Полеты не во сне и не наяву ...

Реактивный самолет пошел на снижение. Высота - 50 метров, 20 и ... чудом уворачиваясь от выступов скал, он влетает в горное ущелье. Вдруг прямо по курсу вырастает стена.

Маневр невозможен - пилоту не хватает доли секунды, и сейчас последует взрыв.

Но нет - самолет, как во сне, пролетает сквозь стену и появляется по ту сторону горного хребта.

- В чем дело?! - вырывается у меня.

- Выключен режим фиксации столкновений, - тут же поясняет оператор тренажера.

Как вы уже догадались, речь идет не о полетах во сне и уж, конечно, не о реальных полетах. Речь идет о полетах с помощью компьютерных тренажеров. Их задача - так воздействовать на органы чувств человека, чтобы он не мог отличить виртуальный полет от реального.

Современные технологии позволяют достигать такой степени достоверности при имитации полета, что летчики потеют не меньше, чем в соответствующих аварийных ситуациях в воздухе.

Что же представляет собой современный авиационный тренажер?

В любом из них есть механическая часть, повторяющая кабину пилота и имитирующая вращения, ускорения и вибрации, и компьютерная, которая, увязывая действия пилота с визуальными, звуковыми и прочими эффектами, обеспечивает полное ощущение полета.

Компьютерная часть в свою очередь подразделяется на систему визуализации, так называемый вид из окна (Out of the window scene), и контрольно-управляющую (Host computing system).

Основным и наиболее сложным компонентом в компьютерной системе является система визуализации, ведь компьютер должен воссоздавать в режиме реального времени "картинку", меняющуюся с огромной скоростью в соответствии с манипуляциями пилота: изменение высоты, скорости и ориентации самолета.

Для вывода изображения с максимальной детализацией компьютер должен хранить огромные массивы информации о реальном ландшафте. Следует учесть еще одну дополнительную сложность: в современных летных тренажерах системы визуализации должны поддерживать имитацию ночного инфракрасного и радарного видения. Как известно, системы инфракрасного видения воссоздают изображение объекта, основываясь на его тепловом излучении. А это означает, что в базе данных территории должна присутствовать информация не только о геометрии того или иного объекта, но и о том, как будет выглядеть его инфракрасная копия.

Чтобы создать эффект непрерывного движения, "вид из окна" должен меняться не менее 30 раз в секунду. Это означает, что каждый кадр строится за время, не превышающее 1/30 секунды. Чтобы вы могли оценить, насколько жесткими являются данные условия, сообщаем: в кино или на телевидении один компьютерный кадр может просчитываться заранее в течение десятков минут.

Необходимо заметить, что создание иллюзии реального полета исключает появление любых дефектов компьютерной графики, например таких, как ступенчатость наклонных линий. Обеспечить столь высокие требования могут только особые аппаратные решения, т. е. компьютеры специальной архитектуры.

Вторым компонентом компьютерной части тренажера является контрольно-управляющая система, в основе которой лежит математическая модель движения самолета. Очевидно, что уравнения, определяющие поведение машины в ответ на действия пилота, должны решаться в режиме реального времени. Если принять во внимание скорости современных реактивных самолетов, становится понятно, о каких временных интервалах может идти речь (заметим, что человек успевает моргнуть за 1/2 секунды, реактивный самолет пролетает над футбольным полем за 1/30 секунды). Отсюда следует, что для создания тренажеров высокого класса требуются вычислительные ресурсы суперкомпьютеров.

Кроме того, в любом тренажере для контроля, сбора и анализа данных необходима станция инструктора. Часто требуется дополнительный экран, где инструктор мог бы выполнять, например, полет вслед за курсантом.

Летая в виртуальном пространстве, пилоты имеют возможность не только наблюдать "видимые" объекты, но и определять зоны видимости радарных установок системы ПВО. Сопоставляя такую информацию во время виртуальных полетов, пилот может избежать попадания в эти зоны при выполнении реального задания. Компьютерный тренировочный полет позволяет пилоту остановиться над определенной частью территории и распечатать копии на принтере - тогда нетрудно узнать данное место во время реального полета даже в условиях ограниченной видимости. Надо сказать, что в основном устройства такого класса используются в качестве тренажеров боевых машин. Интересно, например, что тренажеры фирмы Hughes Training позволяют летать не только на F16, но и на МИГ-29.

Авиационные тренажеры находят иногда самое неожиданное применение. Скажем, в Америке для подавления страха у людей, не переносящих авиаперелеты, применяются все те же тренажеры. Оказывается, человек может довериться авиалайнеру, полетав предварительно в виртуальном пространстве.

Другим примером может служить деятельность лаборатории компании Lockheed Fort Worth, где на базе шестипроцессорного Onyx Reality Engine2 производится отработка виртуальных полетов вовсе не с целью тренировки, а для изучения удобства взаимодействия пилота с тем или иным оборудованием кабины.

Еще один вариант применения - виртуальные полеты для авиадиспетчеров. Известно, что самые крупные по числу жертв авиакатастрофы произошли именно по вине диспетчеров. Корпорация CAE Link (США) разработала ряд тренажеров для их обучения. Система визуализации в таком тренажере требует обзора на все 360 градусов. Интересно отметить, что тренажеры для авиадиспетчеров могут использоваться не только для тренировки, но и в управлении реальным полетом. Это связано с тем, что в виртуальном мире объекты могут выглядеть более четко, чем в мире реальном. Попытайтесь, глядя из окна, определить границу надвигающегося шторма и соотнести с ним положение самолета. Приблизительно такие же задачи стоят и перед авиадиспетчерами, посменно отслеживающими самолет на дальнем расстоянии от аэропорта. Самым сложным при этом является комплексная обработка информации, постоянно поступающей с радаров и наземных сенсоров, а также в виде текстовых сообщений или словесных комментариев дежурных службы погоды. Совместив эти данные со снимками со спутника LANDSAT, диспетчеры и пилоты получают исчерпывающую информацию, привязанную к реальной топологии местности и реальному времени.

Необходимое условие - наглядность информации. Диспетчер с одного взгляда на экран может различать фронты тумана, микробури и сильные осадки и в соответствии с обстановкой изменять маршрут следования, разворачивать самолеты или откладывать рейсы. Компьютер также показывает все изменения местности при наступлении вечера, при тумане, задымленности, облачности, чтобы диспетчер сумел как можно более точно определить интенсивность, направление и скорость движения, например, туманного фронта. Что очень важно, любая ситуация может быть подана с разных точек наблюдения - из диспетчерской башни или кабины садящегося самолета.

Если в авиации виртуальные полеты позволяют сберечь огромные средства за счет экономии топлива и уменьшения изнашиваемости техники, то ,очевидно, еще больший эффект от их применения можно получить в космонавтике.

Корпорация CAE Link разработала для NASA космический тренажер, который будет использоваться в международном проекте при строительстве космической станции "Альфа" (см. "Мир ПК", 1997 г., # 6, с. 148). В тренажере задействованы четыре шестипроцессорных станции SGI CHALLENGE.

Продолжая космическую тему, хотелось бы упомянуть интересную разработку российской фирмы SoftLab (Новосибирск). Ею создана уникальная виртуальная модель одного из отсеков орбитальной станции "Мир".

Наверняка вы представляете, что ошибка экипажа корабля может повлечь непоправимые последствия. Излишне говорить, как важно, чтобы пилот и авиадиспетчер не совершили по неопытности этой ошибки. Вполне возможно, избежать ее позволят именно компьютерные тренажеры.

От Onyx2 до Onyx Reality Monster

Сочетание "быстрой" трехмерной графики и вычислительной мощности делает платформу Silicon Graphics уникальным решением. На сегодняшний день Onyx2 может выполнять одновременно роль визуализационного и контрольно-управляющего компонента тренажера.

Наилучшие результаты показывает система Onyx Reality Monster, обеспечивающая реальную "сцену" полета. В системах среднего класса используются более простые и дешевые решения на базе графических станций Indigo2 Impact. Также для относительно дешевых решений идеально подойдет появившаяся на рынке в конце 1996 г. новая графическая станция O2. Наличие в ней встроенных сетевых инструментов позволяет регистрировать материал в Web-среде.

Более 10 лет компьютеры SGI применяются в мировой тренажерной индустрии. Крупнейшие производители ПО для тренажерных средств, такие как Paradigm Simulation Inc., Coryphaeus Software, Thomson Training & Simulation, Ivex Corporation, Virtual Prototypes, разработали системы обучения на базе Silicon Graphics. Заказчиками таких авиационных тренажеров являются компании British Aerospace, Flight Safety, Beijing Aviation Simulator Co., McDonnel Douglas, Rockwell, GEC Marconi, Lockhead, Deutch Aerospace и др.