Помощь студентам в учебе
Разработка механик интерактивного взаимодействия для обучения пользователей монтажу линии электропередач в виртуальном пространстве
|
Реферат 10
Введение 11
Цель работы 13
Обозначения и сокращения 14
1. Обзор технологий 15
1.1. Выбор шлема виртуальной реальности 15
1.2. Обзор существующих движков для реализации тренажеров
виртуальной реальности 17
1.3. Обзор существующих тренажеров в виртуальной реальности .. 18
1.3.1. НоваТранс 18
1.3.2. PROMVR 20
1.3.3. Varmin 21
2. Проектирование тренажера 23
2.1. Выбор используемых средств разработки 23
2.2. Реализация тренажера в рамках обучающей системы DIVE 24
2.3. Этапы прохождения тренажера 25
2.4. Проектирование алгоритмов интерактивного взаимодействия с
тренажером 26
2.4.1. Установка монтажных опор 26
2.4.2. Настройка параметров опор 27
2.4.3. Установка опор близко друг к другу 28
2.4.4. Установка опор в запрещенных местах 29
2.4.5. Прокладка кабеля в хаотичном порядке 29
2.4.6. Визуальное отображение опор 30
2.4.7. Поднятие по опорам 31
2.4.8. Прокладка кабеля 35
2.4.9. Натяжка кабеля 36
3. Реализация механик тренажера 39
3.1. Взаимодействие с интерактивными предметами 39
3.2. Анимация кистей рук 43
3.3. Установка монтажных опор 46
3.4. Установка опор близко друг к другу 48
3.5. Установка опор в запрещенных местах 49
3.6. Визуальное отображение опор 50
3.7. Поднятие по опорам 52
3.8. Прокладка кабеля 54
3.9. Натяжка кабеля 57
3.10. Завершение работ в тренажере 58
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение . . 60
Введение 60
4.1. Оценка коммерческого потенциала и перспективности
проведения научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 61
4.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования 61
4.1.2. Анализ конкурентных технических решений 61
4.1.3. SWOT-анализ 63
4.2. Определение возможных альтернатив проведения научных
исследований 66
4.3. Планирование научно-исследовательских работ 66
4.3.1. Структура работ в рамках научного исследования 66
4.3.2. Определение трудоемкости выполнения работ 67
4.3.3. Разработка графика проведения научного исследования 70
4.3.4. Бюджет научно-исследовательских работ 70
4.3.4.1. Расчет материальных затрат НИР 71
4.3.4.2. Расчет затрат на специальное оборудование для научных
(экспериментальных) целей 72
4.3.4.3. Основная заработная плата исполнителя темы 73
4.3.4.4. Расчет дополнительной заработной платы исполнителей темы 75
4.3.4.5. Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) . 75
4.3.4.6. Накладные расходы 77
4.3.4.7. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского
проекта 78
4.3.4.8. Стоимость разработки 78
4.4. Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования . 78
Вывод по разделу 80
5. Социальная ответственность 84
Введение 84
5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности при разработке проектного решения 85
5.1.1. Правовые нормы трудового законодательства 85
5.1.2. Эргономические требования к правильному расположению и
компоновке рабочей зоны 85
5.2. Производственная безопасность 87
5.2.1. Отсутствие или недостаток необходимого естественного
освещения, отсутствие или недостаток необходимого искусственного освещения, повышенная яркость света 88
5.2.2. Нервно-психические перегрузки, связанные с напряженностью
трудового процесса 89
5.2.3. Факторы, связанные с электрическим током 90
5.2.4. Обоснование мероприятий по снижению уровней воздействия
опасных и вредных факторов на работающего 90
5.3. Экологическая безопасность 91
5.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 92
Вывод по разделу 94
Заключение 96
Список использованных источников 98
Введение 11
Цель работы 13
Обозначения и сокращения 14
1. Обзор технологий 15
1.1. Выбор шлема виртуальной реальности 15
1.2. Обзор существующих движков для реализации тренажеров
виртуальной реальности 17
1.3. Обзор существующих тренажеров в виртуальной реальности .. 18
1.3.1. НоваТранс 18
1.3.2. PROMVR 20
1.3.3. Varmin 21
2. Проектирование тренажера 23
2.1. Выбор используемых средств разработки 23
2.2. Реализация тренажера в рамках обучающей системы DIVE 24
2.3. Этапы прохождения тренажера 25
2.4. Проектирование алгоритмов интерактивного взаимодействия с
тренажером 26
2.4.1. Установка монтажных опор 26
2.4.2. Настройка параметров опор 27
2.4.3. Установка опор близко друг к другу 28
2.4.4. Установка опор в запрещенных местах 29
2.4.5. Прокладка кабеля в хаотичном порядке 29
2.4.6. Визуальное отображение опор 30
2.4.7. Поднятие по опорам 31
2.4.8. Прокладка кабеля 35
2.4.9. Натяжка кабеля 36
3. Реализация механик тренажера 39
3.1. Взаимодействие с интерактивными предметами 39
3.2. Анимация кистей рук 43
3.3. Установка монтажных опор 46
3.4. Установка опор близко друг к другу 48
3.5. Установка опор в запрещенных местах 49
3.6. Визуальное отображение опор 50
3.7. Поднятие по опорам 52
3.8. Прокладка кабеля 54
3.9. Натяжка кабеля 57
3.10. Завершение работ в тренажере 58
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение . . 60
Введение 60
4.1. Оценка коммерческого потенциала и перспективности
проведения научных исследований с позиции ресурсоэффективности и ресурсосбережения 61
4.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования 61
4.1.2. Анализ конкурентных технических решений 61
4.1.3. SWOT-анализ 63
4.2. Определение возможных альтернатив проведения научных
исследований 66
4.3. Планирование научно-исследовательских работ 66
4.3.1. Структура работ в рамках научного исследования 66
4.3.2. Определение трудоемкости выполнения работ 67
4.3.3. Разработка графика проведения научного исследования 70
4.3.4. Бюджет научно-исследовательских работ 70
4.3.4.1. Расчет материальных затрат НИР 71
4.3.4.2. Расчет затрат на специальное оборудование для научных
(экспериментальных) целей 72
4.3.4.3. Основная заработная плата исполнителя темы 73
4.3.4.4. Расчет дополнительной заработной платы исполнителей темы 75
4.3.4.5. Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) . 75
4.3.4.6. Накладные расходы 77
4.3.4.7. Формирование бюджета затрат научно-исследовательского
проекта 78
4.3.4.8. Стоимость разработки 78
4.4. Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования . 78
Вывод по разделу 80
5. Социальная ответственность 84
Введение 84
5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности при разработке проектного решения 85
5.1.1. Правовые нормы трудового законодательства 85
5.1.2. Эргономические требования к правильному расположению и
компоновке рабочей зоны 85
5.2. Производственная безопасность 87
5.2.1. Отсутствие или недостаток необходимого естественного
освещения, отсутствие или недостаток необходимого искусственного освещения, повышенная яркость света 88
5.2.2. Нервно-психические перегрузки, связанные с напряженностью
трудового процесса 89
5.2.3. Факторы, связанные с электрическим током 90
5.2.4. Обоснование мероприятий по снижению уровней воздействия
опасных и вредных факторов на работающего 90
5.3. Экологическая безопасность 91
5.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях 92
Вывод по разделу 94
Заключение 96
Список использованных источников 98
Развитие техники программирования, быстрый рост производительности полупроводниковых микросхем, разработка специальных средств передачи информации человеку и обратной связи, как звуковой и визуальной, так и тактильной - всё это создало новое качество восприятия виртуальных миров.
Главный эффект погружения в виртуальный мир, когда человек попадает в мир, похожий на настоящий или предварительно сценированный командой разработчиков, и может не только наблюдать за происходящим, но и самостоятельно принимать решения и действия, которые приводят к желаемому результату.
С появлением шлемов виртуальной реальности взаимодействие с искусственно созданными мирами вышло на новый уровень. Если раньше технологии виртуальной реальности были непопулярны, дорого стоили и работать с ними было тяжело, то сейчас технология вышла в массы, стала доступней и дешевле, а также появилось множество фреймворков для работы с ними. Но в большинстве случаев технология используется для развлечения пользователя.
Целесообразно использовать технологию в образовательных целях, имитируя процессы из реального мира в виртуальном. К тому же, это имеет ряд достоинств, которые применимы как для обучающегося, так и для обучающей организации. Достоинства интеграции в обучающую среду тренажеров в виртуальной реальности:
- Обучающийся получит возможность погрузиться в роль специалиста, что сформирует ассоциативные связи между теорией и практикой;
- Отсутствуют риски для жизни при работе с опасным оборудованием, и можно не бояться сломать дорогостоящее;
- Экспериментирование в виртуальной среде дает возможность обучающемуся не только оттачивать навыки, но и совершать неверные действия, последствия которых продемонстрирует, к какой чрезвычайной ситуации это может привести;
- Внедрение технологий виртуальной реальности в обучение позволяет снизить стоимость на проведение обучающих работ, ведь не нужно организовывать поездки на объекты, а в реальной практике студент уже будет знаком с основами и используемым оборудованием;
- Особенно актуальной представляется возможность интеграции тренажёров виртуальной реальности в устоявшийся обучающий процесс университетов - например, в популярные образовательные платформы, такие как Moodle.
Цель работы
Целью данной работы является проектирование основных механик интерактивного взаимодействия для монтажа линии электропередач в виртуальном пространстве.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
- Проектирование механики установки монтажных опор;
- Подъем и спуск пользователя по опорам;
- Прокладка кабеля;
- Натяжка кабеля.
Главной целью тренажера является показать пользователю алгоритм работ при прокладке кабеля по опорам, поэтому часть действий упрощаются и адаптируются под виртуальную реальность.
Главный эффект погружения в виртуальный мир, когда человек попадает в мир, похожий на настоящий или предварительно сценированный командой разработчиков, и может не только наблюдать за происходящим, но и самостоятельно принимать решения и действия, которые приводят к желаемому результату.
С появлением шлемов виртуальной реальности взаимодействие с искусственно созданными мирами вышло на новый уровень. Если раньше технологии виртуальной реальности были непопулярны, дорого стоили и работать с ними было тяжело, то сейчас технология вышла в массы, стала доступней и дешевле, а также появилось множество фреймворков для работы с ними. Но в большинстве случаев технология используется для развлечения пользователя.
Целесообразно использовать технологию в образовательных целях, имитируя процессы из реального мира в виртуальном. К тому же, это имеет ряд достоинств, которые применимы как для обучающегося, так и для обучающей организации. Достоинства интеграции в обучающую среду тренажеров в виртуальной реальности:
- Обучающийся получит возможность погрузиться в роль специалиста, что сформирует ассоциативные связи между теорией и практикой;
- Отсутствуют риски для жизни при работе с опасным оборудованием, и можно не бояться сломать дорогостоящее;
- Экспериментирование в виртуальной среде дает возможность обучающемуся не только оттачивать навыки, но и совершать неверные действия, последствия которых продемонстрирует, к какой чрезвычайной ситуации это может привести;
- Внедрение технологий виртуальной реальности в обучение позволяет снизить стоимость на проведение обучающих работ, ведь не нужно организовывать поездки на объекты, а в реальной практике студент уже будет знаком с основами и используемым оборудованием;
- Особенно актуальной представляется возможность интеграции тренажёров виртуальной реальности в устоявшийся обучающий процесс университетов - например, в популярные образовательные платформы, такие как Moodle.
Цель работы
Целью данной работы является проектирование основных механик интерактивного взаимодействия для монтажа линии электропередач в виртуальном пространстве.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
- Проектирование механики установки монтажных опор;
- Подъем и спуск пользователя по опорам;
- Прокладка кабеля;
- Натяжка кабеля.
Главной целью тренажера является показать пользователю алгоритм работ при прокладке кабеля по опорам, поэтому часть действий упрощаются и адаптируются под виртуальную реальность.
В ходе выпускной квалификационной работы были спроектированы и разработаны основные механики интерактивного взаимодействия для монтажа линии электропередач в виртуальном пространстве.
В процессе разработки были выполнены следующие этапы:
- Проведен обзор средств разработки тренажера в виртуальной реальности;
- Изучены основные механики взаимодействия с интерактивными предметами в виртуальном пространстве;
- Разработана механика строительства опор с настройкой параметров и выбором типа каждой опоры, и системой определения условий, запрещающих строительство;
- Разработана механика прокладывания кабелей и система управления длиной кабеля относительно длины стрелы провеса.
В результате работы было создано приложение на игровом движке Unity, интегрированное в обучающую среду DIVE, которая используется в учебном процессе ТПУ. В приложении реализованы расстановка и строительство опор с использованием защитных мер от неверных действий пользователя, поднятие и спуск по опоре с использованием дополнительных визуальных объектов для соответствия реальному процессу, генерация и прокладка кабеля по опорам по выставленной нумерации пользователя, изменение длины кабеля с учетом длины стрелы провеса.
На данный момент тренажер находится в стадии тестирования и дальнейших доработок. Планируется доработать нахождение объектов в безопасной зоне опоры для обеспечения меньшей ресурсозатратности алгоритма, добавить механику закрепления кабеля на опоре с использованием специализированного инструмента, добавить механику проверки кабеля на обрыв замером его сопротивления, добавить механику завершения монтажа подключением кабеля к распределительному щиту.
Разработанный тренажер проектировался с участием экспертов из Инженерной школы энергетики ТПУ, и планируется к внедрению в учебный процесс на следующий учебный год.
В процессе разработки были выполнены следующие этапы:
- Проведен обзор средств разработки тренажера в виртуальной реальности;
- Изучены основные механики взаимодействия с интерактивными предметами в виртуальном пространстве;
- Разработана механика строительства опор с настройкой параметров и выбором типа каждой опоры, и системой определения условий, запрещающих строительство;
- Разработана механика прокладывания кабелей и система управления длиной кабеля относительно длины стрелы провеса.
В результате работы было создано приложение на игровом движке Unity, интегрированное в обучающую среду DIVE, которая используется в учебном процессе ТПУ. В приложении реализованы расстановка и строительство опор с использованием защитных мер от неверных действий пользователя, поднятие и спуск по опоре с использованием дополнительных визуальных объектов для соответствия реальному процессу, генерация и прокладка кабеля по опорам по выставленной нумерации пользователя, изменение длины кабеля с учетом длины стрелы провеса.
На данный момент тренажер находится в стадии тестирования и дальнейших доработок. Планируется доработать нахождение объектов в безопасной зоне опоры для обеспечения меньшей ресурсозатратности алгоритма, добавить механику закрепления кабеля на опоре с использованием специализированного инструмента, добавить механику проверки кабеля на обрыв замером его сопротивления, добавить механику завершения монтажа подключением кабеля к распределительному щиту.
Разработанный тренажер проектировался с участием экспертов из Инженерной школы энергетики ТПУ, и планируется к внедрению в учебный процесс на следующий учебный год.