CC BY
269
УДК 004.032.6
А. Ю. Тычков, Е. В. Буныгин, Н. А. Бутров, М. В. Китаев, А. С. Лутохин, А. А. Суроваткин
ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ ДЛЯ ВООРУЖЕННЫХ СИЛ: ОБЗОР
Аннотация. Рассматриваются компьютерные трехмерные модели внешнего мира, созданные посредством набора специализированных технических средств. Предметом исследования являются технологии и средства военно-промышленного комплекса, направленные на повышение эффективности отбора и профессионализма солдат и пилотов, военных врачей и механиков. Анализируется и обобщается уникальный опыт современных разработок в области проектирования виртуальных приборов и программ военного назначения. Проводится анализ виртуальных моделей боевых пространств (виртуальное поле боя и военный полигон), а также комбинированных систем вооруженных сил, направленных на обучение солдат и офицеров сухопутных и военно-десантных сил.
Ключевые слова: виртуальные модели, комбинированная виртуальная реальность, синтезированное пространство, цифровые карты, военная техника, обучение
Введение
Виртуальная реальность (virtual reality, VR) позволяет повысить эффективность человеческой деятельности в различных сферах жизни с учетом физических и профессиональных показателей пользователя. Виртуальная реальность (virtual reality, VR) согласно [1] описывает компьютерную модель внешнего мира, созданную набором специальных технических средств, передаваемую пользователю посредством органов зрения, слуха, обоняния, осязания и обеспечивающую восприятие нахождения в искусственно синтезированном пространстве. Применение систем VR отличается высокой эффективностью воздействия на органы восприятия, благодаря чему обеспечиваются глубокое усвоение знаний, быстрое овладение профессиональными навыками и приобретение пользователем опыта [2].
По прогнозам Jimmy Vainstein, аналитика компании World Bank [3], к 2025 г. рынок VR займет область военно-промышленного комплекса объемом не менее 1,4 млрд долл. В настоящее время VR используется для моделирования боевых действий и полетов, симуляции движения транспортных средств, отработки первой медицинской помощи в особо опасных условиях [4]. Технологии VR активно внедряются наземными, воздушными и военно-морскими вооруженными силами различных стран. Системы военной подготовки на основе трехмерного моделирования используются в США, Германии, Франции, Нидерландах, Италии, Великобритании, Турции и России [5]. VR применяется для создания и испытания оружия, военного планирования и обучения личного состава вооруженных сил [6]. VR военного назначения позволит снизить временные и финансовые затраты на обучение военнослужащих, травматизм, повысить эффективность обучения за счет экономии боеприпасов и различного вида горючего, а также получения знаний и опыта по поведению при внештатных ситуациях и исключения возможности нанесения ущерба реальным образцам военной техники [7].
Виртуальные модели боевых пространств
В 2016 г. группа компаний «Кронштадт» представила систему «Виртуальное поле боя», предназначенную для планирования и отработки боевых действий [8]. Система предназначена для компьютерной имитации военных действий на заданной территории.
© Тычков А. Ю., Буныгин Е. В., Бутров Н. А., Китаев М. В., Лутохин А. С., Суроваткин А. А.,
2020.
Поле боя УЯ отображает действия пользователя и создает события в соответствии с заданными алгоритмами функционирования образцов военной техники.
Описываемая система строится на основе цифровых карт, данных аэрофотосъемки, спутниковых снимков и фотографий [8]. Виртуальное поле боя создает модели и сцены движения и стрельбы военнослужащих, информационно-командного обмена, военной техники и вооружения, в которых отображаются их реальные параметры (угол и скорость наведения, характеристики и возможности прицельных комплексов, характеристики боеприпасов). На рис. 1 приведена модель учебного класса для отработки навыков военнослужащего в едином виртуальном поле боя.
Рис. 1. Модель учебного класса «Единое виртуальное поле боя»
Адекватная оценка свойств местности позволяет принять верное решение при выборе направления военного удара, оперативного построения армии, а также организации взаимодействия между боевыми подразделениями [9].
Виртуальная модель боевого пространства [10] представляет собой цифровое описание рельефа и объектов местности в трехмерных сценах, обеспечивающее топографическое синтезированное изображение реальной местности. Масштаб данной модели пространства может быть любым, за счет чего обеспечивается корректное решение информационно-расчетных задач с разной степенью детализации, обусловленной характером и уровнем принятия решений. На рис. 2 приведен пример топографической виртуальной модели боевого пространства.
Рис. 2. Топографическая виртуальная модель боевого пространства
Следующая разработка - военный полигон VR - Marine Tactical Decision Kit (MTDK) [11] - предназначена для тренировки военнослужащими тактики ведения боя в транспорте, для презентации экспортной техники и технологий военного назначения, а также для моделирования поведения вооружения в различных условиях и при различных нагрузках. MTDK обладает следующим функционалом: моделирование систем управления военной техникой, что позволяет добиться высокого качества визуального представления и оперативно реагировать на действия пользователя в рабочих, аварийных и внештатных ситуациях; имитация поведения военной техники в условиях проходимости разных дорожных покрытий при различных климатических условиях; обучение военным специальностям: техник, водитель, наводчик, радист. На рис. 3 приведены модели техники военного полигона MTDK.
Рис. 3. Модели техники военного полигона MTDK
Военный полигон MTDK [11] предоставляет возможность командных тренировок экипажей боевых машин, определяя роль командиров отдельных транспортных средств и комплексов, позволяет тренировать тактическое взаимодействие на поле боя. В состав военного полигона входят симуляторы боевых машин и радиостанции, работающие в интерактивном режиме.
Виртуальные комбинированные системы вооруженных сил
Комбинированная VR реализует принцип искусственной динамической среды, основанной на синтезе физической и виртуальной реальности [12]. В настоящее время данный подход активно используется для подготовки специалистов сухопутных войск [13]. Суть технологии заключается в создании специфических искусственно созданных сцен VR и реального оборудования, снабженного специальными датчиками и сенсорами: шлем с зD-дисплеем, переносной компьютер, сенсоры положения тела, имитатор стрелкового орудия.
Одним из примеров комбинированной VR военного назначения является система Dismounted Soldier Training System (DSTS) [14]. Данная система предоставляет возможность визуализации участков местности и отработки ведения боя с различным оружием. Кроме того, система позволяет создавать внештатные ситуации: внезапное наступление врага, бой в одиночку и т.д. На рис. 4 приведен пример реализации комбинированной системы DSTS.
Рис. 4. Комбинированная система DSTS
Другая система Virtual Vehicle Trainer (VVT) [15] позволяет работать пользователю как индивидуально, так и в составе экипажа. Она дает возможность освоить навыки управления боевыми бронированными машинами и оружием. Система может обучать до 24 пользователей одновременно. На рис. 5 приведен пример реализации системы VVT.
Рис. 5. Система VVT
Следующая система VR военного назначения Meggitt Training Systems (MTS) [16] представляет собой физическое поле с углом обзора 300 градусов, обеспечивающее реалистичное погружение пользователя в виртуальную среду. Система состоит из пяти плоских экранов и цифровых камер, которые образуют поле погружения пользователя. На экраны выводится видео в масштабе 1:1 и объемный звук. Система поддерживает до 20 видов смоделированного оружия и сцен VR. На рис. 6 приведен пример реализации системы MTS.
Рис. 6. Система MTS
Другая VR система, разработанная на военной базе McGшre-Dix-Lakehurst, предназначена для имитации стрельбы [17]. Ее особенностью является оригинальная визуализация полета пули. Пользователь может оперировать набором сенсоров для управления и маневра пули, прицеливаясь посредством дисплея, установленного на УК шлеме (рис. 7). Через дисплей и микрофон пользователь может видеть поле боя на 360 ° в отличие от предыдущей системы MTS. Визуальными объектами-целями в известной системе могут быть военные и гражданские люди, грузовики и бронетехника, вертолеты и самолеты.
Рис. 7. VR система имитации стрельбы
Другая разработка - GunnAR - помогает пользователям прицеливаться, корректировать наводку, передает приказы и требования руководителя, а также отображает сведения о количестве запаса боеприпасов [18]. А известный программно-аппаратный комплекс Tactical Augmented Reality [19] позволяет отображать не только объекты и цели на мониторе пользователя, но и местоположение бойца на карте посредством лазерного дальномера и вычислять расстояние до мишени, выводя на экран соответствующие подсказки.
Программные решения с применением VR-технологии используются также при разработке нового шлема «Сварог» российского производства для управления беспилотными летательными аппаратами на расстоянии. Система оснащается двумя видеоэкранами, набором датчиков и сенсоров для отслеживания положения пользователя и летательного аппарата.
В ряде развитых стран оборудование и специализированные программные средства с использованием VR уже официально утверждены для обучения солдат и офицеров военно-десантных сил [20, 21]. В настоящее время известна система VR для обучения воздушно-десантных войск [22], представляющая собой 10 автоматизированных рабочих мест, объединенных в одну сеть, и место руководителя для контроля над действиями пользователей и определения уровня их подготовки (рис. 8). Представленная система состоит из подвесных креплений и VR шлема. На экране дисплея отображается рельеф местности, куда планируется десантировать личный состав.
В будущем технология VR военного назначения будет направлена на повышение эффективности отбора и профессионализма служащих: солдат и пилотов, военных врачей и механиков.
Рис. 8. Система УЯ для обучения солдат и офицеров военно-десантных сил
Заключение
Перспективой развития представленных систем УЯ военного назначения является создание шлемов и гарнитуры для применения в период реального боя в режиме реального времени. Ожидается, что в ближайшие годы появится техника, которая позволит проводить успешные военные операции смешанным образом: часть команды будет действовать в горячей точке, в то время как связисты, артиллеристы, механики-водители и летчики будут работать из контрольного пункта, удаленно.
Материалы публикации подготовлены при поддержке Российского научного фонда (проект № 17-71-20029-п).
Библиографический список
1. Liu, X. Virtual Reality and Its Application in Military / X. Liu, J. Zhang, G. Hou, Z. Wang // Conference Series Earth and Environmental Science. - 2018. - Vol. 3. - C. 32-41.
2. Граневский, К. В. Технологии виртуальной и дополненной реальности и возможность их применения в военном образовании / К. В. Граневский, Н. А. Кубенин // Наука и образование в XXI веке : тр. VI Межунар. заоч. науч.-практ. конф. - Кузбасс : КГТУ, 2017. - С. 16-22.
3. The VR/AR Association appoints Jimmy Vainstein of the World Bank as Co-Chair of the committee, VR for Good. - URL: https://www.thevrara.com
4. Strengthening the defense of NATO's Eastern frontier / Billy Fabian, Mark Gunzinger, Jan van Tol, Jacob Cohn, Gillian Evans // Center for Strategic and Budgetary Assessment. - Washington, 2019. -64 p.
5. Army technology. Airbus DS Communications. - URL: https://www.army-technology.com
6. Свиридов, С. Г. Внедрение технологии виртуальной реальности в процесс подготовки военных специалистов / С. Г. Свиридов, Н. А. Пеньков, Д. В. Митрофанов // Воздушно-космические силы. Теория и практика. - 2017. - № 4. - С. 171-178.
7. Горчица, Г. И. Содержание и направления развития систем имитационного моделирования боевых действий войсковых формирований в полномасштабных технологиях виртуальной реальности / Г. И. Горчица, В. А. Ищук, В. Н. Пишков // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. - 2019. - № 1. - С. 60-69.
8. Трубецкой, А. И. Технология создания виртуального оперативного (боевого) пространства для применения в современных АСУ военного назначения / А. И. Трубецкой, О. Е. Савченко // Информация и Космос. - 2007. - № 1. - С. 15-18.
9. Войт, Н. Н. Обучающий симулятор военного полигона / Н. Н. Войт, Р. С. Молотов // Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта ^AD/CAM/PDM - 2016) : тр. XVI Междунар. молодежной конф. - Москва : Аналитик, 2016. - С. 60-62.
10. Гусев, А. А. Реализация взаимодействия имитационных моделей боевых машин в составе симулятора военного полигона в среде UNITY / А. А. Гусев, Р. С. Молотов //Вестник Ульяновского государственного технического университета. - 2016. - № 3. - С. 44-47.
11. Изюмов, Д. Б. Учебно-тренировочные средства сухопутных войск США / Д. Б. Изюмов, Е. Л. Кондратюк // Инноватика и экспертизы. - 2019. - № 2. - С. 168-176.
12. Коротеев, А. Г. Комбинированная реальность в тренажерах для подготовки военнослужащих сухопутных войск / А. Г. Коротеев, Г. Л. Коротеев, В. Н. Соколов // Человеческий фактор в сложных технических системах и средах : тр. II Междунар. науч.-техн. конф. / под ред. А. Н. Анохина, П. И. Падерно, С. Ф. Сергеева. - Санкт-Петербург : Международная эргономическая ассоциация : ФГАОУ ДПО «ПЭИПК» : Северная звезда, 2016. - С. 250-255.
13. Virtual Reality Exposure Therapy for Combat-Related PTSD / J. Cukor, M. Gerardi, S. Alley, C. Reist, M. Roy, B. O. Rothbaum, J. Difede // Posttraumatic Stress Disorder and Related Diseases in Combat Veterans. - Springer, 2015. - P. 69-83.
14. Girardi, R. Virtual Reality in Army Artillery Observer Training / R. Girardi, J. C. de Oliveira / / 21-st Symposium on Virtual and Augmented Reality (SVR). - Rio de Janeiro, Brasil : IEEE, 2019. -P. 36-42.
15. Применение дополненной реальности в военной промышленности. - URL: https://make-
3d.ru
16. Meggitt gets immersive with its FATS 300 virtual weapons trainer. - URL: https:// www.armytimes.com
17. Virtual Reality goes to work, helping train U.S. Army Soldiers - Defence Blog. - URL: https://monkeyviral.com
18. Bhagat, K. A cost-effective interactive 3D virtual reality system applied to military live firing training / K. Bhagat, C. Chang, W. Liou // Virtual Reality. - 2016. - Vol. 20. - C. 127-140.
19. Goldberg, S. Assessing the Effectiveness of A Networked Virtual Training Simulation: Evaluation of the Close Combat Tactical Trainer / S. Goldberg, T. Mastaglio, W. Johnson // Learning without Boundaries. - 2006. - C. 119-133.
20. Кочетков, В. Е. Основные направления совершенствования воздушно-десантной подготовки на 2017-2025 годы / В. Е. Кочетков / / Военная мысль. - 2017. - № 8. - С. 59-62.
21. Gace, I. Virtual Reality Serious Game Prototype for Presenting Military Units / I. Gase, L. Jaksic, I. Murati, I. Topolovac // 15th International Conference on Telecommunications (ConTEL). -2019. - 8 c.
22. New virtual reality lets operators simulate jumps into combat. - URL: https://www. wearethemighty.com
Тычков Александр Юрьевич, доктор технических наук, заместитель директора научно-исследовательского института фундаментальных и прикладных исследований, доцент, кафедра радиотехники и радиоэлектронных систем, Пензенский государственный университет. E-mail: tychkov-a@mail.ru
Буныгин Егор Валерьевич, студент, Пензенский государственный университет. E-mail: rtech@pnzgu.ru
Бутров Никита Андреевич, студент, Пензенский государственный университет. E-mail: rtech@pnzgu.ru
Китаев Максим Владимирович, студент, Пензенский государственный университет. E-mail: rtech@pnzgu.ru
Лутохин Артем Сергеевич, студент, Пензенский государственный университет. E-mail: rtech@pnzgu.ru
Суроваткин Александр Анатольевич, студент, Пензенский государственный университет. E-mail: rtech@pnzgu.ru
Образец цитирования:
Виртуальная реальность для вооруженных сил: обзор / А. Ю. Тычков, Е. В. Буныгин, Н. А. Бутров, М. В. Ки-таев, А. С. Лутохин, А. А. Суроваткин // Вестник Пензенского государственного университета. - 2020. -№ 4 (32). - С. 107-114.
