Обучающий симулятор военного
полигона[1]
Н.Н. Войт,
доц. каф. «Выч. техн.», к.т.н., n.voit@ulstu.ru,
Р.С. Молотов,
м.н.с., сотр. лаб. НИР ИДДО, r.molotov@yahoo.com,
УлГТУ, г.
Ульяновск
Предприятия региона, выпускающие
военную и специализированную технику, вынуждены постоянно модернизировать свою
продукцию для улучшения её тактико-технических характеристик. Высокие темпы
обновления оборудования боевых машин (БМ) и зенитно-ракетных комплексов (ЗРК)
влекут за собой необходимость постоянного переобучения личного состава,
экипажей БМ. Именно поэтому ведущие предприятия региона, помимо непосредственно
техники разрабатывают также специальные тренажеры и электронные обучающие
системы (ЭОС). Поддержание актуальности аппаратных тренажерных комплексов
требует больших затрат, а ЭОС не позволяют развивать у
обучающихся практические навыки, отрабатывать командное тактическое
взаимодействие БМ. Именно поэтому существует потребность в создании симулятора
военного полигона, содержащего в себе актуальные имитационные [программные] модели
БМ и комплексов ЗРК, ТС.
Companies that manufacture military and specialized equipment, to
constantly upgrade its products to improve its tactical and technical
characteristics. High pace of renewal of combat vehicles (СV) equipment and anti-aircraft missiles (SAM) causes the need of
re-training of the crews of CV. That's why leading companies, in addition to
directly develop products, involved in development of special simulators, but maintaining
the relevance of hardware simulators is a costly way to train students'
practical skills. That’s why there is a need to create a simulation of military
polygon containing a relevant simulation [software] models
of CV and SAM systems.
1. Виртуальные симуляторы в обучении
В современном образовательном процессе активно
применяется программное обеспечение для обучения и контроля знаний. Помимо
прочих информационных технологий, для обеспечения процесса обучения все более
активно используются обучающее симуляторы и тренажерные системы. Их применение
возможно на различных уровнях образования: как в учреждениях дошкольного и
общего, так и среднего профессионального, высшего и дополнительного
образования.
С помощью современных технологий
возможно реализовать широкий спектр сценариев обучения, начиная от
имитационного моделирования физических и химических процессов, изучаемых в
школьных лабораториях, заканчивая симуляцией рабочих мест предприятий (цехов,
лабораторий и т.п.) и симуляторов транспортных средств (ТС).
Предприятия региона, выпускающие военную и
специализированную технику, вынуждены постоянно модернизировать свою продукцию
для улучшения её тактико-технических характеристик (ТТХ). Высокие темпы
обновления оборудования боевых машин (БМ) и зенитно-ракетных комплексов (ЗРК)
влекут за собой необходимость постоянного переобучения личного состава,
экипажей БМ. Именно поэтому ведущие предприятия региона, АО «УМЗ» и НПО «Марс»,
помимо непосредственно техники разрабатывают также специальные тренажеры (аппаратные
комплексы) и электронные обучающие системы (ЭОС). Поддержание актуальности
аппаратных тренажерных комплексов требует больших затрат, а ЭОС, включающие в
себя теоретическую часть и набор тестов, не позволяют развивать у обучающихся практические навыки, отрабатывать командное
тактическое взаимодействие БМ. Именно поэтому существует потребность в создании
симулятора военного полигона, содержащего в себе актуальные имитационные
[программные] модели БМ и комплексов ЗРК, ТС.
2. Моделирование виртуального пространства военного
полигона
Для создания симуляторов используются как
специализированные платформы (OpenSimulator, RealXtend, Open Wonderland и т.д.), так и игровые (Unity,
Unreal Engine…) и
физические (Havok, nVidia PhysX) движки. Для
разработки симулятора был выбран движок Unity.
Основными его преимуществами являются:
·
Наличие конструктора: совокупности игрового
движка и интегрированной среды разработки (IDE).
·
Расчет физики с помощью физического движка PhysX, упрощающий создание физических моделей объектов
симулятора.
·
Поддержка популярных форматов 3d-моделей,
звуковых файлов, графики.
·
Простой Drag&Drop
интерфейс, обеспечивающий отладку симулятора из редактора и снижающий порог
вхождения инструментария в целом.
Таким
образом, используемый движок, позволяет разрабатывать и добавлять в единое
пространство (виртуальную среду) симулятора многокомпонентные имитационные
модели военной техники, оборудования и вооружения, обладающие следующими
особенностями:
1.
Адаптивная
система обучения и контроль действий пользователя. Моделирование органов
управления и логики работы с ними позволяет добиться не только высокого
качества визуальной составляющей модели (рис. 1б), но и точно реагировать на
действия обучающегося: адекватно воспроизводить рабочие, аварийные, нештатные
ситуации.
2.
Физическая
составляющая модели, позволяющая имитировать поведение техники в различных
условиях: проходимость различных дорожных покрытий, грунтов (рис. 1а), водных
преград; работу в различных климатических условиях.
3.
Вариативность
комплектации оборудования и вооружения. Позволяет проводить обучение управлению
различными моделями, поколениями БМ, ТС и ЗРК (рис. 3а).
4.
Многопользовательский
режим. Позволяет проводить одновременное совместное обучение различным военным
специальностям: техник, водитель, наводчик, радист и т.д. Также предоставляет
возможность командных тренировок экипажей БМ: воспроизводить взаимодействие
внутри экипажа, отдельных экипажей в составе комплексов. Позволяет ввести роли командиров
отдельных БМ и комплекса в целом, тренировать их тактическое взаимодействие на
поле боя.
а) б)
Рис. 1. Внешний вид и органы управления модели ГАЗ 66.
Таким
образом, представленный симулятор военного полигона может быть применен:
·
при
подготовке кадров, переобучении экипажей БМ;
·
для
презентации экспортной продукции предприятий ВПК РФ;
·
в
целях моделирования поведения техники в различных условиях и при различных
нагрузках;
·
для
воспроизведения и тренировки тактического взаимодействия БМ в составе
комплексов РСЗО, З(П)РК.
а) б)
Рис. 2. Анимация люка
БМ и компоненты модели БМ 9А33БМ3
а) б)
Рис. 3. Модели БМ 9А33БМ3 ЗРК «Оса-АКМ» и
Ми-171
Потенциальными
заказчиками в таком случае являются:
·
образовательные
учреждения военного и технического профилей;
·
предприятия,
концерны ВПК региона и страны: АО «УМЗ», НПО «Марс», АО
«Алмаз-Антей» и другие;
·
воинские
части, ремонтные базы и заводы.
В
ходе выполнения проекта был реализован прототип обучающего симулятора военного
полигона, включающего имитационные модели БМ ЗРК «Оса», БМ ЗПРК «Тунгуска-М»,
ГАЗ 66, БМ РСЗО «Смерч», БМ-21 РСЗО «Град» и Ми-171. Получены следующие научные
результаты: предложены структура (рис. 2б) многокомпонентных имитационных
моделей в составе симулятора и адаптивная система обучения, формализован
автоматный подход к анимациям моделей (рис. 2а) в Unity,
разработан подход к написанию скриптов, позволяющий настраивать (рис. 2б)
модели прямо в IDE (не погружаясь в код).
Дальнейшее
развитие проекта напрямую зависит от заказчиков и в первую очередь заключается
в увеличении количества имитационных моделей. В долгосрочной перспективе
возможна детальная проработка физической модели симулятора, расширение
предметной области и моделирование других предметных областей (станкостроение,
медицинское оборудование, гражданская техника и т.д.).
Литература
1. Русскоязычное сообщество
разработчиков на Unity. URL:
http://www.unity3d.ru/
2. Официальный сайт Unity3D. URL:
http://unity3d.com/ru/
3.
Моделирование
элементов ВС. Курс лекций / Под ред. Н.С. Куцоконя. —
Ульяновск: УлГТУ, архив каф. «ВТ», 2002.
4.
Справочник
API Unity. URL:
http://docs.unity3d.com/ru/current/ScriptReference/index.html
5.
А.В.
Галкин, А.Я. Аноприенко. Использование технологии Uity 3D при разработке универсальной плоскопанельной
тренажерно-обучающей системы / Материалы IV
всеукраинской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых
ученых «Информационные управляющие системы и компьютерный мониторинг (ИУС КМ
2013)» – 24-25 апреля 2013 г., Донецк, ДонНТУ, 2013.
6. Creighton,
R.-H. Unity 3D Game Development by Example Beginner's Guide – Packt Publishing, 2010. – 384 c