Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА ТРЕНАЖЕРА «ПОДСТАНЦИЯ 220 КВ» ПОД МОБИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ
|
ВВЕДЕНИЕ 19
1. Обзор технологии виртуальной реальности 21
1.1 Виртуальная реальность 21
1.2 Проблемы связанные с виртуальной реальностью 22
1.3 Рынок виртуальной реальности в России 24
1.4 Влияние геополитической ситуации на рынок виртуальной реальности в
России 27
1.5 Виртуальная реальность как способ обучения 27
1.6 Сравнение традиционных методов обучения с обучением в виртуальной
реальности 28
1.7 Способы обучения в виртуальной реальности 30
1.8 Обзор обучающих систем в различных тренажерах 33
1.8.1 DE&M - Electrical Substation Training Platform 33
1.8.2 DreamPort - VR simulator for power engineers 34
1.9 Сравнение системы обучения у различных тренажеров 36
1.10 Вывод по главе «обзор технологии виртуальной реальности» 36
2. Архитектура тренажера «Подстанция 220 кВ» 38
2.1 Системные компоненты 39
2.1.1 Системный менеджер 39
2.1.2 Система управления сценами 39
2.1.3 Система локализации 40
2.1.4 Система сетевых взаимодействий 41
2.1.5 БД приложения 41
2.1.6 Система загрузки компонентов 41
2.1.7 Система переходов пользователя 42
2.2 Компоненты работы с пользователем 42
2.2.1 Актор пользователя 42
2.2.2 Обработка пользовательского ввода 43
2.2.3 Система пользовательского интерфейса 43
2.2.4 Система перемещения 43
2.2.5 Система интерактивных взаимодействий 45
2.2.6 Система инвентаря 45
2.3 Компоненты VR-тренажёра 46
2.3.1 Логика и задачи VR-тренажёра 46
2.3.2 Интерактивные объекты тренажёра 46
2.3.3 Обучение работе в тренажёре 47
2.4 Вывод по главе архитектура тренажера 47
3. Проектирования системы обучения 48
3.1 Вывод по главе проектировании системы обучения 53
4. Разработка системы обучения 55
4.1 Инструменты разработки 55
4.1.1 Unity 3D 55
4.1.2 OpenXR 56
4.1.3 High Definition Render Pipeline (HDRP) 57
4.2 Состав и параметры технических средств, под которые совершается
разработка 58
4.3 Разработка системы обучения 59
4.4 Разработка расширений редактора Unity 70
4.4.1 Расширение для управления последовательностью подсказок 70
4.4.2 Расширение для управления группой подсказок 71
4.4.3 Расширение для менеджера подсветки клавиш контроллера 73
4.5 Результаты работы 74
4.6 Вывод по главе «Разработка системы обучения» 76
5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 78
Введение 78
5.1 Предпроектный анализ 78
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 78
5.1.2 Анализ конкурентных решений 79
5.1.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации 81
5.1.4 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования 84
5.1.5 FAST-Анализ 84
5.1.6 SWOT-анализ 91
5.2 Инициация проекта 93
5.3 Планирование научно-исследовательских работ 94
5.4 Определение сравнительной эффективности исследования 105
Вывод по главе «финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» 107
6. Социальная ответственность 109
Введение 109
6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 109
6.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства 109
6.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 112
6.2 Производственная безопасность 113
6.2.1 Микроклимат 114
6.2.2 Освещенность 115
6.2.3 Шум 117
6.2.4 Электробезопасность 118
6.3 Экологическая безопасность 119
6.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 120
6.4.1 Возможные чрезвычайные ситуации 120
6.4.2 Разработка действий в результате возникшей ЧС и меры по ликвидации
ее последствий 122
Вывод по главе «социальная ответственность» 124
Заключение 125
Conclusion 127
Список источников 129
Приложение A 135
Приложение Б. Диаграмма классов системы подсказок 146
1. Обзор технологии виртуальной реальности 21
1.1 Виртуальная реальность 21
1.2 Проблемы связанные с виртуальной реальностью 22
1.3 Рынок виртуальной реальности в России 24
1.4 Влияние геополитической ситуации на рынок виртуальной реальности в
России 27
1.5 Виртуальная реальность как способ обучения 27
1.6 Сравнение традиционных методов обучения с обучением в виртуальной
реальности 28
1.7 Способы обучения в виртуальной реальности 30
1.8 Обзор обучающих систем в различных тренажерах 33
1.8.1 DE&M - Electrical Substation Training Platform 33
1.8.2 DreamPort - VR simulator for power engineers 34
1.9 Сравнение системы обучения у различных тренажеров 36
1.10 Вывод по главе «обзор технологии виртуальной реальности» 36
2. Архитектура тренажера «Подстанция 220 кВ» 38
2.1 Системные компоненты 39
2.1.1 Системный менеджер 39
2.1.2 Система управления сценами 39
2.1.3 Система локализации 40
2.1.4 Система сетевых взаимодействий 41
2.1.5 БД приложения 41
2.1.6 Система загрузки компонентов 41
2.1.7 Система переходов пользователя 42
2.2 Компоненты работы с пользователем 42
2.2.1 Актор пользователя 42
2.2.2 Обработка пользовательского ввода 43
2.2.3 Система пользовательского интерфейса 43
2.2.4 Система перемещения 43
2.2.5 Система интерактивных взаимодействий 45
2.2.6 Система инвентаря 45
2.3 Компоненты VR-тренажёра 46
2.3.1 Логика и задачи VR-тренажёра 46
2.3.2 Интерактивные объекты тренажёра 46
2.3.3 Обучение работе в тренажёре 47
2.4 Вывод по главе архитектура тренажера 47
3. Проектирования системы обучения 48
3.1 Вывод по главе проектировании системы обучения 53
4. Разработка системы обучения 55
4.1 Инструменты разработки 55
4.1.1 Unity 3D 55
4.1.2 OpenXR 56
4.1.3 High Definition Render Pipeline (HDRP) 57
4.2 Состав и параметры технических средств, под которые совершается
разработка 58
4.3 Разработка системы обучения 59
4.4 Разработка расширений редактора Unity 70
4.4.1 Расширение для управления последовательностью подсказок 70
4.4.2 Расширение для управления группой подсказок 71
4.4.3 Расширение для менеджера подсветки клавиш контроллера 73
4.5 Результаты работы 74
4.6 Вывод по главе «Разработка системы обучения» 76
5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 78
Введение 78
5.1 Предпроектный анализ 78
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 78
5.1.2 Анализ конкурентных решений 79
5.1.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации 81
5.1.4 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования 84
5.1.5 FAST-Анализ 84
5.1.6 SWOT-анализ 91
5.2 Инициация проекта 93
5.3 Планирование научно-исследовательских работ 94
5.4 Определение сравнительной эффективности исследования 105
Вывод по главе «финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» 107
6. Социальная ответственность 109
Введение 109
6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 109
6.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства 109
6.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны 112
6.2 Производственная безопасность 113
6.2.1 Микроклимат 114
6.2.2 Освещенность 115
6.2.3 Шум 117
6.2.4 Электробезопасность 118
6.3 Экологическая безопасность 119
6.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 120
6.4.1 Возможные чрезвычайные ситуации 120
6.4.2 Разработка действий в результате возникшей ЧС и меры по ликвидации
ее последствий 122
Вывод по главе «социальная ответственность» 124
Заключение 125
Conclusion 127
Список источников 129
Приложение A 135
Приложение Б. Диаграмма классов системы подсказок 146
Виртуальная реальность (VR), зародилась как нишевый продукт в игровой индустрии, но теперь ее преимущества перешли в более широкую сферу бизнеса. С помощью виртуальной реальности предприятия могут создавать реалистичные симуляции с минимальными затратами. В настоящие время наблюдается усложнение тех или иных технологических объектов [1]. Детальность операторов на таких объектах принимает все менее и менее алгоритмизированный характер. Поэтому вопрос о обучение операторов ставится по-новому. Согласно исследованиям [2] самым эффективным способом обучения является - практическое, персональное обучение. Но в большинстве случаев такое обучение невозможно. Причины могут быть разные, например, экономические - заработная плата наставников, оплата командировок, риск поломки дорогостоящего оборудования неопытным сотрудником. Помимо этого, обучение на реальном объекте может угрожать жизни обучающегося. Выходом из данной ситуации могут стать тренажеры в виртуальной реальности. Тренажер (симулятор) виртуальной реальности - это программный- аппаратный комплекс, который моделирует основные элементы реального объекта и способы взаимодействия с ним. Тренажер виртуальной реальности состоит из двух частей - программной и аппаратной.
• Программная часть — это приложение, которое моделирует реальный объект и процесс, в пределах которого пользователь может выполнять различные действия, перемещается и взаимодействовать с окружающим миром;
• Аппаратной часть — может состоять из очков, подвижной платформы, джойстиков, рулей, педалей, датчиков для отслеживания движений рук пользователя и других электронных компонентов, в том числе изготовленных на заказ. Они интегрированы с программным обеспечением и их использование гарантирует полное погружение обучаемого.
Целью данной работы является разработка тренажер "Подстанция 220 кВ" под мобильное устройство ВР. Целью тренажера является обучение операторов правильному вводу и выводу автотрансформатора в эксплуатацию.
• Программная часть — это приложение, которое моделирует реальный объект и процесс, в пределах которого пользователь может выполнять различные действия, перемещается и взаимодействовать с окружающим миром;
• Аппаратной часть — может состоять из очков, подвижной платформы, джойстиков, рулей, педалей, датчиков для отслеживания движений рук пользователя и других электронных компонентов, в том числе изготовленных на заказ. Они интегрированы с программным обеспечением и их использование гарантирует полное погружение обучаемого.
Целью данной работы является разработка тренажер "Подстанция 220 кВ" под мобильное устройство ВР. Целью тренажера является обучение операторов правильному вводу и выводу автотрансформатора в эксплуатацию.
В ходе данной работы была проанализирована предметная область, были проанализированы социальные и финансовые аспекты касающиеся разработки проекта. Была описана архитектура тренажера в целом. Был спроектирован один из ключевых систем тренажера - система, которая отвечает за обучения пользователя. На основании результатов проектирования была реализована данная система.
В ходе анализа предметной области было показано, что тренажеры в виртуальной реальности являются одним из самых эффективных способов обучения операторов. Помимо эффективности обучения, VR-тренажеры снижают риски получения травмы обучаемым на реальном производстве и риски, связанные с поломкой дорогостоящего оборудования неопытным сотрудником, а также экономические издержки, например, на зарплату наставника, перевозку обучающего на объект и т. д.
Был проанализирован рынок виртуальной реальности в России. По мнению аналитиков, рынок связанный с VR-технологиями будет расти из года в год. Также был проведен анализ влияния геополитической ситуации на рынок в России, согласно которому хотя и на текущий момент рынок виртуальной реальности пострадал от санкций, направленных против России, но в долгосрочной перспективе стоимость VR-проектов может снизиться, а также в перспективе могут быть разработаны Российские аналоги, как и шлемов виртуальной реальности, так и программного обеспечения, которое необходимо для разработки.
Были рассмотрены способы восприятия человеком информации, на этой основе были сформулированы способы эффективного обучения в виртуальной реальности.
Были рассмотрены решения, которые существуют на рынке. Проанализированы слабые и сильные стороны данных решений. Анализ конкурентных решений осуществлялся в контексте способов обучения пользователя.
Опираясь на проведенный анализ, была спроектирована система, которая позволяет обучать пользователя в виртуальной реальности. Разработанная система является универсальной и может быть использована в любом другом тренажере.
В ходе анализа предметной области было показано, что тренажеры в виртуальной реальности являются одним из самых эффективных способов обучения операторов. Помимо эффективности обучения, VR-тренажеры снижают риски получения травмы обучаемым на реальном производстве и риски, связанные с поломкой дорогостоящего оборудования неопытным сотрудником, а также экономические издержки, например, на зарплату наставника, перевозку обучающего на объект и т. д.
Был проанализирован рынок виртуальной реальности в России. По мнению аналитиков, рынок связанный с VR-технологиями будет расти из года в год. Также был проведен анализ влияния геополитической ситуации на рынок в России, согласно которому хотя и на текущий момент рынок виртуальной реальности пострадал от санкций, направленных против России, но в долгосрочной перспективе стоимость VR-проектов может снизиться, а также в перспективе могут быть разработаны Российские аналоги, как и шлемов виртуальной реальности, так и программного обеспечения, которое необходимо для разработки.
Были рассмотрены способы восприятия человеком информации, на этой основе были сформулированы способы эффективного обучения в виртуальной реальности.
Были рассмотрены решения, которые существуют на рынке. Проанализированы слабые и сильные стороны данных решений. Анализ конкурентных решений осуществлялся в контексте способов обучения пользователя.
Опираясь на проведенный анализ, была спроектирована система, которая позволяет обучать пользователя в виртуальной реальности. Разработанная система является универсальной и может быть использована в любом другом тренажере.