Ученые МГТУ ГА разрабатывают технологии для тренажеров операторов аэродромной спецтехники.
Казалось бы, что может быть легкомысленней, чем ловить покемонов в игровом приложении смартфона. Однако технология, которая используется при разработке подобных развлечений, не случайно оказывается в фокусе внимания специалистов авиационной отрасли. Так называемая дополненная (смешанная) реальность имеет значительный потенциал. Как уже сообщала наша газета, специалисты МГТУ ГА могут похвастать успехами в этой сфере. Ноу–хау последних лет – инверсная дополненная реальность.
От приложений для смартфонов и видеоигр на основе виртуальной реальности – несколько шагов до использования инновационных технологий в качестве инструмента совершенствования образовательного процесса и повышения качества подготовки специалистов авиационной отрасли. Новые технологии позволят водителю аэродромной спецтехники отрабатывать навыки управления транспортными средствами и оборудованием без риска создания реальной аварийной ситуации на аэродроме.
Напомним: учебный центр при кафедре управления воздушным движением Московского государственного технического университета гражданской авиации занимается разработкой решений дополненной реальности для авиационной отрасли с 2009 года. Эта технология позволяет совмещать в едином пространстве реальный мир и виртуальные объекты. Проще говоря, дополнять реальный мир созданными компьютером объектами.
Как отмечает советник ректората МГТУ ГА по инновациям Андрей Горбунов, возможен и обратный процесс, когда виртуальный мир дополняется реальными объектами. Такая технология получила название «инверсная дополненная реальность». Сегодня инверсная дополненная реальность в качестве программного продукта оказывается востребована в тренажерах операторов спецтехники, обучающих системах. Тренажерное решение с инверсной дополненной реальностью для операторов аэродромных погрузчиков контейнеров – новая запатентованная разработка, представленная в этом году сотрудниками вуза на Национальной выставке инфраструктуры гражданской авиации (NAIS 2017).
В настоящее время обучение и тестирование водителей автотранспорта проводится с помощью компьютерных симуляторов, включающих водительское кресло с органами управления и один или несколько дисплеев, на которых воспроизводится картинка трехмерной компьютерной графики, имитирующая вид через лобовое стекло кабины автомобиля.
Тренажеры такого типа нельзя применять в случаях, когда специфика работы водителя предполагает не только пребывание в кресле, но и перемещение в пространстве, что характерно для водителей спецтехники, например, водителей аэродромных погрузчиков контейнеров.
Оператор аэродромного погрузчика контейнеров в процессе работы переходит от одного пульта к другому, ему требуется круговой обзор и возможность визуального контроля многих параметров. Однако на вышеупомянутом тренажере при выполнении рабочих функций он не видит картинки окружающего мира на стационарно размещенных дисплеях. Решения с замкнутым помещением, на стенки которого проецируются изображения трехмерной компьютерной графики, также непригодны, поскольку водитель оперирует объектами, находящимися в непосредственной близости от него.
Данный недостаток устраняется при использовании технологии полнопогружной виртуальной реальности (ВР): пользователь тренажера надевает шлем ВР, обеспечивающий полную визуальную изоляцию его от реального мира. При этом задействуется система пози-
ционирования, датчик которой располагается в шлеме виртуальной реальности и позволяет определять пространственные и угловые координаты головы пользователя. Информация реального времени о пространственном положении головы пользователя используется для генерации стереопары виртуального мира, показываемой пользователю через микродисплеи шлема. При этом виртуальный мир воспроизводит рабочую среду, например, аэродром с самолетом и погрузчиком контейнеров. Таким образом, пользователь оказывается полностью погруженным в виртуальную рабочую среду и, перемещаясь в реальном мире, аналогично перемещается в виртуальной рабочей среде, которую может видеть так же, как в реальном мире.
Пользователь наблюдает виртуальные органы управления, однако при этом возникает проблема тактильного взаимодействия с ними. При размещении датчиков системы позиционирования на руках пользователь видит виртуальные образы своих рук в виртуальном мире, которые перемещаются аналогично реальным рукам, однако не может почувствовать касание руля, рычагов и т. п. Существуют тактильные перчатки, обеспечивающие некоторый эффект осязательной обратной связи на кончиках пальцев, но этот эффект ограничен только ощущениями легкого толчка или вибрации, что абсолютно недостаточно для полноценного воспроизведения ощущения хватки руля и других органов управления, приобретение навыков работы с которыми является неотъемлемой частью тренинга водителей.
Указанная проблема решается при помощи тренажерного комплекса ВР для обучения водителей спецтехники с обеспечением полноценной тактильной обратной связи за счет дополнения виртуальной реальности реальными объектами, в рассматриваемом случае – моделью пульта управления. Это и есть, по сути, инверсная дополненная реальность.
Путем точного воспроизведения спецтехники в виртуальном мире, точной настройки системы позиционирования и системы слежения за руками и пальцами пользователя виртуальный объект – виртуальный пульт управления, воспроизводящий визуальные образы реальных панелей управления, совмещается в реальном пространстве с реальным объектом – реальной моделью пульта управления. Характеристики современных доступных на рынке систем позиционирования позволяют осуществлять такое совмещение с достаточной точностью. Таким образом, обучаемый водитель спецтехники, видя в виртуальном мире свои реальные руки, может касаться ими виртуальных органов управления, одновременно касаясь реальных органов управления, чем обеспечивается полная тактильная обратная связь.
Размещение датчиков системы позиционирования на голове, руках и ногах обучаемого обеспечивает возможность наблюдения им в виртуальном мире рук и ног своего виртуального двойника – аватара, движения которого синхронизируются с движениями обучаемого. Генератор ВР связан беспроводными интерфейсами со шлемом виртуальной реальности, датчиками системы позиционирования, размещенными на голове, руках и ногах пользователя и с датчиком системы слежения за руками и пальцами, расположенным на шлеме виртуальной реальности, чем обеспечивается свобода перемещения.
Чтобы избежать проблемы расхождения координат объектов реального и виртуального миров, в начале работы проводится калибровка позиционирования аватара пользователя в виртуальном мире с учетом его физиологических особенностей (рост, длина рук и ног, размер кисти) и конкретного размещения датчиков на теле пользователя с целью полного совмещения координат пользователя в реальном мире и его аватара в виртуальном.
Как отмечает Андрей Горбунов, применение инверсной дополненной реальности с развитой сигнальной обратной связью открывает возможности построения компьютерных симуляторов для водителей спецтехники, которая до настоящего времени не освоена современной тренажерной индустрией. К таковой относятся аэродромные погрузчики контейнеров, для которых проблема подготовки водителей является очень актуальной: нередко случающиеся столкновения таких погрузчиков с самолетами обходятся авиакомпаниям крайне дорого, поскольку как минимум приводят к нарушению графика полетов.
Другой пример – аэродромные тягачи, перемещающие самолеты. Спецтехника, оператор которой должен перемещаться в пространстве, встречается во многих отраслях, что определяет широкую перспективу использования инверсной дополненной реальности в целях обучения и тестирования персонала.

Артем ОЗУН,
Фото пресс–службы МГТУ ГА