Помощь студентам в учебе
РАЗРАБОТКА ТРЕНАЖЕРА «ПОДСТАНЦИЯ 220 КВ» ПОД МОБИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ
|
Введение 17
1. Анализ технологии виртуальной реальности 19
1.1 Определение виртуальной реальности 19
1.1.1 Бинауральный звук 20
1.1.2 Бинокулярное зрение 21
1.1.3 Свободная камера 22
1.2 Анализ рынка VR/AR в современной России 22
1.3 Виртуальная реальность как способ обучения 24
1.4 Иммерсивная виртуальная реальность 26
1.4.1 Передвижение в виртуальной реальности 28
1.5 Обзор интерактивных систем в существующих тренажёрах 31
1.5.1 DE&M - Electrical Substation Training Platform 32
1.5.2 DreamPort - VR simulator for power engineers 33
1.5.3 Сравнение системы обучения у различных тренажеров 34
2 Описание основных систем тренажера «Подстанция 220 кВ» 36
2.1 Архитектура тренажера «Подстанция 220 кВ» 36
2.2 Системные компоненты 37
2.2.1 Системный менеджер 37
2.2.2 Система управления сценами 37
2.2.3 Система локализации 37
2.2.4 Система сетевых взаимодействий 38
2.2.5 БД приложения 39
2.2.6 Система загрузки компонентов 39
2.2.6 Система переходов пользователя 39
2.3 Компоненты работы с пользователем 39
2.3.1 Актор пользователя 39
2.3.2 Обработка пользовательского ввода 40
2.3.3 Система пользовательского интерфейса 40
2.3.4 Система перемещения 41
2.3.5 Система интерактивных взаимодействий 42
2.3.6 Система инвентаря 43
2.4 Компоненты VR-тренажёра 44
2.4.1 Логика и задачи VR-тренажёра 44
2.4.2 Обучение работе в тренажёре 44
3 Проектирование систем тренажера 46
3.1 Система интерактивных взаимодействий 46
3.2 Интерактивные объекты 48
3.3 Система передвижения 50
4 Разработка систем тренажера 54
4.1 Инструменты разработки 54
4.1 Unity 3D 54
4.1.2 OpenXR 55
4.2 Состав и параметры технических средств, под которые совершается
разработка 57
4.3 Разработка системы интерактивных объектов 57
4.4 Разработка системы передвижения 60
4.5 Результаты разработки системы интерактивных объектов 62
4.6 Результаты разработки системы передвижения 63
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 66
5.1 Предпроектный анализ 66
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 66
5.1.2 Анализ конкурентных решений 67
5.1.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации 68
5.1.4. Методы коммерциализации результатов научно-технического исследования 70
5.2 SWOT-анализ 71
5.2.1 Инициация проекта 72
5.3 Планирование научно-исследовательских работ 73
5.4 Определение сравнительной эффективности исследования 83
6 Социальная ответственность 86
6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 87
6.1.1 Правовые нормы трудового законодательства 87
6.1.2 Эргономические требования к правильному расположению и
компоновке рабочей среды 87
6.2 Производственная безопасность 89
6.3 Экологическая безопасность 95
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 96
Заключение 99
Conclusion 102
Список источников 104
Приложение (А) 111
Приложение (Б) 120
Приложение (В) 121
1. Анализ технологии виртуальной реальности 19
1.1 Определение виртуальной реальности 19
1.1.1 Бинауральный звук 20
1.1.2 Бинокулярное зрение 21
1.1.3 Свободная камера 22
1.2 Анализ рынка VR/AR в современной России 22
1.3 Виртуальная реальность как способ обучения 24
1.4 Иммерсивная виртуальная реальность 26
1.4.1 Передвижение в виртуальной реальности 28
1.5 Обзор интерактивных систем в существующих тренажёрах 31
1.5.1 DE&M - Electrical Substation Training Platform 32
1.5.2 DreamPort - VR simulator for power engineers 33
1.5.3 Сравнение системы обучения у различных тренажеров 34
2 Описание основных систем тренажера «Подстанция 220 кВ» 36
2.1 Архитектура тренажера «Подстанция 220 кВ» 36
2.2 Системные компоненты 37
2.2.1 Системный менеджер 37
2.2.2 Система управления сценами 37
2.2.3 Система локализации 37
2.2.4 Система сетевых взаимодействий 38
2.2.5 БД приложения 39
2.2.6 Система загрузки компонентов 39
2.2.6 Система переходов пользователя 39
2.3 Компоненты работы с пользователем 39
2.3.1 Актор пользователя 39
2.3.2 Обработка пользовательского ввода 40
2.3.3 Система пользовательского интерфейса 40
2.3.4 Система перемещения 41
2.3.5 Система интерактивных взаимодействий 42
2.3.6 Система инвентаря 43
2.4 Компоненты VR-тренажёра 44
2.4.1 Логика и задачи VR-тренажёра 44
2.4.2 Обучение работе в тренажёре 44
3 Проектирование систем тренажера 46
3.1 Система интерактивных взаимодействий 46
3.2 Интерактивные объекты 48
3.3 Система передвижения 50
4 Разработка систем тренажера 54
4.1 Инструменты разработки 54
4.1 Unity 3D 54
4.1.2 OpenXR 55
4.2 Состав и параметры технических средств, под которые совершается
разработка 57
4.3 Разработка системы интерактивных объектов 57
4.4 Разработка системы передвижения 60
4.5 Результаты разработки системы интерактивных объектов 62
4.6 Результаты разработки системы передвижения 63
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 66
5.1 Предпроектный анализ 66
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 66
5.1.2 Анализ конкурентных решений 67
5.1.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации 68
5.1.4. Методы коммерциализации результатов научно-технического исследования 70
5.2 SWOT-анализ 71
5.2.1 Инициация проекта 72
5.3 Планирование научно-исследовательских работ 73
5.4 Определение сравнительной эффективности исследования 83
6 Социальная ответственность 86
6.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 87
6.1.1 Правовые нормы трудового законодательства 87
6.1.2 Эргономические требования к правильному расположению и
компоновке рабочей среды 87
6.2 Производственная безопасность 89
6.3 Экологическая безопасность 95
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 96
Заключение 99
Conclusion 102
Список источников 104
Приложение (А) 111
Приложение (Б) 120
Приложение (В) 121
Виртуальная реальность (VR) — это компьютерная технология, которая создает имитируемую среду. VR создает искусственный компьютерный мир, с которым пользователь может взаимодействовать.
Виртуальная реальность повлияла на предприятия, начиная от медицины и заканчивая туризмом. VR является краеугольным камнем многих корпоративных стратегий цифровой трансформации [1]. Такие компании как «Росатом», «РусГидро», «Газпром нефть», в рамках стратегий цифровизации технологических процессов внедряют технологии виртуальной и дополненной реальности [2]. Большое количество таких внедрений связаны с обучением персонала и навигацией по технологическим процессам.
В рамках данной работы планируется создать тренажер в виртуальной реальности - тренажер «Подстанция 220 кВ». Данный тренажер предназначен для обучения операторов правильному вводу и выводу автотрансформатора в эксплуатацию.
Данная работа имеет следующие разделы:
Анализ предметной области. В рамках анализа будет рассмотрена технология виртуальной реальности в целом, преимущества, которые дает виртуальная реальность, будет проанализирован рынок VR в России, будет рассмотрено как виртуальная реальность используется в процессе обучения, будут проанализированы тренажеры в сфере электроэнергетики, которые представлены на рынке.
Архитектура тренажера. Данный раздел будет посвящён всем основным системам тренажера «Подстанция 220 кВ»
Проектирование систем тренажера. В рамках данного раздела будет проведено описание двух систем тренажера: системы интерактивных объектов, которая позволяет взаимодействовать пользователю с окружением и система передвижения, которая позволяет осуществлять перемещение пользователя в виртуальном пространстве
Разработка проекта. В данном разделе речь пойдет о разработке спроектированных систем, также в данном разделе будет описание средств разработки
Виртуальная реальность повлияла на предприятия, начиная от медицины и заканчивая туризмом. VR является краеугольным камнем многих корпоративных стратегий цифровой трансформации [1]. Такие компании как «Росатом», «РусГидро», «Газпром нефть», в рамках стратегий цифровизации технологических процессов внедряют технологии виртуальной и дополненной реальности [2]. Большое количество таких внедрений связаны с обучением персонала и навигацией по технологическим процессам.
В рамках данной работы планируется создать тренажер в виртуальной реальности - тренажер «Подстанция 220 кВ». Данный тренажер предназначен для обучения операторов правильному вводу и выводу автотрансформатора в эксплуатацию.
Данная работа имеет следующие разделы:
Анализ предметной области. В рамках анализа будет рассмотрена технология виртуальной реальности в целом, преимущества, которые дает виртуальная реальность, будет проанализирован рынок VR в России, будет рассмотрено как виртуальная реальность используется в процессе обучения, будут проанализированы тренажеры в сфере электроэнергетики, которые представлены на рынке.
Архитектура тренажера. Данный раздел будет посвящён всем основным системам тренажера «Подстанция 220 кВ»
Проектирование систем тренажера. В рамках данного раздела будет проведено описание двух систем тренажера: системы интерактивных объектов, которая позволяет взаимодействовать пользователю с окружением и система передвижения, которая позволяет осуществлять перемещение пользователя в виртуальном пространстве
Разработка проекта. В данном разделе речь пойдет о разработке спроектированных систем, также в данном разделе будет описание средств разработки
В ходе данной работы была описана предметная область, в которой велась разработка. Приведено детальное описание объекта исследования - виртуальной реальности. Были описаны основные преимущества, которые имеют приложения в виртуальной реальности в сравнении с другими приложениями, а именно:
• Бинокулярное зрение:
• Свободная камера:
• Бинауральный звук.
Был произведен анализ рынка виртуальной реальности в России, согласно которому разработка приложения в виртуальной реальности является перспективным направлением.
Были проанализированы способы, которые увеличивают эффект погружённости и вовлеченности пользователя в виртуальную реальности, к такому способу относятся:
• Свобода передвижения
• Физическое взаимодействие;
• Обратная связь;
• SD-звук;
• Подсказки
Были проанализированы аналоги, а именно ряд тренажеров, которые предназначены для обучения операторов в сфере электроэнергетики. У данных тренажеров были выделены сильные и слабые стороны. Была составлена сравнительная таблица. Результаты этого анализа учитывались при разработке тренажера.
Была представлена архитектура тренажера «Подстанция 220 кВ». Были описаны все основные системы, которые входят в данный тренажер, а именно:
• Системные компоненты;
• Компоненты работы с пользователем;
• Компоненты тренажера.
Были спроектированы и разработаны две системы тренажера - система интерактивных объектов и система передвижения.
При проектировании системы интерактивных объектов были рассмотрены все объекты, с которыми может взаимодействовать оператор на реальной подстанции, на основе типа взаимодействия было выделено три типа интерактивных объекта:
• Кнопки,
• Рычаги,
• Слайдеры.
В основе взаимодействия пользователя лежат два компонента:
• Grabber - компонент, моделирующий виртуальную руку;
• Grabbable - компонент, который представляет из себя объект, с которым может взаимодействовать пользователь.
Были рассмотрены основные способы передвижения пользователя в виртуальной реальности. На основании этой информации были реализованы следующие виды передвижения в тренажере:
• Плавное передвижение;
• Передвижение с помощью телепорта;
• Поворот на заданный угол.
Был произведен финансовый анализ разрабатываемого приложения, согласно которому разработка является перспективной и результаты исследования имеют коммерческий потенциал.
Был произведен анализ, в рамках которого было выявлено, что при процессе разработки не было нарушено никаких норм по безопасности жизнедеятельности.
• Бинокулярное зрение:
• Свободная камера:
• Бинауральный звук.
Был произведен анализ рынка виртуальной реальности в России, согласно которому разработка приложения в виртуальной реальности является перспективным направлением.
Были проанализированы способы, которые увеличивают эффект погружённости и вовлеченности пользователя в виртуальную реальности, к такому способу относятся:
• Свобода передвижения
• Физическое взаимодействие;
• Обратная связь;
• SD-звук;
• Подсказки
Были проанализированы аналоги, а именно ряд тренажеров, которые предназначены для обучения операторов в сфере электроэнергетики. У данных тренажеров были выделены сильные и слабые стороны. Была составлена сравнительная таблица. Результаты этого анализа учитывались при разработке тренажера.
Была представлена архитектура тренажера «Подстанция 220 кВ». Были описаны все основные системы, которые входят в данный тренажер, а именно:
• Системные компоненты;
• Компоненты работы с пользователем;
• Компоненты тренажера.
Были спроектированы и разработаны две системы тренажера - система интерактивных объектов и система передвижения.
При проектировании системы интерактивных объектов были рассмотрены все объекты, с которыми может взаимодействовать оператор на реальной подстанции, на основе типа взаимодействия было выделено три типа интерактивных объекта:
• Кнопки,
• Рычаги,
• Слайдеры.
В основе взаимодействия пользователя лежат два компонента:
• Grabber - компонент, моделирующий виртуальную руку;
• Grabbable - компонент, который представляет из себя объект, с которым может взаимодействовать пользователь.
Были рассмотрены основные способы передвижения пользователя в виртуальной реальности. На основании этой информации были реализованы следующие виды передвижения в тренажере:
• Плавное передвижение;
• Передвижение с помощью телепорта;
• Поворот на заданный угол.
Был произведен финансовый анализ разрабатываемого приложения, согласно которому разработка является перспективной и результаты исследования имеют коммерческий потенциал.
Был произведен анализ, в рамках которого было выявлено, что при процессе разработки не было нарушено никаких норм по безопасности жизнедеятельности.