CC BY
22В.И. МЕДВЕДЕВ, Д.А. ШИШЛЕНИН
ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ
V.I. MEDVEDEV, D.A. SHISHLENIN
VIRTUAL REALITY
С НОВЫМИ РАЗРАБОТКАМИ - К НОВЫМ РУБЕЖАМ WITH NEW DEVELOPMENTS - TO NEW FRONTIERS
Сведения об авторах: Медведев Валерий Иванович - заместитель начальника Краснодарского высшего военного авиационного училища лётчиков по учебной и научной работе, полковник, кандидат исторических наук, доцент (г. Краснодар);
Шишленин Дмитрий Александрович - старший преподаватель 11 кафедры тактики Краснодарского высшего военного авиационного училища лётчиков, подполковник, кандидат педагогических наук (г. Краснодар).
Аннотация. В статье описываются перспективные разработки Краснодарского высшего военного авиационного училища лётчиков, представляемые на Международном военно-техническом форуме «АРМИЯ-2021».
Ключевые слова: авиационный тренажёр, виртуальная реальность, первоначальная лётная подготовка, военно-историческая работа, интерактивная мультимедийная база данных.
Information about the authors: Valeriy Medvedev - deputy Head of the Krasnodar Higher Military Aviation School of Pilots for educational and scientific work, Colonel, Candidate of Historical Sciences, Associate Professor (Krasnodar);
Dmitry Shishlenin - senior lecturer of the 11th Department of Tactics of the Krasnodar Higher Military Aviation School of Pilots, Lieutenant Colonel, Candidate of Pedagogical Sciences (Krasnodar).
Summary. The article describes the promising developments of the Krasnodar Higher Military Aviation School of Pilots, presented at the International Military-Technical Forum «ARMY-2021».
Keywords: aviation simulator, virtual reality, initial flight training, military-historical work, interactive multimedia database.
Образовательный процесс в военном вузе открывает широкие перспективы для внедрения новых разработок. В первую очередь, это разработки, касающиеся совершенствования учебного процесса. В этом году в Краснодарском ВВАУЛ выполнен целый ряд работ, заслуживающих особого внимания, которые будут представлены на Международном военно-техническом форуме «АРМИЯ-2021».
Одним из важнейших этапов в образовательном процессе лёт-
ного вуза является первоначальная лётная подготовка. Однако она подразумевает, как известно, и значительные затраты. Было бы нецелесообразно учить в воздухе тому, чему вполне можно было бы научить на земле. Тренажёрная подготовка в этом ключе позволяет использовать ресурс первоначальной лётной подготовки максимально эффективно. Получив фундаментальные навыки на тренажёре, курсант садится в самолёт уже подготовленным к действиям в воздухе.
Учитывая растущее значение тренажёрной подготовки и существующую потребность в недорогом, простом, но эффективном средстве, позволяющем решать такие задачи, военно-научным обществом Краснодарского ВВАУЛ во взаимодействии с предприятиями отечественной промышленности разработан интерактивный процедурный тренажёр первоначальной подготовки авиационного персонала с использованием инновационной технологии виртуальной реальности (ИПТ
АРМИЯ-2021 /Л
ИТВР). Со стороны промышленности в разработке участвовали ведущие предприятия по созданию современных технических средств подготовки авиационного персонала АО «РАА «Спецтехника» и ОАО «Константа-Дизайн», которые не только оказали значимую помощь в разработке, но и проявили интерес к промышленному производству готового изделия.
Технология виртуальной реальности (VR) сегодня является одной из значимых инновационных технологий обучения, отвечающих требованиям объективности, надёжности, технологичности при относительно небольших затратах. По мнению многих экспертов, внедрение УК технологий для обучения лётчиков имеет хорошие перспективы. Именно здесь и следует ожидать очередной «прорыв» в области тренажёрных технологий [1].
Феномен УК, заимствованный из ставших привычными современных информационных технологий, является неисчерпаемым источником создания новых приспособительных моделей поведения. Ключевой компонент УК состоит в теоретически неограниченной возможности участника событий взаимодействовать с виртуальной средой, будучи погружённым в виртуальные события и, что крайне важно, наблюдать и корректировать средствами технологии биоуправления свои действия, создавая новые приспособительные стереотипы поведения, т.е. обретать необходимые умения для выполнения специализированных действий.
В целом виртуальная реальность - это технология машинного взаимодействия, которая обеспечивает погружение пользователя в трёхмерную интерактивную информационную среду. Следует обратить внимание, что объекты этой среды представляют собой не просто качественно прорисованные трёхмерные картины (сцены), они обладают определёнными свойствами, аналогичными настоящим объектам и проявляющимися при
взаимодействии с другими виртуальными предметами [4].
Для работы с системой обучаемый надевает специальные очки, в которых создаётся подсистема генерации трёхмерного изображения кабины самолёта, которая поступает туда из системы программного обеспечения. Для обработки программного обеспечения служит один высокопроизводительный стационарный компьютер, отвечающий за все математические вычисления виртуального мира.
Очки, оснащённые виртуальной и дополненной реальностью, с успехом заменяют для отдельных видов подготовки громоздкие и дорогостоящие проекционно-экран-ные комплексы и коллиматоры. Современная система генерации изображений внекабинной обстановки обеспечивает беспрецедентное качество визуализации.
В ходе разработки программного обеспечения была создана трёхмерная полигональная модель кабины самолёта, всех его устройств, датчиков и приборов с учётом их правильного расположения и эргономикой, чтобы у пользователя создавалась иллюзия присутствия в искусственном мире. Далее модель была перенесена в игровой двигатель, в котором по средствам программирования была разработана симуляция работы всех устройств самолёта,
датчиков, приборов и других его устройств.
Для управления движением и осуществления связи человека с виртуальным миром используется специальный датчик, который отслеживает положение рук в пространстве и переносит их в виртуальный мир. Так, пользователь сможет взаимодействовать с органами управления, приборами и всей движущейся арматурой кабины самолёта. Такой датчик имеет малый размер и крепится на очках, не мешая обучаемому.
Во время полёта для управления самолётом требуется, в первую очередь, работа с РУС (ручкой управления самолётом) и РУД (рычагом управления двигателем). В тренажёре их имитируют универсальные компьютерные контроллеры, занимающие соответствующее положение, как в настоящей кабине. Работа этих устройств переносится в виртуальный мир.
Моделирование и программирование внутренних устройств самолёта подразумевает, что они выполняют те же функции, что и в настоящем самолёте. Для максимально точно приближённого к реальности моделирования их работы потребовалось детальное изучение работы самого самолёта, его документации, руководства по лётной эксплуатации и других руководящих документов.
На прошлогоднем форуме «АРМИЯ-2020» была представлена версия тренажёра, которая позволяла обучать курсантов действиям при осмотре кабины, её подготовке к полёту и выполнению запуска и опробования двигателя. К настоящему времени тренажёр доработан и позволяет осуществлять полёты по кругу, в пилотажную зону на простой и сложный пилотаж и по маршруту. Планируется доработка программного обеспечения для обеспечения возможности отработки действий при возникновении особых случаев в полёте.
В перспективе тренажёр будет установлен на подвижную в трёх плоскостях платформу (по тангажу, крену и курсу), будет усовершенствовано рабочее место руководителя тренировки (инструктора) с таким расчётом, чтобы он мог не только контролировать действия обучаемого, но и имел возможность использовать один из основных методов лётного обучения «делай как я». Кроме того, в целях контроля за психофизиологическим состоянием обучаемого, предполагается оборудование его рабочего места специальными датчиками-измерителями пульса, частоты дыхания, температуры тела, усилий зажима ручки управления самолётом и времени реакции на отклонения, вводимые инструктором.
Авиационный тренажёр, выполненный по технологии виртуальной реальности, способен повысить эф-
фективность образовательного процесса, сделать его более понятным и интересным для современного курсанта, который более ориентирован на обучающие системы, основанные на 3D-визуализации и геймификации.
В противовес высокой стоимости стандартных авиационных тренажёров и большим объёмам финансовых затрат на их техническое обслуживание, пилотные системы обучения в виртуальной реальности обладают большим потенциалом и позволяют сделать профессиональный тренировочный полёт более доступным.
Глубоко продуманная и организованная с учётом индивидуального подхода тренажёрная подготовка способствует не только уменьшению материальных расходов, но и успешному выполнению программы первоначальной лётной подготовки курсантов, впервые приступающих к полётам. Современные авиационные тренажёры третьего и четвёртого поколений хорошо выполняют свою роль по первоначальной подготовке лётчиков, имитируя настоящий самолёт со всей тактильной отдачей и визуализацией динамики полёта. Вместе с тем эти поколения тренажёров имеют высокую стоимость, сопоставимую со стоимостью воздушного судна, их разработка, модернизация, техническое обеспечение и сервисное обслуживание остаются сложными и дорогостоящими, они
имеют громоздкие размеры, а для размещения требуют специализированные типовые здания.
Кроме того, при переходе на новую авиационную технику полноценные тренажёры, как правило, появляются несколько позже, чем сама авиатехника, что, конечно, не только усложняет процесс освоения этой техники курсантами, но и отодвигает сроки её освоения.
В настоящее время, в соответствии с ранее принятыми решениями, заключён государственный контракт на поставку в Краснодарское ВВАУЛ самолётов ДА-42Т (для замены самолётов Л-39 и Л-410у-вп-э). И такие самолёты уже поступили в училище. Возникла острая необходимость в тренажёрной базе для этих типов авиатехники. И один из таких тренажёров -ПТ-ДА-42Т разработан личным составом военно-научного общества Краснодарского ВВАУЛ и выдвигается для представления на Международном военно-техническом форуме «АРМИЯ-2021».
Данный тренажёр создаёт обстановку, максимально приближённую к полёту, и является техническим средством для первоначального лётного обучения на самолёте ДА-42Т. Устройство позволяет обучающимся ознакомиться с интерьером кабины реального воздушного судна, выполнять действия по подготовке самолёта к полёту с проверкой систем и непосредственно сам полёт. Также изделие позволяет отрабатывать необходимые действия при возникновении особых случаев в полёте.
Одной из сложнейших задач в авиационном вузе является профессионально-психологический отбор абитуриентов на этапе поступления в лётное училище. Крайне важно принять решение о возможности или невозможности лётного обучения именно на этом этапе. В основе операторской деятельности лётчика лежат психофизиологические профессионально-важные качества. Для их выявления и оценки в настоящий момент используются
СтО^ ИЮЛЬ-АВГУСТ2021 №4 (31)
специальные установки, в частности - аппаратурная установка психологического отбора (УПО). При помощи установки моделируются условия лётной (операторской) деятельности и изучаются: скорость образования сенсомоторного навыка, особенности сенсомоторной деятельности в условиях помех дефицита времени, перестройки навыка, степень эмоциональной напряжённости при выполнении заданий.
Однако данная установка была изготовлена в 60-х гг. прошлого века опытно-экспериментальным путём, в конструкции использовалась элементная база тех лет, которая к настоящему времени морально и физически устарела. Установка требует глубокой модернизации с расширением технических возможностей, но сохранением принципов, заложенных авторами методики и подтверждённых многолетним практическим опытом применения УПО в целях прогностической оценки профессиональной пригодности к лётному обучению и последующей лётной деятельности.
В свете данной проблематики военно-научным обществом КВВАУЛ разработана и изготовлена модернизированная установка, решающая эти задачи. Данная установка является перспективным средством, необходимым в учебном процессе, и выдвигается для представления на Международном военно-техническом форуме «АРМИЯ-2021».
Установка состоит из программно-аппаратного комплекса, системы визуализации, мобильной платформы с самолётным креслом, укомплектованным парашютной системой, ручкой управления самолётом, рычагом управления двигателем и педалями.
В состав программно-аппаратного комплекса входит программное обеспечение, созданное специалистами военно-научного общества КВВАУЛ на основе новейших информационных технологий,
Страница генерал-майора И.И. Блажевича
позволяющее автоматизировать процедуру обследования, обработки и анализа результатов тестирования. Кроме того, расширены технические возможности проведения психофизиологического обследования за счёт использования современных электронных устройств.
Основные преимущества модернизированной установки: современный интерфейс, информативность, практичность, валидность результатов, компактность, мобильность, эргономичность рабочего места.
Одним из приоритетных направлений военно-научного общества Краснодарского ВВАУЛ является военно-историческая работа. Наибольший интерес в этой области вызывает авиационная тематика. В частности, на основе проведённого ранее научного исследования
нами была разработана интерактивная мультимедийная база данных «История зарождения и развития ВВС: от Российской империи к Российской Федерации», которая также будет представлена на Международном военно-техническом форуме «АРМИЯ-2021».
Целью данной работы является наглядное представление истории ВВС в простой и понятной форме в виде интерактивного приложения.
Программа обладает простым интерфейсом, не требующим специализированных знаний и умений, и позволяет получить представление как о командном составе отечественных ВВС с момента их зарождения до создания ВКС (2015 г.), так и об авиатехнике, состоявшей на вооружении в разные периоды.
Jl-
M АРМИЯ-2021
Меню послевоенного периода
Приложению присущи следующие особенности:
• трёхмерные изображения объектов максимально приближены к реальным;
• сохранена возможность анимации (субъект в виртуальном пространстве может передвигаться, есть возможность посмотреть на объект с различных сторон);
• средствами программирования созданы эффекты погружения обучаемого в разные временные эпохи.
Применение данной технологии обладает следующими неоспоримыми преимуществами: позволяет сделать процесс изучения авиационной техники более понятным и интересным для курсантов, что, в свою очередь, повышает интерес к самому учебному материалу (содержанию программы) [3].
В процессе работы над приложением были разработаны трёхмерные высокоточные модели самолётов, что позволяет создать у пользователя иллюзию присутствия в искусственном мире.
Программное обеспечение написано на языке C++ с использованием элементов визуального программирования в среде blueprint - скриптовой системе, которая представляет собой визуальный интерфейс для создания элементов взаимодействия с объектами. Для управления передвижением между разделами пособия используются активные панели [2].
Интерактивная база данных позволяет сформировать у обучающихся системные знания в предметной области. Для определения степени востребованности и эффективности разработанного продукта нами было проведено исследование, в котором участвовали 60 испытуемых. Курсантам было предложено ознакомиться с базой данных, после чего с ними был проведён опрос. По результатам опроса более 85% курсантов отметили программу как «очень интересную», остальные - как «интересную». Негативных отзывов - «неинтересная» и «посредственная» - не было.
В целом испытуемые отметили простоту интерфейса и качественную проработку, а также показали хорошие остаточные знания по
учебному содержанию программы, что подтвердило её эффективность.
В целом все представляемые Краснодарским ВВАУЛ на военно-техническом форуме «АРМИЯ-2021» продукты являются перспективными разработками и в случае внедрения позволят в значительной степени усовершенствовать образовательный процесс. °
ЛИТЕРАТУРА
1. Киргинцев, М.В., Пеньков, Н.А., Свиридов, С.Г., Дьяков, Д. Е. Применение технологий виртуальной реальности в тренажёрных комплексах для инженерно-технического состава // Современные наукоёмкие технологии, 2019. № 7. С. 181-184.
2. Киселев, С. В. Средства мультимедиа: учебное пособие. - М.: Академия, 2009. С. 64.
3. Чердынцев, Е. С. Мультимедийные сети: учебное пособие. Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ). Институт кибернетики. - Томск: Изд-во ТПУ, 2011. С. 44-46.
4. Крапивенко, А.В. Технологии мультимедиа и восприятие ощущений: учебное пособие. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. С. 269-271.
