ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

1. Цілі і завдання

В даний час при навчанні студентів на спеціальностях гірничо-геологічного факультету тема безпеки і правил поведінки шахтаря в шахті актуальна. Ведуться численні роботи для запобігання аварійних ситуацій в шахтах, проводяться різні лекції, семінари. Але для закріплення лекційного, теоретичного матеріалу необхідна наочна його візуалізація.

Метою даної роботи є створення інтерактивного додатку для тестування знань студента з техніки безпеки в шахті з можливістю перегляду анімаційних відеороликів, що демонструють елементарну послідовність дій шахтаря в аварійних ситуаціях. Цей додаток може бути використано в процесі навчання на спеціальностях гірничо-геологічного факультету. Результатом роботи програмного засобу має стати підвищення безпеки праці, виключення людського фактору в аварійних ситуаціях у вугільних шахтах.

2. Актуальність і мотивація

Останнім часом на шахтах України відбувається все більше і більше аварій. За статистикою компанії Whites Communication, з 2011 року на шахтах загинуло близько 160 гірників. Українські шахти вважаються другими серед найнебезпечніших у світі після китайських. Більшість аварійних ситуацій у виробках відбувається через неуважність, необережність.[1].

Моделювання небезпечних ситуацій у шахті дозволить наочно продемонструвати правила поведінки шахтаря в шахтній виробці в тій чи іншій ситуації, навчити користувача правил елементарної техніки безпеки в шахті. Наочна демонстрація, разом з практичним закріпленням дозволить студенту закріпити основні правила техніки безпеки в шахті й на виробництві.

3. Наукова новизна

Наукова новизна розробки полягає в методі розв'язання задачі, яка була поставлена в рамках випускної роботи. Сутність наукової новизни у використанні модульної структури при проектуванні програмного засобу, описаного в розділі «Цілі і завдання». Така структура дозволяє оптимізувати й прискорити роботу програми за рахунок уникнення повторень графічних елементів вугільної шахти, яка моделюється.

4. Практичні результати, які планується досягти

На даний момент вже створено програмний комплекс для моделювання вугільних шахт, як в двовимірному, так і в тривимірному вигляді. Програмний комплекс складається з двох додатків: програма-конструктор і програма-симулятор. Конструктор призначений для створення плану вугільних виробок засобами двовимірної графіки. А симулятор перетворює цей план в тривимірну модель за заданими правилами.

Серед недоліків існуючої програми-симулятора можна відзначити низьку якість графіки, малий обсяг порушень техніки безпеки, що моделюються, а також недостатня кількість пристроїв шахтного устаткування, які були змодельовані. Крім того, на даний момент не виконується контроль зіткнень персонажа з шахтним устаткуванням.

Недоліком існуючої програми-конструктора є незавершена функціональна частина, яку необхідно вдосконалювати.

Таким чином, очевидно, що існуючі рішення можуть послужити базою для подальшого розвитку, але потребують суттєвого вдосконалення.

Основними напрямами розвитку розробленого симулятора є:

Для вдосконалення програми-конструктора було обрано такі напрямки:

5. Огляд досліджень і розробок по темі

На сьогоднішній день, на жаль, існує вкрай мало тренувальних засобів, як фізичних, так і віртуальних для демонстрації умов роботи в шахті людині, яка навчається.

На момент створення даної роботи було знайдено і розглянуто всього два програмних додатка.

5.1 Огляд міжнародних джерел

Перший інтерактивний додаток має формат квесту (користувач виконує поставлені завдання), створенйи на мові програмування PHP і є веб-сервісом. Додаток не має анімації, а для демонстрації того, що робота ведеться саме у вугільній шахті, використовуються прості фотографії виробітку. Ця програма абсолютно не придатна для навчання і є примітивною грою. При цьому вона не вимагає серйозних апаратних ресурсів. Приклад його інтерфейсу на рисунку 1. [2]

Рисунок 1 – Рисунок 1 – Інтерактивна програма «Квест»

Далі буде розглянуто інтерактивний додаток, який симулює роботу шахтаря за допомогою тривимірної графіки, «Симулятор Шахтаря». Додаток створено німецькими розробниками компанії Astragon Software GmbH, оригінальна назва програми німецькою мовою - «Untertagebau Simulator 2011». Програма має німецькомовний інтерфейс, що ускладнює використання його українськими користувачами. [3]

Програма має досить широкий вибір різноманітної шахтної техніки, доступної для використання ігровому персонажу (шахтарю), прийнятну тривимірну графіку, реалістичну фізику, а також надає вибір локацій: вугільна шахта, соляна, залізна і золота. Приклад інтерфейсу наведено на рисунку 2.

Рисунок 2 – Інтерактивна програма «Симулятор Шахтаря»

Для встановлення й використання даної програми необхідно виконання наступних системних вимог:

Дана програма так само, як і попередня, є ігровою.

Мінусом програми є відсутність візуалізації небезпек і порушень у виробленні, що підвищують ймовірність аварійних ситуацій, що робить цю програму також непридатною для навчання студентів.

5.2 Огляд національних джерел

В Україні за межами ДонНТУ схожих за тематикою програмних засобів знайдено не було.

5.3 Огляд локальных джерел

Подібні розробки з 2010 року ведуться в ДонНТУ, по результатам матеріалів яких було проведено ряд доповідей на конференціях, а такох було написано статті для журналів з даної теми такими авторами, як проф. Анопрієнко О.Я., доц. Карабчевсткій В.В., Трофімов В.А., доц. Ніколаєв Є.Б., а також випускники: Бабенко Є.В., Навка Е.А., Оверчік О.М. і студенти: Степових А.І., Коханова Ю.І. (тобто я). [4, 6, 9, 11]

Магістром Бабенко Є.В. був розроблений комплекс програм, що включає вищеописані компоненти: конструктор і симулятор. На базі цього програмного комплексу мною і будуть вестися подальші розробки.

6. Поточний стан роботи

На даний час в рамках попередньої курсової роботи були розглянуті методи моделювання та анімації тривимірних об'єктів, способи створення інтерактивності. Створені тривимірні моделі шахтного тунелю, вогнегасника, пожежного крана і рукава, арочних кріплень, шахтного телефону і т.д. Були визначені та змодельовані правила поведінки шахтаря при пожежі в шахтній виробці.

Першим етапом було моделювання шахтної виробки, де за основу були взяті реальні розміри її складових у пропорції: тунелю, арки, атрибутів пожежної безпеки, телефону, лампи та багатьох інших. На малюнку 3 зображено модель шахтної виробки.

Рисунок 3 – Модель шахти

Всі об'єкти даної сцени були змодельовані засобами 3DS MAX.

Такі ефекти, як вогонь і дим для імітації пожежі, система часток для імітації струму піни вогнегасника та води пожежного рукава також розроблялися стандартними засобами 3DS MAX. Даний тривимірний редактор володіє всіма необхідними можливостями для створення реалістичного ефекту горіння і розпилення. У розробці гасіння пожежі вогнегасником була задіяна складна система часток, внаслідок чого було досягнуто реалістичне зображення струму піни.

Всього створено дві частини відеоролика. Потім ці частини відеоролика були змонтовані, утворивши цілісний деморолик з пожежної безпеки в шахті.

У першій частині за сюжетом персонаж виявляє пожежу, коли заходить у вироблення. Після цього персонаж іде до телефону, щоб подзвонити диспетчеру і повідомити про пожежу.

У другій частині відеоролика шахтар робить спробу загасити вогонь самостійно, взявши вогнегасник (рис. 4). При розпиленні піни вогонь трохи зменшується, але не гасне.

Рисунок 4 – Спроба загасити вогонь вогнегасником

Нарешті персонаж розмотує пожежний шланг, приєднує його до крана і відкриває воду. Направивши воду на вогонь, він гасить пожежу. [5]

Для успішного і найбільш реалістичного моделювання вугільної шахти був відвіданий спеціальний музей, присвячений вугільній шахті. Тут були зроблені декілька фото-знімків необхідних для моделювання об'єктів, а також їх розміри, для дотримання пропорцій (рис. 6).

Рисунок 6 – Шахтна лампа

На рисунку 7 наведено скріншот моделі шахтного тунелю у в’юпорті тривимірного редактора 3DS MAX.

Рисунок 7 – Модель фрагмента шахтної виробки

Вогонь і дим для імітації пожежі розроблявся стандартними засобами 3DS MAX.

Висновок

Таким чином, шлях розвитку існуючих рішень поставленої задачі позначений. Існує необхідність підвищувати якість графіки в програмі-симуляторі. Однак робити це варто з обережністю, оскільки передбачається використання його на різних за своїми характеристиками комп'ютерах. На комп'ютерах із застарілим обладнанням програма після підвищення якості графіки може некоректно працювати.

Звідси випливає наступний напрямок модифікації: поліпшення і оптимізація можливості вибору якості графіки, залежно від використовуваного комп'ютера.

Крім якості графіки доопрацювання та оптимізації вимагають існуючі та створювані тривимірні моделі і динамічне завантаження сцен, а також реалізація модульної організації програми.

Однак, окрім модернізації існуючих рішень, планується також і створення тривимірної моделі по планам існуючої вугільної шахти Донецька чи Донецької області для наочної демонстрації небезпечних ситуацій і порушень правил техніки безпеки в майбутньому місці роботи студентів, щоб уникнути появи реальної загрози.

Використовуючи модель реально існуючої шахти, планується реалізація навчальних сценаріїв, що демонструють послідовність поведінки людини, що опинилася в небезпеці всередині шахтної виробки. А також планується акцентування уваги студентів на найбільш небезпечні ділянки обраної для моделювання вугільної шахти.

Список джерел

  1. Media-Pulta – сервис рассылок пресс-релизов в СМИ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www/ URL: http://www.mediapulta.com/
  2. Квесты он-лайн [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www/ URL: http://kvester.ru/
  3. Мини-игры и аркады [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www/ URL: http://small-games.info/
  4. 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.
  5. Коханова Ю.И., Степных A.B., Карабчевский В.В. Создание анимированного учебного видеоролика о пожарной безопасности в шахте. // 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.
  6. Бабенко Е.В., Оверчик О.М., Трофимов В.А., Николаев Е.Б., Аноприенко А.Я. Использование трехмерного интерактивного моделирования угольной шахты для создания тренажера по безопасности и охране труда.// Материалы всеукраинской научно-технической конференции молодых ученых, студентов и аспирантов "Современные проблемы охраны труда и аэрологии горных предприятий"– 24 ноября 2011 г., Донецк, ДонНТУ, 2011. С. 80-84.
  7. Джамбруно, М. Трехмерная графика и анимация / М. Джамбруно. – М.: Вильямс, 2002. – 640 с.
  8. Маров, М.Н. 3ds max. Моделирование трехмерных сцен / М.Н. Маров. – СПб.: Питер, 2005. – 560 с. (+СD)
  9. Трофимов В.А., доц. Николаев Е.Б., доц., Аноприенко А.Я., проф., Бабенко Е.В., Оверчик О.М., ст. гр. КЭМ-11м (ДонНТУ). Использование трехмерного интерактивного моделирования угольной шахты для создания тренажера по безопасности и охране труда. Материалы всеукраинской научно-технической конференции молодых ученых, студентов и аспирантов "СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОХРАНЫ ТРУДА И АЭРОЛОГИИ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ"– 24 ноября 2011 г., Донецк, ДонНТУ, 2011.
  10. Конструкторы для создания компьютерных игр. Выпуск 3 / Интернет-ресурс. – Режим доступа: www/ URL: http://itcs.3dn.ru.
  11. 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.
  12. 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.
  13. 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. 14. Вячеслав Тозик, Александр Меженин, Кирилл Звягин. 3ds Max. Трехмерное моделирование и анимация на примерах. – БХВ-Петербург, 2008 – 880 с. (+CD)