Реферат по теме выпускной работы
Содержание
- 1. Актуальность темы
- 2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
- 3. Научная новизна
- 4. Обзор исследований и разработок по теме
- 4.1 Обзор международных источников
- 4.2 Обзор национальных источников
- 4.3 Обзор локальных источников
- 5. Текущее состояние работы
- Заключение
- Список источников
1. Актуальность и мотивация
В настоящее время при обучении студентов тема совершенствования профессиональных навыков актуальна как никогда. Существование готовой тренажерно-обучающей системы значительно упростило бы процесс обучения, а также позволило бы визуализировать лекционный и теоретический материал. Кроме того, для студентов и курсантов летных академий наличие универсального плоскопанельного авиасимулятора позволило бы ускорить процесс адаптации к реальным воздушным суднам и получить возможность отработать свои навыки на тренажерной системе.
2. Цели и задачи
Основной задачей проекта является создание собственной тренажерно-обучающей системы, ориентированной на имитацию полета воздушного судна. В качестве модели воздушного судна предполагается использование модели биплана - самолёта с двумя несущими поверхностями (крыльями), как правило, расположенными одна над другой. Целью данной работы является создание интерактивного приложения для совершенствования знаний студента по технике с возможностью просмотра приборной доски предполагаемого воздушного судна. Данное приложение может быть использовано в процессе обучения на специальностях летных академий. Результатом работы программного средства должно стать повышение практического опыта взаимодействия с приборами у студентов.
3. Научная новизна
С ростом популярности плоскопанельных устройств важно достигнуть способности функционирования тренажерных систем на таких устройствах, как планшетные компьютеры или сенсорные телефоны. Выбор технологии Unity3D позволяет разработать двух - или трехмерное приложение, работающее под любыми операционными системами: Windows, OS X, Android, Apple iOS, Linux.
Unity3d является современным кросс-платформенным движком для создания приложений, рассчитанный на то, что весь процесс разработки будет происходить в поставляемой в комплекте интегрированной среде разработки. Среда разработки содержит редактор сцен, объектов и скриптов. В Unity3D есть отложенное освещение, встроенный редактор шейдеров, стандартный набор постпроцессинговых эффектов. Основной концепцией Unity3d является использование в сцене легко управляемых объектов, которые, в свою очередь, состоят из множества компонентов. Создание отдельных объектов и последующее расширение их функциональности с помощью добавления различных компонентов позволяет бесконечно совершенствовать и усложнять проект.[1]
4. Обзор исследований и разработок по теме
На сегодняшний день, к сожалению, практически не существует профессиональных тренировочных средств, которые функционируют на плоскопанельных устройствах и способны имитировать поведение приборов и самого воздушного судна во время полета.
На момент создания данной работы было найдено и рассмотрено несколько программных средств.
4.1 Обзор международных источников
Первое интерактивное приложение имеет формат игры, ориентированной на знание базовых навыков пилотирования. Приложение называется X-Plane и представляет из себя авиасимулятор, разработанный для Mac OS X . В состав X-Plane входят несколько коммерческих, военных и других самолётов, а также глобальный сценарий, который охватывает большую часть Земли. Также в поставку авиасимулятора входит программное обеспечение для создания и настройки моделей самолётов. X-Plane имеет систему плагинов, позволяющую пользователям расширять функциональность симулятора и создавать свои собственные миры или копии реальной местности, что позволяет ознакомиться с реальными моделями воздушных судов, но в режиме ограниченной функциональности.Пример интерфейса приведен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Интерактивное приложение X-Plane
X-Plane отличается от других симуляторов применением теории элемента лопасти, разработанной для оценки поведения пропеллера. Каждое крыло и лопасть пропеллера разбивается на небольшие подэлементы, для каждого из них подсчитываются действующие аэродинамические силы и моменты, затем все они складываются, и получается общий результат. X-Plane распространяет эту модель на весь самолёт (вертолёт и другие летательные аппараты), работая с фюзеляжем, крыльями и хвостом, как с элементами, создающими подъёмную силу.
Преимущество этого метода по сравнению с моделями, использующими предварительно обсчитанные массивы данных, теоретически состоит в том, что не нужно записывать никаких данных о поведении реального аппарата. X-Plane сам моделирует его поведение, основываясь на данных о геометрии, массе, расположении и характеристиках двигателей.
Другое приложение можно рассматривать как более специализированное, направленное на улучшение навыков взаимодействия с приборами у пилотов.
Microsoft Flight Simulator — авиасимулятор, выпускаемый корпорацией Microsoft. От X-Plane он отличается весьма реалистичной физикой полёта, а значит, большой сложностью управления самолётом. Предусмотрено наличие практически всех крупных аэропортов мира с реалистичными данными, реальным ландшафтом, реалистичными погодными условиями, отличной графикой.
MSFS позволяет освоить первоначальные навыки пилотирования в простых и сложных метеоусловиях на различных этапах полета, от предполётной подготовки, взлёта и полёта до выполнения снижения и посадки. Могут рассматриваться штатные и нештатные ситуации, в том числе в рамках тренировки взаимодействия экипажа по отработке аварийных ситуаций согласно Руководству по лётной эксплуатации соответствующего типа воздушного судна. На базе тренажёрных комплексов, использующих MSFS в качестве платформы, принимаются некоторые зачёты и экзамены.Пример интерфейса приведен на рисунке 2.
Рисунок 2 – Интерактивное приложение Microsoft Flight Simulator
4.2 Обзор национальных источников
В Украине за пределами ДонНТУ сходных по тематике программных средств найдено не было.
4.3 Обзор локальных источников
С 2010 года в ДонНТУ ведутся разработки по трехмерному моделированию шахтных комплексов, по материалам которых были проведены выступления с докладами на конференциях, а также написаны статьи для журналов по данной теме такими авторами, как проф. Аноприенко А.Я., доц. Карабчевсткий В.В., Трофимов В.А., доц. Николаев Е.Б. [2]
5. Текущее состояние работы
На данный момент разработаны несколько вариантов предполагаемых текстур для авиасимулятора. В последствии планируется реализовать возможность переключению текстур в режиме реального времени. Основной концепцией Unity3d является использование в сцене легко управляемых объектов, которые, в свою очередь, состоят из множества компонентов. Создание отдельных объектов и последующее расширение их функциональности с помощью добавления различных компонентов позволяет бесконечно совершенствовать и усложнять проект. Влияние компонента на поведение или положение того или иного объекта в сцене определяется с помощью переменных компонента.
Первый этап практической реализации проекта
В качестве ресурсов для создания изображения неба в проекте были использованы несколько обычных изображений, совмещение которых позволило создать эффект панорамы неба. Результат приведен на рисунке 3.
Рисунок 3 – Эффект панорамы неба
Когда какой-либо ресурс, например геометрическая 3D-модель, используется в сцене приложения, он становится в терминологии Unity игровым объектом. Все эти объекты, изначально, имеют хотя бы один компонент, задающий его положение в сцене и возможные преобразования (компонент Transform). Переменные компонента Transform определяет положение (position), поворот (rotation) и масштаб (scale) объекта в его локальной декартовой прямоугольной системе координат X, Y, Z. Наличие переменных у каждого компонента обуславливает возможность обращения к ним из соответствующей программы. [3]
В качестве одной из территорий для имитации полета воздушного судна была выбрана морская поверхность. Для того чтобы увеличить эффект реальности морской поверхности было решено создать несколько вариантов движения волн и изменения цветности. Все эти детали созданы при помощи компонентов Unity3d, рассчитанных на работу с геометрическим 3d-объектом.
Для установления взаимодействия между созданными геометрическими объектами необходимо добавить к ним соответствующие физические свойства. Физическое ядро среды используют систему динамики твердых тел, для создания реалистичного движения. Это означает, что вместо статичных объектов, находящихся в виртуальном пространстве сцены, мы имеем объекты, у которых могут быть следующие свойства: масса, гравитация и другие. Результат показан на рисунке 4.
Рисунок 4 – Сформированная морская поверхность (анимация, размер 692 Кб)
Заключение
Создание приложения с помощью технологии Unity3d обеспечивает возможность 3D-визуализации проекта, упрощает процесс разработки, обеспечивает возможность запуска на нескольких платформах, таких как игровые консоли и настольные операционные системы, например, Linux, Mac OS X и Microsoft Windows. Ядро Unity3d имеет компонентную архитектуру, позволяющую заменять или расширять некоторые подсистемы движка более специализированными компонентами, например, для симуляции физической природы взаимодействия, звука или рендеринга.
В дальнейшем планируется реализовать полностью интерактивное приложение-тренажер с возможностью использования различных сцен ландшафтов и наполнить виртуальное 3D пространство большим количеством статических и динамических 3d-объектов. Возможности технологии Unity3d позволят симулировать различные физические явления и состояния, например, динамику абсолютно твёрдого и деформируемого тела.
Список источников
- Unity-Game Engine [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www/ URL: http://www.unity3d.com/
- Unity3D по –русски [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www/ URL: http://www.unity3d.ru/
- Аноприенко А.Я., Бабенко Е.В. Организация модульного интерактивного приложения для трехмерного моделирования угольных шахт.// Материалы III всеукраинской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Информационные управляющие системы и компьютерный мониторинг (ИУС и КМ 2012)» – 16-18 апреля 2012 г., Донецк, ДонНТУ, 2012. Т.3. С. 680-684.
- Джамбруно, М. Трехмерная графика и анимация / М. Джамбруно. – М.: Вильямс, 2002. – 640 с.
- Маров, М.Н. 3ds max. Моделирование трехмерных сцен / М.Н. Маров. – СПб.: Питер, 2005. – 560 с. (+СD)
- Конструкторы для создания компьютерных игр. Выпуск 3 / Интернет-ресурс. – Режим доступа: www/ URL: http://itcs.3dn.ru.
- Бабенко Е.В. Навка Е.А. Оверчик О.М. Перспективы использования свободного программного обеспечения для создания трехмерных интерактивных приложений // Материалы II всеукраинской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Информационные управляющие системы и компьютерный мониторинг (ИУС и КМ 2011)» – 12-13 апреля 2011 г., Донецк, ДонНТУ, 2011. Т.3. С. 184-187.
- Аноприенко А.Я., Джон С.Н. Задачи, методы и средства моделирования сетевой инфраструктуры // Научные труды. Выпуск 29. Серия «Проблемы моделирования и автоматизации проектирования динамических систем» — Севастополь: «Вебер». – 2001. – С. 312-319.
- Аноприенко А. Я., Святный В. А. Универсальные моделирующие среды. // Сборник трудов факультета вычислительной техники и информатики. Вып.1. – Донецк: ДонГТУ. – 1996. – С. 8-23.
- 14. Вячеслав Тозик, Александр Меженин, Кирилл Звягин. 3ds Max. Трехмерное моделирование и анимация на примерах. – БХВ-Петербург, 2008 – 880 с. (+CD)