СПОСОБ СОЗДАНИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ РЕАЛЬНОСТИ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ВОЕННОСЛУЖАЩИХ СУХОПУТНЫХ ВОЙСК И ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК F41A33/00 F41G3/26 

Группа предлагаемых изобретений относится к системам профессиональной подготовки, используемым при обучении и тренировках военнослужащих сухопутных войск.

Созданная в сухопутных войсках учебная материально-техническая база систем профессиональной подготовки военных специалистов подразделяется на классную и полевую.

Классная учебная материально-техническая база служит для обеспечения обучения по всем предметам боевой подготовки. Классное учебное оборудование, размещенное в соответствующем помещении, составляет объект классной учебной материально-технической базы. Это различного вида макеты реальной аппаратуры, стенды, плакаты, миниполигоны и др.

Участок местности, оснащенный соответствующим полевым учебным оборудованием, составляет объект полевой учебной материально-технической базы. К объектам полевой учебной материально-технической базы относятся учебные поля и учебные городки, директрисы стрельбы, винтовочные артиллерийские полигоны, войсковые стрельбища и т.п.

Практически все воинские части, учебные центры, учебные заведения имеют свою специфическую совокупность полевых и классных объектов учебной материально-технической базы, состав которых определяется соответствующими приказами Министра Обороны и Главнокомандующего сухопутными войсками.

При этом, как правило, основу классной подготовки военных специалистов сухопутных войск составляют тренажеры, использующие для решения учебно-тренировочных задач (УТЗ) синтезирующие системы предъявления визуальной обстановки, создаваемые на базе современной вычислительной техники. Полигонное оборудование, напротив, использует для предъявления учебно-тренировочных задач гибридную физическую реальность в виде реальной военной техники и/или ее физических имитаторов - мишеней, располагающихся на реальной местности.

Каждый из этих методов создания фоно-целевой обстановки имеет свои положительные и отрицательные стороны. Например, синтезированные системы, реализуя принцип обучения в искусственных информационно-динамических средах, позволяют создать практически бесконечное множество ситуаций современного боя, в том числе и так называемых «нештатных», которые при использовании реальной техники создать просто невозможно, осуществить полномасштабный объективный контроль за всеми действиями обучаемых как по точности выполнения предписанного алгоритма, так и по скорости решения поставленных задач, а также сохранять в памяти компьютера весь процесс обучения для последующего «разбора занятий». Вместе с тем, обучаемым трудно избавиться от мысли, что это всего лишь «игра», иллюзии, «фильмы» и что при решении задач в физической реальности их ожидают совершенно другие проблемы, которые им предстоит преодолевать на полигонных занятиях и особенно на командно-штабных учениях, которым отдается предпочтение при оценке боеготовности частей и подразделений, что и действительно имеет место в целом ряде ситуаций и задач боевой подготовки войск. Системы же гибридной физической реальности, предъявляя обучаемым учебную обстановку, весьма близкую к боевой, особенно на командно-штабных учениях, но будучи привязанными к конкретной местности и конкретным погодным условиям, не могут обеспечить всю возможную полноту ситуаций современного боя и, главное, обеспечить полномасштабный объективный контроль за действиями обучаемых, оценивая их, как правило, лишь по конечному результату.

Только совместное использование в едином учебном процессе этих двух по сути альтернативных способов создания или имитации визуальной обстановки позволяет обеспечить требуемый уровень профессиональной подготовки военнослужащих в Вооруженных Силах РФ.

Кроме того, переход военнослужащих от обучения в классе к полевым занятиям, как правило, приводит к частичной перестройке, а то и прямой деформации приобретенных навыков.

Конечно, в ряде отечественных тренажеров уже предпринимались попытки создания комбинированной реальности, включающей совмещенные физическую и синтезированную реальности для предъявления обучаемым визуальной обстановки. Например, один из способов создания комбинированной реальности был реализован в тренажерах серии 9Ф618М для подготовки операторов противотанковых ракетных комплексов и 9Ф68М для подготовки командиров и наводчиков танковых управляемых ракет. Эти тренажеры предусматривали режимы работы по реальным целям. Для этой цели в них использовались имитаторы приборов наведения 9Ш122 и 9Ш120 соответственно, в поля зрения которых через полупрозрачные зеркала вводилась имитированная цель в виде эллипса, сформированная на экране электроннолучевой трубки (Техническое описание и инструкция по эксплуатации на тренажер 9Ф68М АЕМ1000001 ТО, Тульский завод точного машиностроения, 1972 г.).

Таким образом, обучаемым предъявлялась имитированная цель на фоне реальной местности, на которую в данный момент был направлен имитатор прибора наведения. Обучаемый наводчик выполнял УТЗ, «поражая» эту цель. Командир через специальную оптическую ветвь имитатора прибора наведения имел возможность визуально контролировать результат стрельбы. При этом возможности используемого способа создания комбинированной реальности были ограничены условиями местности, на которой проводились тренировки, несовершенством способа создания комбинированной реальности (эллипс порой перемещался по вершинам деревьев) и полностью исключали преимущества синтезирующих систем предъявления информации в части создания УТЗ и особенно организации объективного контроля за действиями обучаемых. В настоящее время эти тренажеры прошли глубокую модернизацию, в результате которой режим «стрельбы» по реальным целям ввиду его несовершенства был полностью исключен.

В настоящем изобретении предлагается способ создания комбинированной реальности, лишенный этих недостатков и позволяющий не только значительно расширить функциональные возможности тренажеров, но и практически полностью избежать деформации навыков обучаемых при переходе с классных тренажеров на полевые занятия.

Технический результат - приближение условий тренировки к реальным.

Результат достигается за счет того, что в способе создания комбинированной реальности при подготовке военных специалистов сухопутных войск, основанном на использовании физической реальности и средств синтезирования виртуальной реальности для предъявления обучаемым фоно-целевой обстановки, обучаемым предъявляют фоно-целевую обстановку в виде гибридной физической реальности и ставят задачу поиска, обнаружения и выбора цели, ее опознавания и идентификации, затем в процессе наведения обучаемыми прицельных марок оптических блоков имитаторов пусковых установок комплексов вооружения в район цели с помощью средств позиционирования определяют и отслеживают пространственные координаты имитаторов пусковых установок комплексов вооружения относительно гибридной физической реальности и углы наведения, затем на экранах оптических блоков имитаторов пусковых установок комплексов вооружения отображают рассчитанную на основании отслеженных данных позиционирования проекцию виртуальной реальности, синтезированной на основе гибридной физической, дополненную динамической фоно-целевой обстановкой и визуальными эффектами, требуемыми задачами обучения, посредством чего происходит ментальное погружение обучаемых в виртуальное поле боя, далее при выполнении обучаемыми алгоритмов боевой работы в режиме виртуальной реальности действия обучаемых протоколируют и сохраняют в базе данных, а затем используют гибридную физическую реальность для дидактического разбора процесса выполнения задачи на основании этого протокола.

Кроме того, это достигается тем, что в тренажер для осуществления способа создания комбинированной реальности при подготовке военных специалистов, содержащем имитатор фоно-целевой обстановки в виде гибридной физической реальности, рабочие места обучаемых, на которых расположены компьютерные модули, имитаторы пусковых установок комплексов вооружения, включающие каждый микродисплей, оптический блок и органы управления и наведения, рабочее место руководителя занятий с компьютерным модулем, блоком управления имитатором фоно-целевой обстановки и источниками питания, дополнительно введены средства позиционирования, включающие указатели позиций, размещенные в гибридной физической реальности, и устройства регистрации, установленные на имитаторах комплексов вооружения соосно линиям визирования их оптических блоков, при этом имитатор фоно-целевой обстановки, компьютерные модули, имитаторы комплексов вооружения, включающие оптические блоки, органы управления и наведения, средства позиционирования, компьютерный модуль руководителя занятий, блок управления имитатором фоно-целевой обстановки и источники питания объединены в локальную вычислительную сеть.

В тренажере гибридная физическая реальность выполнена в виде миниполигона.

В тренажере миниполигон выполнен в виде масштабной копии, используемой при полевой подготовке гибридной физической реальности.

В тренажере по периметру миниполигона установлены экраны общего пользования, отображающие дополнительные визуальные эффекты фоно-целевой обстановки.

В тренажере миниполигон выполнен в форме кольца с разницей между внешним и внутренним ограничивающими радиусами не менее линейного размера штатного миниполигона.

В тренажере гибридная физическая реальность выполнена в виде директрисы стрельбы.

В тренажере гибридная физическая реальность выполнена в виде танкового огневого городка.

В тренажере гибридная физическая реальность выполнена в виде военного полигона.

Предлагаемые способ и тренажер обладают совокупностью существенных признаков, не известных из уровня техники для способов и изделий подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.

Заявляемые способ и тренажер, по мнению заявителя и авторов, соответствуют критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов он явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известен из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.

Сущность предлагаемых изобретений поясняется с помощью чертежей, где:

- на фиг. 1 приведена последовательность действий, определяющая предлагаемый способ создания комбинированной реальности;

- на фиг. 2 - структурная схема тренажера, реализующего предлагаемый способ.

Предлагаемый способ по данному изобретению осуществляют в следующей последовательности:

- обучаемым предъявляют фоно-целевую обстановку в виде гибридной физической реальности и ставят задачу поиска, обнаружения и выбора цели, ее опознавания и идентификации;

- в процессе наведения обучаемыми прицельных марок оптических блоков имитаторов пусковых установок комплексов вооружения в район цели с помощью средств позиционирования определяют и отслеживают пространственные координаты имитаторов пусковых установок комплексов вооружения относительно гибридной физической реальности и углы наведения;

- на экранах оптических блоков имитаторов пусковых установок комплексов вооружения отображают рассчитанную на основании отслеженных данных позиционирования проекцию виртуальной реальности, синтезированной на основе гибридной физической, дополненную динамической фоно-целевой обстановкой и визуальными эффектами, требуемыми задачами обучения, посредством чего происходит ментальное погружение обучаемых в виртуальное поле боя;

- при выполнении обучаемыми алгоритмов боевой работы в режиме виртуальной реальности действия обучаемых протоколируют и сохраняют в базе данных;

- используют гибридную физическую реальность для дидактического разбора процесса выполнения задачи на основании этого протокола.

При групповом обучении для исключения «стрельбы» по целям, ранее пораженным одним из обучаемых, ее «уничтожают» как на экранах оптических блоков имитаторов пусковых установок комплексов вооружения всех обучаемых, так и на компьютере руководителя занятий.

Предлагаемый тренажер содержит имитатор 1 фоно-целевой обстановки в виде гибридной физической реальности, рабочие места 2 обучаемых, каждое из которых содержит компьютерный модуль 3, имитатор 4 пусковой установки комплексов вооружения, включающий микродисплей 5, оптический блок 6 и органы 7 управления и наведения, средства позиционирования, включающие указатели 8 позиций, размещенные в гибридной физической реальности, и устройства 9 регистрации, установленные на рабочих местах 2 обучаемых соосно линиям визирования оптических блоков имитаторов 4 пусковых установок комплексов вооружения. Входы устройств 9 регистрации направлены в сторону имитатора 1 фоно-целевой обстановки, а выходы подключены к соответствующему входу компьютерных модулей 3, соединенных с коммутатором 10 локальной вычислительной сети (ЛВС), установленном на рабочем месте 11 руководителя занятий. Рабочее место 11 руководителя занятий, кроме коммутатора 10 ЛВС, включает компьютерный модуль 12 с видеомонитором, клавиатурой и манипулятором «мышь», блок 13 управления имитатором фоно-целевой обстановки, соединенный входом и выходом с коммутатором 10 ЛВС и источники 14 питания, при этом управление имитатором 1 фоно-целевой обстановки осуществляется с компьютерного модуля 12 руководителя занятий через коммутатор 10 ЛВС.

Имитатор 1 фоно-целевой обстановки, компьютерные модули 3, имитаторы 4 комплексов вооружения, включающие оптические блоки 6, органы 7 управления и наведения, средства позиционирования, компьютерный модуль 12 руководителя занятий, блок 13 управления имитатором фоно-целевой обстановки и источники 14 питания объединены в локальную вычислительную сеть. Обучаемые располагаются по периметру имитатора 1 фоно-целевой обстановки.

Тренажер работает следующим образом.

Перед началом обучения или тренировки руководитель занятия объясняет обучаемым назначение, особенности работы и основные тактико-технические характеристики комплекса вооружения, имитаторы 4 пусковых установок которого установлены на огневых позициях, расположенных по периметру имитатора 1 фоно-целевой обстановки. Распределяет среди обучаемых зоны наиболее вероятного появления имитируемых целей и ставит задачу поиска, обнаружения, опознавания и идентификации предъявляемых объектов (в виде мишеней могут быть использованы как образцы изношенной реальной техника, так и макеты или модели танков, БМП, БТР, автомобилей и др., а также замаскированные огневые точки «противника»), которые обучаемым предстоит «поразить» в отведенное время. После небольшой тренировки, когда обучаемые с помощью поворотов глаз, головы, использования бинокля и органов 7 управления и наведения имитаторов 4 пусковых установок комплексов вооружения осваивают эту задачу, руководитель занятия предлагает обучаемым выполнить несколько тренировочных «пусков» и занимает свое рабочее место, с которого он может управлять мишенной обстановкой предъявляемой гибридной физической реальности. Обучаемые, получив команду на начало работы, осматривают выделенные им сектора обороны, находят появившиеся там мишени, оценивают их опасность, выбирают объект поражения и докладывают руководителю занятий о готовности к поражению цели. Получив разрешение на открытие огня, с помощью органов 7 управления и наведения осуществляют предварительную наводку оптических блоков 6 имитаторов 4 пусковых установок комплекса вооружения на «цель». В процессе наведения осуществляется позиционирование, то есть синхронизация пространственных координат каждого рабочего места 2 обучаемых относительно гибридной физической реальности с соответствующими координатами относительно будущей виртуальной реальности, а по завершению процесса предварительного наведения, например, при переключении кратности оптического блока 6 имитатора 4 пусковой установки комплекса вооружения, в поле зрения каждого обучаемого вводится синтезированная на компьютерных модулях 3 визуальная обстановка, отображающая используемую гибридную физическую реальность. С целью сохранения единства предъявляемой обучаемым визуальной обстановки как в классных, так и полевых условиях обучения, классный миниполигон целесообразно выполнить в виде масштабной копии гибридной физической реальности, используемой при полевых занятиях. Это особенно важно на начальных этапах обучения. Руководитель занятия с помощью встроенного редактора учебно-тренировочных задач может усложнить задание путем программного изменения предъявляемой фоно-целевой обстановки (погодные условия, дополнительные виртуальные мишени, частичное изменение ландшафта, имитация разрывов снарядов, задымление и запыление, звуки боя и т.д.). Обучаемые, выполняя предписанный алгоритм работы, стараются «поразить» выбранную цель. Результаты действий обучаемых протоколируются на компьютерных модулях 3, осуществляющих синтезирование виртуальной реальности. По завершении «боевой» работы полученный протокол передают на компьютерный модуль 12 руководителя занятий и сохраняют в базе данных для последующего разбора. Как правило, варианты предъявляемых УТЗ руководитель занятий готовит предварительно. Часть таких задач уже записана в памяти его компьютерного модуля 3, составляя так называемый «жесткий» сценарий, включающий 30-50 ситуаций на поле боя, наиболее характерных для применения имитируемого комплекса вооружения. Для отработки отдельных операций алгоритма руководитель занятий для предъявления обучаемым визуальной обстановки может использовать гибридную физическую и виртуальную реальности как совместно, так и раздельно, выбирая нужную.

Дополнительно для обеспечения «стрельбы» по низколетящим целям в классный вариант тренажера могут быть включены экраны, установленные за миниполигоном на требуемой условиями УТЗ высоте, и видеопроектор, подключенный к компьютерному модулю 12 руководителя занятий через коммутатор 10 локальной вычислительной сети.

С целью расширения сектора стрельбы и увеличения пропускной способности тренажера (например, при больших контингентах обучаемых в окружных учебных центрах) миниполигон может быть выполнен в форме кольца (или двух полуколец) с разницей между внешним и внутренним ограничивающими радиусами не менее линейного размера штатного миниполигона и размещением обучаемых по обоим радиусам.

Позиционирование может быть осуществлено рядом известных способов, самым простым и достаточно эффективным из которых, по нашему мнению, является бинокулярное самоопределение по пассивным маркерам или активным индикаторам, излучающим в заданном диапазоне, размещенным в гибридной физической реальности, с фиксацией их посредством устройств регистрации, например видеокамер соответствующего диапазона, установленных соосно линиям визирования оптических блоков имитаторов пусковых установок комплексов вооружения.

Наиболее целесообразно использование предлагаемого способа создания комбинированной реальности и тренажера для его осуществления в окружных и бригадных учебных центрах, где одной из основных задач при организации учебного процесса является создание единой информационно-динамической среды для подготовки военных специалистов как в классных, так и в полевых условиях и обеспечение полномасштабного объективного контроля в течение всего процесса обучения.

Одним из основных преимуществ предлагаемого способа является эффект психологического воздействия на обучаемых. В отличие от ряда других способов создания комбинированной реальности, например с помощью шлемов виртуальной реальности при подготовке на фоне реальной местности, при использовании предлагаемого способа обучаемый даже не понимает, когда ему подменили в поле зрения гибридную физическую реальность на синтезированную виртуальную, в то время как при использовании шлемов виртуальной реальности обучаемый понимает, что будет работать в искусственно созданной среде еще до того, как начинает выполнять предписанный алгоритм. Сознание этого снижает мотивацию к обучению и, как следствие, его эффективность.

Кроме того, на сегодняшний день не ясно, каким будет состояние психики обучаемых после многомесячных тренировок в шлемах виртуальной реальности, создающих неестественную для человека среду деятельности.

Заявляемые способ и тренажер могут быть осуществлены и применены во вновь разрабатываемых учебно-тренировочных средствах для подготовки операторов комплексов вооружения с использованием современных технологий, что, по мнению заявителя и авторов, может служить доказательством соответствия критерию «промышленная применимость».

Группа изобретений относится к способу и тренажеру для создания комбинированной реальности при подготовке военных специалистов сухопутных войск. Для создания комбинированной реальности обучаемым предъявляют фоно-целевую обстановку в виде гибридной физической реальности, ставят задачу поиска, обнаружения и выбора цели, ее опознавания и идентификации, с помощью средств позиционирования определяют и отслеживают пространственные координаты имитаторов пусковых установок комплексов вооружения относительно гибридной физической реальности и углы наведения, отображают на экранах оптических блоков имитаторов пусковых установок рассчитанную на основании отслеженных данных позиционирования проекцию виртуальной реальности, синтезированную определенным образом, затем в режиме виртуальной реальности действия обучаемых протоколируют и сохраняют в базе данных, используют гибридную физическую реальность для дидактического разбора процесса выполнения задачи. Тренажер для создания комбинированной реальности содержит имитатор фоно-целевой обстановки в виде гибридной физической реальности, рабочие места обучаемых, рабочее место руководителя занятий, объединенные в локальную вычислительную сеть определенным образом. Рабочие места обучаемых содержат компьютерные модули, имитаторы пусковых установок, устройства регистрации. Имитатор фоно-целевой обстановки содержит указатели позиций. Имитатор пусковой установки содержит микродисплей, оптический блок, органы управления и наведения. Рабочее место руководителя занятий содержит компьютерный модуль, блок управления имитатором фоно-целевой обстановки, блок питания. Обеспечивается приближение условий тренировки к реальным. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ создания комбинированной реальности при подготовке военных специалистов сухопутных войск, основанный на использовании физической реальности и средств синтезирования виртуальной реальности для предъявления обучаемым фоно-целевой обстановки, отличающийся тем, что обучаемым предъявляют фоно-целевую обстановку в виде гибридной физической реальности и ставят задачу поиска, обнаружения и выбора цели, ее опознавания и идентификации, затем в процессе наведения обучаемыми прицельных марок оптических блоков имитаторов пусковых установок комплексов вооружения в район цели с помощью средств позиционирования определяют и отслеживают пространственные координаты имитаторов пусковых установок комплексов вооружения относительно гибридной физической реальности и углы наведения, затем на экранах оптических блоков имитаторов пусковых установок комплексов вооружения отображают рассчитанную на основании отслеженных данных позиционирования проекцию виртуальной реальности, синтезированной на основе гибридной физической, дополненную динамической фоно-целевой обстановкой и визуальными эффектами, требуемыми задачами обучения, посредством чего происходит ментальное погружение обучаемых в виртуальное поле боя, далее при выполнении обучаемыми алгоритмов боевой работы в режиме виртуальной реальности действия обучаемых протоколируют и сохраняют в базе данных, а затем используют гибридную физическую реальность для дидактического разбора процесса выполнения задачи на основании этого протокола.

2. Тренажер для осуществления способа создания комбинированной реальности при подготовке военных специалистов по п. 1, содержащий имитатор фоно-целевой обстановки в виде гибридной физической реальности, рабочие места обучаемых, на которых расположены компьютерные модули, имитаторы пусковых установок комплексов вооружения, включающие каждый микродисплей, оптический блок и органы управления и наведения, рабочее место руководителя занятий с компьютерным модулем, блоком управления имитатором фоно-целевой обстановки и блоками питания, отличающийся тем, что в него дополнительно введены средства позиционирования, включающие указатели позиций, размещенные в гибридной физической реальности, и устройства регистрации, установленные на имитаторах комплексов вооружения соосно линиям визирования их оптических блоков, при этом имитатор фоно-целевой обстановки, компьютерные модули, имитаторы комплексов вооружения, включающие оптические блоки, органы управления и наведения, средства позиционирования, компьютерный модуль руководителя занятий, блок управления имитатором фоно-целевой обстановки и источники питания объединены в локальную вычислительную сеть.

3. Тренажер по п. 2, отличающийся тем, что гибридная физическая реальность выполнена в виде миниполигона.

4. Тренажер по п. 3, отличающийся тем, что миниполигон выполнен в виде масштабной копии, используемой при полевой подготовке гибридной физической реальности.

5. Тренажер по п. 3, отличающийся тем, что по периметру миниполигона установлены экраны общего пользования, отображающие дополнительные визуальные эффекты фоно-целевой обстановки.

6. Тренажер по п. 3, отличающийся тем, что миниполигон выполнен в форме кольца с разницей между внешним и внутренним ограничивающими радиусами не менее линейного размера штатного миниполигона.

7. Тренажер по п. 2, отличающийся тем, что гибридная физическая реальность выполнена в виде директрисы стрельбы.

8. Тренажер по п. 2, отличающийся тем, что гибридная физическая реальность выполнена в виде танкового огневого городка.

9. Тренажер по п. 2, отличающийся тем, что гибридная физическая реальность выполнена в виде военного полигона.