Разработка и исследование виртуальных рабочих мест в среде OpenSim[1]
С.И. Бочков,
м.н.с., лаб. НИР ИДДО, bochkovsam1@rambler.ru,
А.С. Степанов,
м.н.с., лаб. НИР ИДДО, step_al_ul@mail.ru,
УлГТУ, г.
Ульяновск
В данной статье рассматриваются виртуальные миры как инструмент
компьютеризации учебного процесса. Приведён краткий обзор мировых разработок в
данных областях, рассмотрены особенности платформы OpenSim.
Также в статье даётся описание архитектуры системы и особенности реализации
виртуальных рабочих мест. В качестве заключения приводятся пути совершенствования проекта.
In this
article, virtual words as the tool of computerization of educational process
are described. Short review of world projects on virtual words are given,
features of OpenSim platform are considered. Also in
the article description of system architecture and features of virtual
workplaces developing are given. The paper is concluded with ways of enhancement
of the project.
Используемые с 1990 в армии и медицине впервые виртуальные миры
привлекли внимание масс в 2003, когда Linden Lab запустила знаменитый виртуальный мир Second Life [7].
Сегодня виртуальные миры широко применяются в медицине, где поле
для разработок весьма обширно – с помощью виртуальных программ тренируются
молодые врачи, отрабатываются командные операции. Европейское Космическое
агентство работает над созданием системы дополненной реальности для обучения
космонавтов оказания помощи и диагностики заболеваний друг друга в космосе.
Прототип системы прошёл успешные испытания в больнице университета Сан-Пьер в
Брюсселе. [2]
OpenSimulator (далее –
OpenSim) представляет собой серверную платформу для
создания многопользовательских трёхмерных виртуальных миров. Подключённые к
серверу пользователи представлены в виде своих 3-х мерных виртуальных образов –
аватаров.
Сферы применения OpenSim:
·
виртуальные представительства организаций (офисы, образовательные
учреждения и др.);
·
3D-моделирование;
·
моделирование физических процессов;
·
ландшафтный дизайн.
Для программирования сценариев используется язык LSL (Linden Scripting Language), разработанный компанией Linden
Labs. [4] Допустимо написание сценариев на языке C#
[1]: несмотря на снижение читаемости кода, данных подход позволяет использовать
дополнительные библиотеки.
В лаборатории НИР ИДДО УлГТУ была
поставлена задача реализации виртуальных рабочих мест по специальностям
монтажник РЭАиП[2],
слесарь-сборщик РЭАиП и регулировщик РЭАиП. В связи с этим ведётся внедрение и исследование
виртуальных рабочих мест на АО «Ульяновский механический завод»; данная статья рассматривает
в качестве примера рабочее место монтажника РЭАиП.
(рис. 1).
Рис. 1.
Общий вид на виртуальную лабораторию
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. Э
та часть отвечает за хранение истории пользовательских действий,
параметров состояния рабочих столов, а также сценариев ввода-вывода в указанные
файлы.
Рис. 2.
Организация виртуального пространства
На данный момент уже реализованы 3D-модели реальных объектов рабочего
места – инструментов, комплектующих, готовы сценарии обучения. Особое внимание
уделяется процессам составления алгоритмов обучения. Так, для монтажника проектируются
два сценария: пайка элементов и пайка проводов.
Пайка элементов включает в себя подсценарии
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.
Если обучающийся совершил какое-либо неверное
действие, система пытается вернуться к предыдущему состоянию, предварительно
сигнализируя об ошибке с помощью текстовых сообщений.
Таким образом, в ходе обучения монтажник должен приобрести
следующие знания и навыки: температурный режим пайки, время пайки,
последовательность выполнения действий при монтаже радиоэлементов типа
«микросхема», «конденсатор», 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.
moveCamera(vector camPos, vector focusOffset, float
distance) {
llSetCameraParams([
CAMERA_DISTANCE, distance, // ( 0.5 to 10) meters
CAMERA_POSITION, camPos,
// region relative position
CAMERA_FOCUS_OFFSET, focusOffset// <-10,-10,-10> to <10,10,10> meters
]);
}
listen(integer channel, string name, key id, string message)
{
list lst = 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 = idealTopPosition;
focusOffset
= <0.8, 0.062, -1.1>;
distance =
0.7;
}
moveCamera(camPos, focusOffset,
distance);
}
Листинг 1. Поведение камеры вокруг рабочего стола
монтажника.
Рис. 3. Процесс пайки. Для лучшей видимости припой
на паяльнике выделен красным цветом (1). Курсор мыши установлен на контактной
площадке, о чём свидетельствует всплывающее сообщение (2), при этом время пайки
не соответствует требуемому (3).
Последние исследования показали, 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 [7].
К таким закрытым площадкам относятся виртуальные рабочие места,
разрабатываемые в Ульяновском государственном техническом университете. Её
отличие от виртуальных лабораторных площадок многих других университетов
состоит в том, что она с высокой точностью и приближённостью к действительности
моделирует рабочее место сотрудника завода.
Практическим результатом данного
проекта является система формирования навыков у обучающегося при выполнении
типичных рабочих операций.
Перспективными направлениями в области виртуализации являются:
· совершенствование
проектируемых виртуальных рабочих мест;
· внедрение
экспертной системы, оценивающей действия пользователя;
· интеграция
системы виртуальных рабочих мест с LMS Moodle;
· освоение
новых областей в сфере науки и промышленности для применения технологий
виртуализации обучения.
Исследование
выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 15-07-08268
а.
Литература
1.
C# scripting in
OpenSim [Электронный ресурс] –http://justincc.org/blog/2008/11/21/c-scripting-in-opensim/, свободный.
2. Diagnosing Medical Problems in Space Using Augmented
Reality - The Atlantic [Электронный ресурс] –http://www.theatlantic.com/health/archive/2012/02/diagnosing-medical-problems-in-space-using-augmented-reality/252880/, свободный.
3.
LSL Portal - Second
Life Wiki [Электронный
ресурс] –http://wiki.secondlife.com/wiki/LSL_Portal, свободный.
4.
OpenSim
[Электронный ресурс] – www.opensimulator.org, свободный.
5. US Defense Agency Develops Virtual Reality Contact
Lenses - Business Insider [Электронный ресурс] –http://www.businessinsider.com/virtual-reality-contact-lenses-will-give-troops-a-tactical-edge-on-the-battlefield-2012-3, свободный.
6.
Бахарева В.А.,
Захарова У.С., Сербин В.А., Фещенко А.В. Технологии
виртуальной и дополненной реальности в образовательной среде вуза. // Открытое
и дистанционное образование. Томск, 2015. №4 (60). С. 12-20.
7.
Виртуальные миры: практическое применение / Блог
компании Гарс Телеком / Хабрахабр
[Электронный ресурс] –https://habrahabr.ru/company/garstelecom/blog/140081/, свободный.
8.
ИНОБР > Проекты > Компьютерные тренажерные системы
[Электронный ресурс] – http://misis.ru/inobr/kts_inobr, свободный.
9.
Трухин А.В. Анализ существующих в РФ тренажёрно-обучающих
систем // Открытое и дистанционное образование. Томск, 2008. №1 (29). С. 32-40.