Виртуальная реальность, напоминающая обывателю компьютерную игру, на самом деле – важнейший этап подготовки космонавтов к полету. С помощью таких тренажеров они учатся, к примеру, стыковать корабль с МКС и успевать фотографировать земные объекты на бешеной скорости.
О том, как разрабатываются тренажеры для космонавтов и на что еще способна виртуальная реальность, рассказал руководитель отдела виртуальной реальности новосибирского ЗАО «СофтЛаб-НСК» Василий Бартош.
ОТРИСОВАТЬ МКС
«Это все началось с того как космонавт Алексей Леонов приехал сюда в Институт Автоматики и Электрометрии (в Новосибирске) и ему показали тренажер палубной авиации. Тогда в Советском союзе в середине 80-х была задача тренировать летчиков садиться на корабли. В институте делали тренажер для этой авиации: программное и компьютерное обеспечение. Тогда графических компьютеров в нынешнем понимании не было… все приходилось делать самим», — вспоминает Бартош.
Он поясняет, что в отличие от управляющих компьютеров с операционной системой, специализированные компьютеры — настоящие графические станции, занимающие несколько шкафов, — ее не имели. Для этих специализированных станций надо было создавать компьютерное обеспечение от подготовки баз данных до обработки их в реальном времени. Вот эти компьютеры изготавливались в институте.
Фото: © Предоставлено «СофтЛаб-НСК»
«Я тогда был студентом, три лаборатории делали их. Компьютеры становились все меньше. Вместо длинных стоек стали использовать одну, потом плату стали поставлять в компьютер. А когда обычные видеокарты обогнали по мощности наши компьютеры, стали использовать стандартные решения на DirectX, которые используются для компьютерных игр», — говорит собеседник.
Он отмечает, что основные задачи космонавтов остались теми же, что и были в советское время, но предъявляются новые требования к технологии их выполнения. А потому ЦПК старается использовать и новые технологии обучения, в том числе, включая в программу тренажеры виртуальной реальности. Центр подготовки, по словам Бартоша, еще десять лет назад выживал, чтобы хоть как-то обеспечивать подготовку космонавтов. Сейчас с деньгами стало получше и их стали вкладывать в более полноценное развитие тренажерной базы.
Фото: © Владимир Сараев, Sibnet.ru
«Уточняю как-то у космонавта Сергея Волкова — вот этот эффект ярче, темней, светлей во время стыковки сделать? Он говорит: "А мнеглавное, чтобы семь тонн за моей спиной не врезались в 400 тонн впереди. Я только об этом думаю, когда стыкуюсь"», — рассказывает Бартош.
Тренажеры — это в основном труд программистов, использующих универсальные языки С#,С++. Конечно, все отрисованные модули космической станции нужно постоянно обновлять параллельно с тем как меняется их вид. Но каждые пять-десять лет происходит смена технологической платформы отрисовки визуальных модулей. Но при этом главная задача остается неизменной — добиться нужного эффекта обучения.
ПОБЕДИТЬ СТРАХ
«У тех, кто первый раз выходит в космос, есть психологический барьер. Когда человек наполовину высовывается головой вперед, внизу еще что-то светло, а сверху чернота, ничего нет и страшно. Тренажер внекорабельной деятельности должен помочь преодолеть этот страх, чтобы он выходил уже более спокойно и ориентировался на станционной поверхности», — объясняет руководитель лаборатории.
Пока создание такого тренажера только обсуждается. Он будет представлять из себя подробный вид поверхности станции, потому что «космонавты время от времени выходят на поверхность и их нужно подготовить к этому визуально».
«Они первый раз выходят в открытый космос, им надо сориентироваться, у них очень маленький угол зрения, они ограничены скафандром, сам шлем не вертится… Космонавт должен понять по куску станции, где он находится. А ведь они пять-шесть часов находятся на поверхностии должны что-то отнести, принести, не заблудиться, перехватиться правильно. Поэтому тренажер будет состоять из таких задач ориентировки», — поясняет Бартош.
Если тренажер внекорабельной деятельности еще только в планах, то работа над стендом визуально-инструментального наблюдения завершается. Частично он лежит в коробках в виде разнообразных металлических запчастей, а часть оборудования уже стоит в Центре подготовки космонавтов (ЦПК) и используется для уроков географии: космонавты должны определять через условный иллюминатор свое местоположение в разных облачных условиях.
По факту у космонавтов уходит два-три месяца на то, чтобы по взгляду в иллюминатор научиться правильно определять, над чем летит МКС. Будущий стенд нужен, чтобы космонавты еще на земле учились ориентироваться по «виду из окна».
«Они выполняют задачи по фотографированию природных явлений, пожаров, затоплений. Им надо эту точку не пропустить потому, что вследующий раз они над ней будут только через несколько дней. А времени у них всего 30 секунд до подлета и 30 секунд после того как онинад этой точкой оказались», — говорит разработчик.
«Легко определить, что ты летишь над Португалией, у нее ярко выраженная береговая линия. А там где нет гор, береговых линий, начинаются трудности. Как определить над Польшей или Украиной летишь? По формам зеленых массивов», — продолжает Бартош.
Для этого тренажера сделали систему, похожую на Google Earth, но разрешение меньше чем у Google — 15 метров на пиксель, а у Google —меньше 1 метра на пиксель. Но такое приближение космонавтам и не требуется. Зато изображение подкачивается быстро, без задержек.
«У космонавтов на станции фотоаппарат Nikon D2 с полной линейкой объективов. Самый длинный — 800 миллиметров. Он такого размера, что когда его поворачивают, сами отворачиваются, он очень большой. Космонавты должны уметь его правильным образом проводить (вестивдоль иллюминатора), чтобы компенсировать бешенный бег местности за иллюминатором — 8 километров секунду», — объясняет собеседник.
Эту сложную ситуацию с помощью виртуальной реальности и повторяет тренажер ВИН: макет иллюминатора, монитор, внутри макета телевика находится микродисплей, на который выводится изображение. Космонавт, когда делает «проводку», в программе видно —компенсирует он бег местности, попал на тот объект, который ему передали по циклограмме, (список задач) или нет. Он получает оценку от инструктора и автоматизированную оценку тренажера.
Завершение работы над тренажером ВИН, по словам Бартоша, затянулось из-за работы над системой позиционирования. Обычно системы позиционирования дают точность порядка градуса, используют несколько датчиков и размещают их в одной плоскости, но разработчикам тренажера этого недостаточно, они пытаются сделать систему более точной. Эта система состоит из ультразвуковых датчиков как у автомобиля, которые изготавливает зеленоградская компания.
«Наша задача — рассчитать положения и разместить вокруг человека 20 датчиков в пространстве 3*3*2 метра. Довольно серьезная вычислительная задача оказалась, потратили на нее два месяца работы мощного компьютера, который размещал в пространстве и выбирал лучшее расположение. На сбор тренажера потребуется еще месяц, это будет опытный образец, который здесь протестируем и в мае отвезем в Центр подготовки», — сказал Бартош.
АВАТАРЫ В БОЛЬНИЦАХ И ВУЗАХ
«Там, где есть сложная техника, там должны быть такие тренажеры, чтобы эту технику не угробить, не нанести вред себе и окружающим. То есть, тренажеры нужны там, где ошибочные действия сопряжены с большими материальными затратами либо с риском для здоровья», —говорит разработчик.
Фото: © Предоставлено «СофтЛаб-НСК»
Так, сотрудники «СофтЛаб-НСК» вместе со СГУПС создали тренажеры для железной дороги. Операторы на них отрабатывают навыки быстрого перевода стрелок на сортировочных станциях, где с горок высотой два метра скатываются вагоны с грузом. Ошибки сотрудников могут привезти к сходу вагонов.
«Смотрю, что-то не получается у сотрудников одной станции. Они говорят: у нас там дерево стояло, мы по нему прицеливались, когда вагондо дерева доезжает, то мы начинаем притормаживать. По их просьбе мы поставили такое дерево как в реальности… Под каждую сортировочную станцию делается отдельный тренажер с подробным видом местности», — говорит Бартош.
Еще один проект компании — тренажер малой авиации для вертолетных школ. Он позволяет натренировать основные навыки пилота —подняться на высоте и зависнуть, полет по кольцевому маршруту и заход на посадку.
Для системы образования и медицины компания создает среду виртуальных коммуникаций. Например, чтобы терапевт, у которого сложный пациент, мог собрать консилиум врачей нескольких специальностей. Все общение происходит в трехмерном виде, где есть экран демонстрации результатов обследований и видеоэкран. Системой заинтересовался НГУ для дистанционных консультаций преподавателя истудентов.
«В виртуальной аудитории люди присутствуют своими аватарами. Движения аватаров управляются человеком. Пока эти движенияпередаются только мышкой и клавиатурой. Но есть и более продвинутые технологии: перед монитором размещаются коробочки и распознают мимику и жесты рук. Система может эти действия анализировать, например, отмечать активность, сколько раз студент руку тянул», —говорит Бартош.
По его словам, программа ведет автоматический журнал посещения, активности студента, фиксируется ответы. Это новый формат занятий, которые может анализировать компьютер, освобождая учителя. Разработчик уверен, что эта вещь выглядит очень перспективной.
СПРАВКА: День космонавтики в России отмечается 12 апреля. В этот день в 1961 году на орбиту был выведен первый в мире космический корабль-спутник «Восток» с человеком на борту. Первым пилотом-космонавтом был летчик Юрий Гагарин. Праздник установлен Указом Президиума Верховного Совета СССР от 9 апреля 1962 года. А в 1968 году Генеральная конференция Международной авиационной федерации приняла решение отмечать 12 апреля и Всемирный день авиации и космонавтики. В 2011 году Генеральная Ассамблея ООН провозгласила 12 апреля Международным днем полета человека в космос.
