas.pnzgu.ru/3 4%2 81%2 9.pdf (дата обращения 28.04.2015)
11. Подложенов К.А. Разработка энергосберегающих технологий для теплиц / К.А. Подложёнов, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Современные информационные технологии. 2012. № 15. С. 193-194.
12. О.Г.Бойко,Е.А.Фурманова Методология оценки вероятности катастрофических отказов функциональных систем самолетов // Надежность и качество сложных систем. № 2, 2014. - С. 7-13. URL: http://nikas.pnzgu.ru/files/nikas.pnzgu.ruZ7.pdf (дата обращения 28.04.2015)
УДК 628.93
Роганов В.Р., Семочкина И.Ю. , Жашкова Т.В.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Пенза, Россия СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРЁХМЕРНЫХ ВИЗУАЛЬНО НАБЛЮДАЕМЫХ МОДЕЛЕЙ
В настоящее время на рынке имеется значительное число оптико- программно-технических комплексов, позволяющих работать с «трёхмерным пространством». Наиболее успешно такие комплексы, позволяющие «погрузить» наблюдателя в трёхмерную модель реального пространства применялись при разработке авиационных тренажеров (АТ) и получили название имитатор визуальной обстановки (ИВО) [1]. В ИВО имеются экраны формирования промежуточного изображения, на которых вначале формируется двухмерные проекции трёхмерных объектов, которые затем с помощью зрительного аппарата человека преобразуются в иллюзию наблюдения трёхмерного объекта [2]. Качество моделирования трёхмерного изображения за-
висит от многих составляющих [3]. Анализ отдельных узлов ИВО показал, что в настоящее время существенное улучшение качества экранов формирования промежуточного изображения (вместо исследованных ранее 640х480 пикселей при чересстрочной развёртки сейчас экраны с разрешением не менее 800х600 пикселей при прогрессивной развёртке, при тех же цветовых характеристиках) позволяет получать иные результаты, часто опровергающие разработанные ранее гипотезы о механизмах формирования визуально наблюдаемой модели трёхмерного изображения [4].
Выводы, сделанные в статье являются результатами исследований проведённых при выполнении НИОКР «Подготовка к серийному выпуску безочко-
