Платформа искусственной реальности для имитации и воздействия «механизма колесно-моторного блока»
Платформа искусственной реальности для имитации и воздействия «механизма колесно-моторного блока» (далее – ПКМБ).
Платформа искусственной реальности для имитации и воздействия «механизма буксового узла» (далее – ПБУ). ПКМБ и ПБУ, созданная техническими средствами цифровая среда погружения, передаваемая пользователю через его ощущения: зрение, слух, осязание и другие. Искусственная реальность имитирует как воздействие, так и реакции на воздействие. Для убедительного комплекса ощущений реальности, компьютерный синтез свойств и реакций ПКМБ производится в реальном времени. Объекты искусственной реальности ведут себя близко к поведению аналогичных объектов материальной реальности. Пользователь может воздействовать на эти объекты в согласии с реальными законами физики (гравитация, столкновение с предметами, отражение и т. п.) ПКМБ содержит несколько дисплеев, систему линз для корректировки геометрии изображения, а также систему трекинга, отслеживающую ориентацию устройства в пространстве. Системы трекинга выполнены на основе гироскопов, акселерометров и магнитометров. Для системы трекинга важен широкий угол обзора, точность работы системы трекинга при отслеживании наклонов и поворотов головы пользователя, а также минимальная задержка между детектированием изменения положения головы в пространстве и выводом на дисплеи соответствующего изображения. Имитация тактильных или осязательных ощущений выполнена с устройствами обратной связи. С целью наиболее точного воссоздания контакта пользователя с окружением, применяется интерфейс пользователя, наиболее реалистично соответствующий моделируемым управления устройствами, целеуказатель использован в виде контроллера. Работа систем оптического трекинга основана на отслеживании специальных оптических маркеров. Система трекинга передаёт сигнал в компьютер, где информация обрабатывается. После этого система даёт реакцию на изменение позиции и ориентации интерактивного устройства, видоизменяя сцены согласно прописанному сценарию взаимодействия. Задачей систем оптического трекинга является калибровка системы в координатах реального мира. Графические чипсеты должны отрисовывать объёмные модели в реальном времени. Искусственная среда позволяет выполнять конкретные задачи в различных «настройках», созданных в качестве сценариев для определенных целей обучения. Среда погружения может реагировать на действия и движения пользователя. Платформа делится на уровни - отдельные файлы, содержащие свои сцены, со своим набором объемных объектов, сценариев, и настроек. Объекты, в свою очередь содержат наборы компонентов, с которыми и взаимодействуют скрипты. Также у объектов есть теги и слои, на которых они должны отображаться. У объемных объектов с видимой геометрией также по умолчанию присутствует компонент Mesh Renderer, делающий модель объекта видимой. Платформа написана на редакторе написания скриптов C#. Расчёты физики производит физический движок PhysX. Графический API – DirectX. Система Occlusion culling должна быть активна, объекты не попадающих в поле зрения камеры, не визуализируется геометрия и коллизия.
3.2. ПКМБ и ПБУ поставляются в комплекте с гарантийным криптографическим ключом, содержащим в себе зашифрованную информацию, используемую криптографическим алгоритмом при расшифровании для последующей проверки оборудования и активации программного аппаратного комплекса.
4. Требования к верификации шифровальным ключом-картой ПКМБ и ПБУ поставляются в комплекте с гарантийным криптографическим ключом, содержащим в себе зашифрованную информацию, используемую криптографическим алгоритмом при расшифровании для последующей проверки оборудования и активации программного аппаратного комплекса. Криптографический ключ, должен иметь на себе графическую информацию, нанесенную на поверхность, предоставляющую возможность считывания. Графическая информация должна быть представлена в виде двумерного штрихового кода, состоять из черных квадратов, расположенных в квадратной сетке на белом фоне, которые могут считываться с помощью устройств обработки изображений, таких как камера, и обрабатываться до тех пор, пока изображение не будет надлежащим образом распознано. Затем необходимые данные извлекаются из шаблонов, которые присутствуют в горизонтальных и вертикальных компонентах изображения. Программно-аппаратный комплекс активируется посредством регистрации в мобильном приложении производителя при помощи цифрового переносного компьютерного устройства. Цифровое переносное компьютерное устройство наводится на двумерный матричный штриховой код криптографического ключа, пока специальный комплекс программного обеспечения не распознает его, после чего посредством обработки и обратной дешифровки информации, происходит перенаправление данных на электронный сервер производителя, который возвращает специальные цифровые данные для проверки и активации программного аппаратного комплекса. Для проверки оригинальности и корректной работы оборудования и программного обеспечения необходимо пройти проверку и регистрацию в базе данных на сервере производителя. База данных на сервере, аутентифицирует серийный номер оборудования, что будет являться подтверждением оригинальности оборудования и программного обеспечения, также будет отображаться паспорт и инструкция по применению. С момента регистрации начнется гарантийный срок технического обслуживания.
5. Требования к функциональным характеристикам ПКМБ ПКМБ должна обеспечивать моделирование сценариев с помощью технологий искусственной реальности. Под сценариями понимаются многократные повторения определенных последовательных действий для их сознательного совершенствования. Таким образом, происходит переход количества в качество, которое характеризуется совершенствованием знаний, способов деятельности, образованием умений и навыков. – Должно быть смоделировано искусственное пространство в виде ремонтного ангара, для прохождения сценариев. – Сценарии должны быть разработаны с учетом правильного алгоритма выполнения технологии работы по сбору колесно-моторного блока. Интерактивная модель колесно-моторного блока, позволяет осуществлять сбор по ее основным деталям. – В процессе прохождения сценариев должна предусматриваться возможность подсказок виртуальным инструктором и голосовым сопровождением. – Действия пользователя при прохождении сценариев, должно быть выражено в интерактивном взаимодействии с объемными объектами. – Визуализация искусственной реальности должна быть выполнена с высокой детализацией объемных объектов: как объектов, с которыми взаимодействует пользователь, так объектов искусственного окружения. – Визуализация искусственной реальности должна обеспечивать плавную отрисовку искусственного окружения во избежание негативных физиологических реакций. – Визуализация искусственной реальности должна обеспечивать отрисовку искусственного окружения с возможностью вращения на 360 градусов. – Искусственная реальность должна обеспечивать воссоздание достоверной объемной модели колесно-моторного блока и его основных узлов. 6. Требования к функциональности сценариев ПКМБ Блок 1. Пользователь для начала работы должен запустить исполнительный файл и может выбрать интересующий его раздел. Основные разделы: сборка колесно-моторного блока; обучающий ролик. Блок 2. После запускается сцена с заложенным сценарием обучения. Блок 3. Далее непосредственно начинается процесс прохождения сценариев. Сценарии являются совокупностью правильных последовательных действий. Пользователь выполняет действие в графическом интерфейсе платформы искусственной среды. В ходе прохождения сценариев пользователь взаимодействует с объемными объектами. Блок 4. Отклик на совершенное воздействие: заносится изменение действий, фиксируются изменения, по завершению действий выводиться результат прохождения сценариев в бальной системе. Блок 5. После завершения прохождения сценариев, пользователь выполняет завершение симуляции. При этом определяется число правильных и не правильных действий и оценивает их в баллах с соответствующими весовыми коэффициентами. Если достигнуто пороговое число баллов, то сценарий пройден успешно, иначе - неуспешно. Выставляется оценка по следующей шкале: все выполнено корректно (пользователь выполнил запланированный алгоритм четко и быстро); средняя корректность (пользователь выполнил алгоритм с небольшими ошибками); с задачей не справился (пользователь не справился с алгоритмом не выполнил действия). Пользовательский интерфейс должен позволять произвести оценку итогового результата испытуемого с автоматизированным выводом результатов, анализом допущенных ошибок.
6.1. Требования к разделу: сборка колесно-моторного блока (перечень сценариев): После внешнего осмотра деталей и сборочных единиц (колесных пар с буксами и тяговых электродвигателей), поступивших на сборку, приступают к комплектованию колесно-моторного блока, а именно: 1) установить нижний вкладыши моторно-осевого подшипника в постель остова тягового электродвигателя; 2) смазать масленокой; 3) переместить краном колесную пару и поставить на нижние вкладыши в горловине остова и в зацепление с шестерней; 4) смазать масленокой; 5) установить верхние вкладыши моторно-осевых подшипников; 6) поставить шапки МОП на верхние вкладыши моторно-осевых подшипников; 7) установить крышку между шапками Моторно –осевых подшипников; 8) закрепить шапки МОП болтами;
6.2 Требования к разделу: обучающий ролик. Раздел должен содержать анимированный обучающий ролик, выполненный в искусственной среде с использованием объемных объектов. Длительность анимированного обучающего ролика должна быть не менее пяти минут. Содержание обучающего ролика должно быть следующей: Колесно-моторный блок осуществляет кинематическую и силовую связь между колесной парой и электродвигателем. Он включает в себя тяговый редуктор, обеспечивающий преобразование электрической энергии тягового электродвигателя в механическую работу колесных пар. 6.2.1 Требования к последовательности сборки колесно-моторного блока в анимированном обучающем ролике. Установить тяговый электродвигатель на подставку; Прозвонить двигатель (главные полюса); Прозвонить двигатель (дополнительные полюса); Прозвонить двигатель (компенсационная обмотка); Прозвонить двигатель (якорная обмотка); Прокрутка двигателя (проверка работы подшипника); Установить колёсную пару на стенд для дефектоскопии элементов колёсной пары; Дефектоскопия оси колёсной пары; Замер оси (микрометр) колёсной пары; Дефектоскопия венца колесной пары; Замер зубьев; Замер бондажа колесной пары (толщина); Замер гребня колесной пары (толщина); Замер проката; Номер оси колесной пары; Притереть малую шестерню на валу якоря тягового электродвигателя; Нагреть и установить малую шестерню на вал якоря тягового электродвигателя; Установить нижний вкладыш моторно-осевого подшипника в постель остова тягового электродвигателя; Переместить краном колёсную пару и плавно без ударов поставить на нижние вкладыши в горловине остова и в зацепление с шестерней; Проверить осевой разбег тягового электродвигателя на колёсной паре; Установить верхние вкладыши моторно-осевых подшипников; Поставить шапки моторно осевых подшипников на верхние вкладыши моторно-осевых подшипников. Закрепить шапки болтами; Замерить зазоры «на масло» между шейкой оси и вкладышами, замеры зацепления малой шестерни и венца большого зубчатого колеса; Оттянуть и поставить на фиксатор рычаг польстерного устройства и вставить в направляющие корпуса устройства коробку с пропитанным в масле фитилями; Поставить на свои места и укрепить крышки польстеров; Поставить пробку заправочную с маслоуказательным щупом и сливную пробку; Установить кожух на остов тягового электродвигателя с регулировкой относительно большого зубчатого колеса; Заправить маслом шапки моторно-осевых подшипников; Заправить маслом кожух зубчатой передачи; Обкатать колёсную пару в сборе с тяговым электродвигателем; Косёсно-моторный блок после ремонта сдать инспектору ОТК; Заполнить журнал регистрации ремонта колёсно-моторных блоков после ремонта. 7. Технические требования ПКМБ При моделировании сцен искусственной реальности и объектов для сценариев, должны быть предусмотрены следующие технические характеристики: Программирование событий; Программирование скриптов; Программирование управлением интерфейсом; Программирование маршрута прохождения сценариев; Разработан алгоритм взаимодействия с моделируемой ситуацией. Должен быть разработан маршрут прохождения сценариев пользователем. Создана схема изменений искусственной среды от действий пользователя. Реализован перенос искусственной сцены из среды моделирования в среду математического обеспечения и реализована проверка правильной работоспособности сцен. Протестированы скрипты взаимодействия пользователя с искусственной средой. +
7.1 Требования к эргономике и технической эстетике: Интерфейс ПКМБ должен удовлетворять следующим требованиям: – Единый стиль оформления для всех функциональных возможностей; – Должны быть подсказки от виртуального инструктора.
7.2. Требования к характеристикам работ: – Действия пользователя при прохождении сценариев, должно быть выражено в интерактивном взаимодействии с объемными объектами.
7.3. Требования к аудио и звуковому сопровождению: Для максимального погружения в искусственную среду должно быть звуковое сопровождение ПКМБ, соответствующее тематике. Звуковой контент подразделяется на три категории файлов, каждая из которых обладает своей определенной спецификацией. Всего предусмотрено три вида звуковых файлов: – Голосовая озвучка. Требуется полноценная голосовая озвучка всех информативных сообщений и комментариев, используемых в ПКМБ согласно функциональной спецификации; – Звуки интерфейса; – Фоновое музыкальное сопровождение. Основные требования, предъявляемые для аудио-контента: – формат аудиофайлов MP3 или WAV; – битрейт не ниже 192 килобит в секунду; – аудиофайлы должны быть в формате стерео, т.е. записаны в двухканальном формате.
8. Технические требования к сценариям ПКМБ Платформа написана на редакторе написания скриптов C#. Расчёты физики производит физический движок PhysX. Графический API – DirectX. Система Occlusion culling должна быть активна, объекты не попадающих в поле зрения камеры, не визуализируется геометрия и коллизия. ПКМБ должна быть разработана в профессиональном редакторе, для создания и редактирования трёхмерной графики, и анимации, замоделированы и затекстурированы все сцены с сценариями и объемными объектами. Каждый объемный объект низкополигональный. Все объемные модели текстурированы. Использованы рисованные и фотографические текстуры и выполнена развёртка, соответствие между координатами на поверхности трёхмерного объекта и координатами на текстуре. Выполнена настройка свойств материалов — прозрачность, отражения/преломления, шероховатость и пр. Созданные искусственные сцены с сценариями и с объемными моделями, должны быть экспортирована в редактор, центральный программный компонент интерактивных приложений с графикой, обрабатываемой в реальном времени. Редактор включает: – Движок рендеринга (визуализатор). Основной задачей является визуализация (рендеринг) двухмерной или трёхмерной компьютерной графики в режиме реального времени; – Звук. Отвечающий за воспроизведение звука (шумовое и музыкальное оформление, голосов) в компьютерном приложении; – Анимацию. Вид мультипликации, создаваемый при помощи компьютера. Платформа делится на уровни - отдельные файлы, содержащие свои сцены, со своим набором объемных объектов, сценариев, и настроек. Объекты, в свою очередь содержат наборы компонентов, с которыми и взаимодействуют скрипты. Также у объектов есть теги и слои, на которых они должны отображаться. У объемных объектов с видимой геометрией также по умолчанию присутствует компонент Mesh Renderer, делающий модель объекта видимой.
8.1. Технические требования к текстурам: При импорте текстур в редактор должны быть сгенерированы alpha-канал, mip-уровни, normal-map, light-map, карты отражений, должны быть созданы материалы, и назначены шейдеры. В редакторе должны быть компоненты анимации объёмных объектов для сценариев. Геометрия: – Форматом файла для работы с 3D-геометрией является формат FBX. Уровни детализации: – Middle poly. Оптимальное количество уровней детализации — 2 или 3. Минимум закруглений, искривлений, сглаженностей, Текстуры: – Форматы tga, .png, .jpg, .tif, .psd, .ppm, .pgm, .sgi, .rgb, .rgba, .hdr с поддержкой: 8, 16 и 32 битной точности на канал; альфа-канала; запеченных MIP-уровней. – Разрешение текстур должно быть кратным степени двойки: 128×128, 256×256, 512×512, 1024×1024, 2048×2048 и т.п.
9. Требования к функциональным характеристикам ПБУ ПБУ должна обеспечивать моделирование сценариев с помощью технологий искусственной реальности. Под сценариями понимаются многократные повторения определенных последовательных действий для их сознательного совершенствования. Таким образом, происходит переход количества в качество, которое характеризуется совершенствованием знаний, способов деятельности, образованием умений и навыков. – Должно быть смоделировано искусственное пространство в виде ремонтного ангара, для прохождения сценариев. – Сценарии должны быть разработаны с учетом правильного алгоритма выполнения технологии работы по сбору буксового узла. – Взаимодействие в сценариях должно осуществляться с помощью контроллера. – Визуализация искусственной реальности должна быть выполнена с высокой детализацией объемных объектов: как объектов, с которыми взаимодействует пользователь, так объектов искусственного окружения. – Визуализация искусственной реальности должна обеспечивать плавную отрисовку искусственного окружения во избежание негативных физиологических реакций при использовании ПБУ. – Искусственная реальность должна обеспечивать воссоздание достоверной объемной модели буксового узла и его основных узлов.
10. Требования к функциональности сценариев ПБУ Блок 1. Пользователь для начала работы запускает исполнительный файл, на платформе искусственной реальности, и осуществляет выбор интересующего его раздела. Блок 2. После запускается сцена с заложенным сценарием обучения. Отображение искусственной среды осуществляется посредством наголовного дисплея. Блок 3. Далее непосредственно начинается процесс прохождения сценария. Сценарий является совокупностью правильных последовательных действий. Пользователь выполняет действие в графическом интерфейсе платформы искусственной среды. Информация вариантах ответов передается через протоколы взаимодействия в логическую часть ПБУ. Блок 4. После завершения прохождения сценария, пользователь выполняет завершение симуляции. При этом определяется число правильных и не правильных действий и затраченное время на выполнение сценария.
10.1. Требования к перечню действий для сценария: 1) снять смотровую крышку, удалить прокладку и смазку; 2) снять крепительную крышку и резиновое уплотнительное кольцо; 3) удалить смазку с внутренней поверхности крышка; 4) удалить смазку с блока подшипников; 5) снять тарельчатую шайбу и плоское упорное кольцо переднего подшипника; 6) снять корпус буксы вместе с блоком подшипников с шейки оси; 7) выпрессовать блок подшипников из корпуса буксы; 8) удалить остатки смазки с задней части буксы; 9) подать корпус буксы на транспортер моечной машины; 10) извлеченные подшипники подать на моечную машину для обмывки роликовых подшипников; 12) произвести обмывку корпусов букс и деталей буксового узла в моечной машине; 13) демонтировать дефектные внутренние и лабиринтные кольца подшипников с шейки оси. 10.2 Инструменты, которые должны быть использованы при выполнении сценария: 1) Кран-балка; 2) Пневмогайковерт; 3) Ручные работы; 4) Деревянная лопатка; 5) Моечная машина; 6) Молоток; 7) Колик; 8) Тельфер; 9) Пресс установка; 10) Индукционный нагреватель; 11) Спец захват; 11. Технические требования ПБУ При моделировании сцен искусственной реальности и объектов для сценариев, должны быть предусмотрены следующие технические характеристики: Программирование событий; Программирование скриптов; Программирование управлением интерфейсом; Программирование маршрута прохождения сценария; Разработан алгоритм взаимодействия с моделируемой ситуацией. Должен быть разработан маршрут прохождения сценариев пользователем.
11.1. Требования к аудио и звуковому сопровождению: Для максимального погружения в искусственную среду должно быть звуковое сопровождение ПБУ, соответствующее тематике. Звуковой контент подразделяется на три категории файлов, каждая из которых обладает своей определенной спецификацией. Всего предусмотрено три вида звуковых файлов: – Голосовая озвучка. Требуется полноценная голосовая озвучка всех информативных сообщений и комментариев, используемых в ПБУ согласно функциональной спецификации; – Звуки интерфейса; – Фоновое музыкальное сопровождение. Основные требования, предъявляемые для аудио-контента: – формат аудиофайлов MP3 или WAV; – битрейт не ниже 192 килобит в секунду; – аудиофайлы должны быть в формате стерео, т.е. записаны в двухканальном формате. 12. Технические требования к сценариям ПБУ Платформа написана на редакторе написания скриптов C#. Расчёты физики производит физический движок PhysX. Графический API – DirectX. Система Occlusion culling должна быть активна, объекты не попадающих в поле зрения камеры, не визуализируется геометрия и коллизия. ПБУ должна быть разработана в профессиональном редакторе, для создания и редактирования трёхмерной графики, и анимации, замоделированы и затекстурированы все сцены с сценариями и объемными объектами. Каждый объемный объект низкополигональный. Все объемные модели текстурированы. Использованы рисованные и фотографические текстуры и выполнена развёртка, соответствие между координатами на поверхности трёхмерного объекта и координатами на текстуре. Выполнена настройка свойств материалов — прозрачность, отражения/преломления, шероховатость и пр. Созданные искусственные сцены с сценариями и с объемными моделями, должны быть экспортирована в редактор, центральный программный компонент интерактивных приложений с графикой, обрабатываемой в реальном времени. Редактор включает: – Движок рендеринга (визуализатор). Основной задачей является визуализация (рендеринг) двухмерной или трёхмерной компьютерной графики в режиме реального времени; – Звук. Отвечающий за воспроизведение звука (шумовое и музыкальное оформление, голосов) в компьютерном приложении; – Анимацию. Вид мультипликации, создаваемый при помощи компьютера.
12.1. Технические требования к текстурам: При импорте текстур в редактор должны быть сгенерированы alpha-канал, mip-уровни, normal-map, light-map, карты отражений, должны быть созданы материалы, и назначены шейдеры. В редакторе должны быть компоненты анимации объёмных объектов для сценариев. Геометрия: – Форматом файла для работы с 3D-геометрией является формат FBX. Уровни детализации: – Middle poly. Оптимальное количество уровней детализации — 2 или 3. Минимум закруглений, искривлений, сглаженностей, Текстуры: – Форматы tga, .png, .jpg, .tif,.psd,.ppm, .pgm, .sgi, .rgb, .rgba, .hdr с поддержкой: 8, 16 и 32 битной точности на канал; альфа-канала; запеченных MIP-уровней. – Разрешение текстур должно быть кратным степени двойки: 128×128, 256×256, 512×512, 1024×1024, 2048×2048 и т.п.
13. Технические требования к наголовному дисплею 1) Тип подключение: – ПК 2) Контроллер движений в комплекте: есть 3) Подключение – Проводное 4) Интерфейс подключения к источнику сигнала – DisplayPort USB 5) Разрешение микроэкранов – не менее 2560x1440 пикселей 6) Совместимость – Windows 10 7) Частота обновления – 80 Гц 8) Отслеживания окружения – не менее 5 датчиков 9) Подключение аудио – 3.5 мм 14.
Технические требования к монитору 1) Диагональ экрана, дюйм: не менее 30 2) Соотношение сторон: не менее 16:9 3) Максимальное разрешение: не менее 1920 x 1080 Full HD 4) Частота при максимальном разрешении: не менее 75 Гц 15.
Технические требования к вычислительному комплексу 1) Оперативная память: Модули памяти – Не менее 16 ГБ 2) Жесткий диск:Емкость – Не менее 120 Гб; Тип диска SSD 3) Видеоадаптер: Тип GDDR5 – Не менее 6 Гб памяти; Шина не менее 192 bit 4) Процессор: Не менее 4 ядер; Частота не менее 3,0 ГГц; Не менее 4 потоков; Техпроцесс не более 14 нм 5) Порты подключения: DisplayPort 1.2; USB 3.0 6) Клавиатура: Тип подключения беспроводное 7) Мышь: Тип подключения беспроводное