289-302, mechanik artykuły

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiMgr inż. Roman HABEREKMgr inż. Olaf KASPRZYCKIAutocomp Management Sp. z o.o. SzczecinMgr inż. Mirosław CHMIELIŃSKIMgr inż. Leszek STRĄCZEKAkademia Marynarki Wojennej GdyniaDOI: 10.17814/mechanik.2015.7.242KLUCZOWE ASPEKTY KOMPUTEROWEGOWSPOMAGANIA EKSPLOATACJI SYSTEMU SYMULACJITRÓJWYMIAROWYCH MODELI UZBROJENIAMORSKIEGOStreszczenie: W referacie zaprezentowano kluczowe aspekty wspomaganiaeksploatacji uzbrojenia morskiego dzięki zastosowaniu wirtualnejrzeczywistości, m.in. realistyczne, interaktywne materiały szkoleniowe.System symulacji 3D wspiera najważniejsze obszary nauczania budowy orazobsługi uzbrojenia morskiego, jak również testowanie wiedzy i umiejętnościszkolonych oraz umożliwia interaktywną pracę z trójwymiarowymimodelami uzbrojenia morskiego.ASPECTS OF COMPUTER SIMULATION OF RESCUE OPERATIONOF THE MARITIME MILITARY THREE-DIMENSIONAL MODELSAbstract: The paper presents the key aspects of maritime operations supportweapons by using virtual reality, including realistic, interactive trainingmaterials. This simulation system supports the most important areas ofteaching construction and operation of marine weapons, as well as testingthe knowledge and skills of trainees and allows interactive work with three-dimensional models of marine weapons.Słowa kluczowe: system symulacji 3D, wirtualna rzeczywistośćKeywords: 3D simulation system, Virtual Reality1. WPROWADZENIEWirtualna rzeczywistość (ang.Virtual Reality– VR) jest technologią informatyczną, któraumożliwia wejście i pracę w świecie wygenerowanym przez komputer, czyli jest to obrazsztucznej rzeczywistości stworzony przy wykorzystaniu IT (ang.Information Technology).Polega na multimedialnym kreowaniu komputerowej wizji przedmiotów, przestrzenii zdarzeń nieistniejących w naturze. Uzyskuje się to poprzez generowanie obrazów, efektówakustycznych, a nawet zapachowych czy smakowych [8].289MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiW praktyce rzeczywistość wirtualna jest pojmowana jako system składający się zespecjalistycznego oprogramowania oraz sprzętu. Rola oprogramowania najczęściej skupia sięna przetwarzaniu obrazu z postaci grafiki 3D do projekcji obrazu stereoskopowego.Dodatkowy sprzęt wspiera uczucie tzw. immersji, czyli zagłębienia w środowiskugenerowanym komputerowo. Ze względu na mnogość systemów przyjęto definiowaćrzeczywistośćwirtualną.Wliteraturzeprzedmiotuspotkaćsięmożnaz następującą definicją rzeczywistości wirtualnej jako I³:Interaction(interakcja)+Immersion(zagłębienie) +Imagination(wyobraźnia).Steve Bryson na podstawie swoich prac w NASA razem z Jaronem Lanier zdefiniowałrzeczywistość następujaco:Rzeczywistość wirtualna jest sposobem użycia technologiikomputerowej w tworzeniu efektu interaktywnego, trójwymiarowego świata, w którym obiektydają wrażenie przestrzennej[fizycznej?] obecności. (Virtual Reality is the use of computertechnology to create the effect of an interactive three-dimensional world in which the objectshave a sense of spatial presence).2. CHARAKTERYSTYKA WIRTUALNEGO ŚRODOWISKARzeczywistość wirtualna jest technologią, która umożliwia interakcję ze środowiskiemsymulowanym przez komputer istniejący zarówno jako realny świat, jak i jakiś specjalniestworzony dla własnych potrzeb lub oaza, gdzie można uspokajać swój umysł za pomocąsztucznego środowiska zaprogramowanego przez programistów. Najbardziej aktualne aspektyzwiązane z nowoczesną rzeczywistością wirtualną można opisać jako doświadczeniawizualne, wypisywane za pomocą ekranów komputerowych albo poprzez specjalnewyświetlacze stereoskopowe (zakresu stereo). Niektóre symulacje zawierają środowiskowirtualne albo wirtualne artefakty, które mogą być obsługiwane przez standardoweurządzenia wejścia-wyjścia, jak klawiatura czy mysz, albo poprzez multimodalne środowiska,takie jak podłączona do urządzenia rękawica, ożywiona ręka i wielokierunkowy kierat [7].Symulowane środowisko może być podobne do świata rzeczywistego. Mogą być stosowanesymulacje przydatne dla pilotów, medycyna czy treningi wojskowe w bardzo trudnych czynawet ekstremalnych i nietypowych warunkach, ale całkowicie bezpieczne dla człowieka.Od wielu lat można oglądać specjalistyczny sprzęt, który prowadzi w kierunku poruszania sięw innym, kontrolowanym przez człowieka świecie. Rzeczywistość wirtualna to oczywiściewspaniałe pole dla czystej zabawy intelektualnej, jaką potrafią dać, szczególnie dzieciom, grykomputerowe.Termin typuvirtualmożna spotkać przy popularnych językach programowania. Stosowanyjest, aby mieć dostęp do funkcji, których nie można idealnie zdefiniować, mając jedyniedostęp do jednej określonej figury, można je natomiast wywołać w programie [9].Świat wirtualny można określić jako komputerowo generowane środowisko, które jestodbierane przez użytkownika w realnym czasie. Systemy rzeczywistości wirtualnej corazczęściej wykorzystywane są do modelowania, prezentacji i oceny obrazów przestrzennych.Korzystając ze specjalnych okularów, widz może zobaczyć nieistniejący obiektw trójwymiarowej przestrzeni, a poruszając głową, uzyskuje pełną informację o otaczającejgo przestrzeni. Dzięki rzeczywistości wirtualnej świat komputerowy to nie tylkodwuwymiarowy ekran monitora, lecz również pełnoprzestrzenne środowisko sterowane przezczłowieka.290MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i EksploatacjiRzeczywistość wirtualna charakteryzuje się sześcioma stopniami swobody, co oznacza, żeprogramy wirtualnej rzeczywistości umożliwiają ruch do przodu – do tyłu, w górę – w dół,w lewo – w prawo oraz obroty względem trzech osi układu współrzędnych [8]. W związkuz tym może być ona traktowana jako symulacja „rzeczywistości realnej”. Człowiek istniejew czterowymiarowej czasoprzestrzeni i znajduje się w stanie permanentnej interakcjiz otaczającym go światem. Rzeczywistość wirtualna jest w stanie tak symulować realność, żeświadomość przebywającego w niej człowieka sugeruje możliwość sterowania znajdującymisię w niej obiektami trójwymiarowymi.Dzięki specjalnej grafice, sekwencjom animacji i wideo, stereofonicznym efektomdźwiękowym, pozorny świat VR wydaje się rzeczywisty. Wirtualna rzeczywistość rozbudzaludzką wyobraźnię.Powoduje, że przez chwilę można zanurzyć się w fantazyjny świat. Osobom, które samepotrafią kreować wirtualną przestrzeń, dostarcza ona niemalże nieskończonych możliwościtworzenia.Pozwalanasymulowaniesytuacjitrudnychdozrealizowaniaw realnym życiu, ułatwia komunikowanie się, może służyć za narzędzie ekspresji jejużytkowników. I choć wirtualny świat kojarzy się zwykle z grami komputerowymi,niosącymi ze sobą często destruktywne wartości, niniejszy artykuł ukaże jeszcze jeden zesposobów konstruktywnego zastosowania wirtualnego środowiska.Mianem wirtualnego świata określa się czasem Internet i obecny świat, kiedy życie staje sięcoraz bardziej związane z Siecią. Czasem nazywa się tak świat nierzeczywisty, wytworzonyza pomocą komputera, który dzięki postępowi techniki wydaje się niemal prawdziwy.Sformułowanie „wirtualny świat” można uważać za formę ostrzeżenia i jednocześnie groźbydla tych, którzy mogą pragnąć pozostania w e-świecie na zawsze.Wirtualne to znaczy istniejące potencjalnie, a nie jako konkretny, realny byt – nie jestalternatywą dla rzeczywistości, nie wyklucza jej. Wirtualność jest przeciwieństwemfaktyczności (stanowi „rzeczywistość zastępczą”) i jednocześnie jej źródłem. Potocznie„wirtualny” znaczy „nierealny”. W codziennym użyciu określenie rzeczywistości wirtualnejodnosi się do różnych rzeczy. Jest to technologia umożliwiająca uzyskiwanie realistycznychobrazów za pomocą grafiki komputerowej wykorzystywanej zarówno w celachrozrywkowych, jak i naukowych czy praktycznych [10].Obecnie są to coraz doskonalsze symulacje działania urządzeń lub też wykreowanie dziękimultimedialnym zestawom symulacji rzeczywistości: kontrolowana w czasie realnymanimacja komputerowa, audiowizualne techniki pozwalające odbiorcy korzystającemu zespecjalnego wyposażenia (hełm izolujący od bodźców wzrokowych i słuchowych; goglewyłączające bodźce wzrokowe; rękawica pozwalająca odczuwać i dokonywać zmian).Charakterystyczne cechy rzeczywistości wirtualnej to: interaktywność w czasie rzeczywistymi zanurzenie. Interaktywność polega tu na kontroli systemu oraz reagowaniu elektronicznegośrodowiska na działania użytkownika. Zanurzenie dotyczy zmysłów, polega na wchłanianiuużytkownika przez sztuczny świat poprzez odcięcie go od bodźców naturalnego środowiska,zastąpienie ich bodźcami generowanymi komputerowo. Im większa interaktywnośći pełniejszy wachlarz doznań, tym doskonalsze dane środowisko. Nowe medium stwarzaniemal nieograniczone możliwości ekspresji. Rzeczywistość wirtualna oferuje trójwymiarowąprzestrzeń, odmienną od dwuwymiarowych sposobów rejestracji rzeczywistości, do jakichprzyzwyczaiły odbiorców dotychczasowe sztuki wizualne: fotografia czy film. Ponadto nie291MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacjima charakteru narracyjnego ani znakowego; w doświadczaniu rzeczywistości wirtualnejgłówną rolę odgrywają zmysły [7].Wirtualną Rzeczywistość można też sobie wyobrazić jako rodzaj halucynacji, która dotykawszystkie ludzkie zmysły jednocześnie. Wrażenia docierają do nas poprzez specjalny sprzęt –specjalne okulary prezentują naszym oczom trójwymiarowy obraz.Wirtualna rzeczywistość ma bardzo wiele zastosowań – począwszy od gier komputerowych,gdzie można prowadzić samochód, zjeżdżać z góry na nartach albo ujeżdżać dinozaury, aż doszkolenia żołnierzy np. marynarzy lub pilotów, ucząc bezpiecznego prowadzenia działań,gdyż istnieją również zastosowania, takie jak działania militarne. Istnieją trzy główne typyVR. Pierwszy, najbardziej popularny, składa się z hełmu z małymi monitorami, słuchawkamioraz specjalnej rękawicy lub dżojstika.Hełm i rękawica połączone są z komputerem wyposażonym w odpowiednie oprogramowaniegraficzne i muzyczne. Sprzęt i oprogramowanie bardzo zależy od wykorzystania systemu VR.Obrazy są przesyłane do monitorów umieszczonych w hełmie. Każdy monitor ustawiony jestpod innym kątem, tak aby oddać efekt trójwymiarowości. Kiedy zakładasz hełm VR, obrazz monitorów całkowicie przesłania twoje pole widzenia i jesteś kompletnie zamkniętyw świecie VR [8].Poprzez słuchawki słyszysz dźwięk skojarzony z obrazami, które oglądasz. Zarówno hełm,jak i manipulator (rękawica lub dżojstik) są wyposażone w specjalne sensory. Pozwala tokomputerowi podążać za ruchami twojej głowy i ręki. Jeśli przekręcisz głowę, by „zobaczyćcoś” obok lub za sobą, komputer natychmiast zmienia odpowiednio obraz monitorów, takjakbyś był wewnątrz obrazu. To wszystko dzieje się w czasie rzeczywistym (z taką samąprędkością, jak w świecie rzeczywistym). Rękawica pozwala „poczuć” wirtualne przedmioty,podnieść je, przenieść, nawet obejść.Druga forma VR wykorzystuje kamery wideo do śledzenia obrazów użytkownikaw wirtualnym świecie, gdzie również można wybierać i przenosić obiekty. Oba te systemyVR umożliwiają pracę kilku osób jednocześnie w tym samym czasie w VR.Ostatni typ VR polega na wyświetlaniu obrazów trójwymiarowych na dużym zakrzywionymekranie. Kształt ekranu pomaga wejść użytkownikowi w świat VR. Dzięki specjalnymokularom ten efekt został znacznie ulepszony.Wykorzystanie gogli 3D zwiększa realizm pracy nad modelem dzięki wrażeniu fizycznegokontaktu z obiektem. Użytkownik wykonuje przy użyciu aplikacji ćwiczenia, których celemjest manipulowanie obiektami w taki sposób, aby osiągnąć zdefiniowany dla danegoscenariusza stan końcowy (np. złożenie automatu armaty). Dzięki temu uczestnicy szkoleniauczą się sekwencji wykonywanych kroków, co z powodzeniem może być wykorzystanew przypadku pracy z rzeczywistym obiektem [10].3. OCULUS RIFT – WIRTUALNA RZECZYWISTOŚĆ GOGLI 3DOculus Rift, czyli gogle do rzeczywistości wirtualnej (ang.Virtual Reality)wymagająrejestracji w systemie firmy Oculus VR, instalacji specjalnego oprogramowania i kalibracji.Wirtualne doznania w goglach są intensywne i całkowicie odcinają użytkownika odrzeczywistości. Rozdzielczość Full HD, w której pracują gogle Oculus Rift, robi wrażenie292MECHANIK 7/2015XIX Międzynarodowa Szkoła Komputerowego Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacjiw specyfikacji technicznej, należy jednak zwrócić uwagę, że obraz ten jest przetwarzanyi rozciągany, aby zapewnić użytkownikom możliwość obserwacji otoczenia [8].Fot. 1. Oculus Rift z okablowaniem i ze skrzynką sterującąFot. 2. Oculus Rift – widok z przodu i widok z tyłuOsoby przebywające w świecie wirtualnym odczuwają także efekt „choroby symulacyjnej”,ponieważ błędnik traktuje wszystko, co widać całkowicie poważnie.4. CHARAKTERYSTYKA SYSTEMU SYMULACJI TRÓJWYMIAROWYCHMODELI MORSKIEGO UZBROJENIA ARTYLERYJSKIEGO, MODELIAMUNICJI ARTYLERYJSKIEJ ORAZ MODELI UZBROJENIARAKIETOWEGOSystem symulacji trójwymiarowych modeli morskiego uzbrojenia artyleryjskiego, modeliamunicji artyleryjskiej oraz modeli uzbrojenia rakietowego przeznaczony jest do:a) szkolenia i doskonalenia umiejętności podchorążych, oficerów i załóg okrętowychw zakresie obsługi uzbrojenia artyleryjskiego, rakietowego i amunicji artyleryjskiej;b) testowania szkolonych zgodnie z przyjętą taksonomią w AMW, a zajęciasą prowadzone na bazie scenariuszy wizualizacyjnych.Wyniki szkolenia są przedstawiane w postaci raportów:‒ generowanego automatycznie po zakończeniu ćwiczenia,‒ szczegółowego raportu z wybranego ćwiczenia,‒ raportu dziennego lub okresowego, oceniającego postępy w szkoleniu.293 [ Pobierz całość w formacie PDF ]
  • zanotowane.pl
  • doc.pisz.pl
  • pdf.pisz.pl
  • charloteee.keep.pl