Общей задачей моделирования при разработке виртуального симулятора является создание виртуального образа, максимально достоверно имитирующего функционирование физического объекта. Для обеспечения достоверности виртуального образа необходимо, прежде всего, обеспечить визуальное сходство интерфейса симулятора и его адекватную интерактивную реакцию на управляющие воздействия обучаемого, выступающего в роли оператора спецустановки многокомпонентнозарядной техники (МКЗТ) [1].
При использовании воздухозаправщика ВЗ-20-350, являющегося физическим объектом моделирования по назначению, оператор осуществляет воздействие на органы управления и отслеживает показания контрольно – измерительных приборов, размещенных на пульте воздухозаправщика. Очевидно, что интерфейс программы симулятора визуально должен представлять собой имитацию пульта управления ВЗ-20-350 (Рис. 1).
Рис. 1 – Интерфейс виртуального симулятора ВЗ-20-350
Адекватная реакция программы на воздействия обучаемого, учитывая сложность физических процессов, протекающих в разветвленной схеме спецустановки, может быть обеспечена только при использовании в алгоритме программы симулятора математической модели, построенной на основе законов физики [2]. Таким образом, при проектировании виртуального симулятора необходима методика обоснования параметров учебно-тренажерных средств МКЗТ.
На первом этапе сформулируются основные параметры создаваемого программного продукта:
- визуальное сходство интерфейса программы симулятора с пультом управления воздухозаправщика;
- интуитивно понятные приемы воздействия на органы управления и адекватная, ожидаемая реакция ассоциируемых с ними графических объектов интерфейса программы;
- достоверные хронометрические характеристики отклика математической модели процессов протекающих в имитируемой пневматической схеме;
- схожее с реальным графическое представление результатов расчета, в виде имитации работы контрольно – измерительных приборов, расположенных на пульте управления воздухозаправщика;
- адекватная (соответствующая реальной) реакция программы на неправильные (не предусмотренные инструкцией по эксплуатации воздухозаправщика) действия обучаемого.
На втором этапе разрабатывается модульная структура, представленная на блок-схеме, рис.2.
Графический интерфейс программы воспринимает управляющие воздействия обучаемого на графические объекты, ассоциируемые с органами управления воздухозаправщика, и формирует поток данных изменяющихся координат графических объектов. Визуальный облик данного интерфейса может представлять собой обработанное фотографическое изображение моделируемого узла, например пульта управления ВЗ-20-350.
На третьем этапе осуществляется алгоритмическое наполнение модулей программы виртуального симулятора.
Рис. 2. – Структура программы виртуального симулятора
Модуль интерпретации графических данных преобразует графическую информацию, поступающую в него в виде изменяющихся координат в значения физических величин, характеризующих управляющие воздействия оператора [3]. Например, при воздействии на графический объект, ассоциируемый с запорным вентилем, угол поворота графического изображения вентиля преобразуется в соответствующее изменение пневматического сопротивления соответствующего вентиля потоку газа.
Модуль визуализации результатов расчета преобразует физические величины, полученные в результате математического моделирования физических процессов протекающих в технологической схеме воздухозаправщика в графический вид. Например, рассчитывает угол поворота стрелки манометра, для вывода информации через графический интерфейс в зависимости от величины давления на данном участке схемы.
Модуль расчета содержит алгоритм, построенный на основе упрощенной математической модели физических процессов, происходящих в пневматической системе воздухозаправщика, осуществляющий расчет параметров состояния газа в любой точке его технологической схемы, в заданный момент времени.
Для обеспечения плавности визуализации, полный расчет схемы и вывод на экран его результатов в графическом виде производится с частотой 100 Гц.
Таким образом, основной и наиболее сложной задачей при создании виртуального симулятора является разработка математической модели, описывающей поведение схемы моделируемой установки, пригодной для алгоритмического описания и функционирования в реальном масштабе времени.
Библиографический список
- О.Л. Дзюбенко, А.О. Коженков Способ построения педагогических учебно-тренажерных средств газозарядной техники ВВС // Актуальные вопросы науки и техники в сфере развития авиации//-материалы III Международной науч.-техн. конф.- ВА РБ, Минск 2013
- Могилев А.В. Методы программирования. Компьютерные вычисления / А.В. Могилев. – С.П-б.: BHV-Санкт-Петербург, 2011. – 320 с.
- Сурков К.А., Сурков Д.А., Вальвачев А.Н. Программирование в среде C++Builder / К.А. Сурков, Д.А. Сурков, А.Н. Вальвачев. – Мн.: ООО «Попурри», 2008. – 576 с