3 - 2017

Особенности разработки и применения интерактивного тренажера при изучении тактико-специальных дисциплин

Василий Иванов
Кандидат военных наук, полковник, доцент кафедры организации связи, Военная академия связи имени
Маршала Советского Союза С.М. Будённого МО РФ
Александр Полячков
Оператор научной роты, Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Будённого МО РФ
Елена Корнеенко
Курсантка факультета многоканальной связи, Военная академия связи имени Маршала Советского Союза
С.М. Будённого МО РФ

В ходе проведения групповых упражнений и практических занятий по тактико­специальной подготовке слушатели и курсанты изучают принципы построения узлов связи, порядок их формирования, организационную структуру и пути прохождения сигналов (сообщений) на узлах связи, а также их размещения на местности и другие вопросы, связанные с изучением узлов связи.

В настоящее время указанные вопросы изучаются с применением традиционных методов путем решения ситуационных задач, которые выполняются на подготовленных бумажных бланках или в формализованной тетради. При этом оснащенность военных вузов современными компьютерными классами позволило бы решать данные вопросы с помощью специализированных программных средств, однако таковых в настоящее время в наличии нет. Одним из возможных вариантов подобных средств могут стать интерактивные тренажеры.

Преимуществом использования интерактивных тренажеров является автоматизированная проверка действий обучаемого. В ходе решения курсантом ситуационной задачи автоматизированная система контролирует действия обучаемого без участия преподавателя, проверяя правильность выполнения задания с помощью текстовых и графических подсказок. После выполнения курсантом интерактивной виртуальной работы вся информация о результатах становится доступной преподавателю, который может в режиме реального времени контролировать успеваемость учебной группы.

Среди существующих аппаратно­программных тренажерных комплексов можно отметить LapSim (совместная разработка хирургов университетской клиники Гётеборга, компании «С̀еджикал Сайенс и Иммершн»), комплекс учебно­тренировочных средств связи (КУТС) — рис. 1, автомобильный тренажер ОТКВ­2М (ООО «НПП «ТРЕНЕР»), симулятор военной и гражданской техники — «Скорпион» (ООО НПГ «Традиция»), тренажерные системы на основе технологии виртуальной реальности и средства создания виртуальных тренажеров LabView (рис. 2).

Рис. 1. Комплекс учебно-тренировочных средств связи

Рис. 1. Комплекс учебно-тренировочных средств связи

Рис. 2. Стенд-тренажер «Аппаратный интерфейс ввода-вывода системы»

Рис. 2. Стенд-тренажер «Аппаратный интерфейс ввода-вывода системы»

Рассматривая существующие средства и способы создания интерактивных тренажеров, можно сделать следующие выводы:

  • создание программных модулей тренажеров требует от их разработчика обширных навыков программирования и опыта работы с графическими средствами моделирования;
  • средства визуального построения интерактивных тренажеров в большинстве случаев ограничены одной предметной областью (например, программная система LabView направлена на создание виртуальных тренажеров в электротехнике). С учетом данных тенденций, в настоящей работе предлагается разработка интерактивного тренажера для изучения тактико­специальных дисциплин.

Задачи, решаемые интерактивным тренажером, представлены на рис. 3.

Рассмотрим необходимые средства разработки для решения поставленной задачи (рис. 4).

Рис. 3. Решаемые тренажером задачи

Рис. 3. Решаемые тренажером задачи

Рис. 4. Средства разработки

Рис. 4. Средства разработки

В качестве среды для разработки данного тренажера выбрана Microsoft Visual Studio 2015. В рамках среды взят объектно­ориентированный язык программирования C#. Для написания графического интерфейса будем использовать технологию WPF (Windows Presentation Foundation). Если при создании традиционных приложений на основе WinForms за отрисовку элементов управления и графики отвечали такие части ОС Windows, как User32 и GDI+, то приложения WPF основаны на DirectX. В этом состоит ключевая особенность визуализации графики в WPF: в случае применения WPF значительная часть работы по отрисовке графики — как простейших кнопочек, так и сложных 3D­моделей — выполняется графическим процессором, что также позволяет воспользоваться аппаратным ускорением графики. К недостаткам данной технологии можно отнести то, что, по сравнению с приложениями на Windows Forms, объем программ на WPF и потребление ими памяти в процессе работы в среднем оказывается несколько выше, а кроме того, данные приложения невозможно использовать на платформах семейства Linux.

Рис. 5. Средства разработки ГИС-приложений

Рис. 5. Средства разработки ГИС-приложений

В поставленной задаче возникает необходимость геоинформационного моделирования узла связи на местности. Для этих целей целесообразно применение ГИС­платформы. Достаточно использовать комплекс средств Gis ToolKit Active (рис. 5), представляющий собой набор СОМ­объектов и компонентов ActiveX и предназначенный для разработки ГИС­приложений для Windows в любых средах разработки. Он обеспечивает полный комплект функций системы управления картографической базой данных. Для создания моделей узлов связи, которые в последующем будут размещаться на местности, воспользуемся 3ds Max — программным средством для 3D­моделирования, визуализации и анимации.

Пользовательский интерфейс играет важную роль в любом программном средстве. Он должен удовлетворять следующим требованиям:

  • функциональность (соответствие задачам пользователя); 
  • понятность и логичность;
  • обеспечение высокой скорости работы пользователя;
  • обеспечение защиты от человеческих ошибок; 
  • быстрое обучение пользователя. 

Для выполнения указанных требований предлагается использовать Microsoft Expression Blend — программу от корпорации Microsoft, предназначенную для разработки дизайна графических настольных приложений, интерактивный WYSIWYG­редактор для дизайна интерфейсов, основанных на XAML­приложениях, а также для Windows Presentation Foundation и приложения Silverlight.

Для описания поведения разрабатываемой системы воспользуемся UML­диаграммой вариантов ее применения (рис. 6).

Рис. 6. Диаграмма вариантов использования разрабатываемой системы

Рис. 6. Диаграмма вариантов использования разрабатываемой системы

«Оператором» является любое лицо, работающее с данной программой. Пользователи могут иметь различные права. Их воздействия на систему при этом различны.

«Информационно­справочный раздел» предоставляет пользователю справочную информацию об аппаратных (станций) связи тактического и оперативного звена управления. Информация предоставляется в текстовом виде, в виде таблиц или роликов. Помимо изучения информации об аппаратных связи пользователь может проверить свои знания по их составу (рис. 7).

Рис. 7. Конструктор по созданию структуры аппаратной связи

Рис. 7. Конструктор по созданию структуры аппаратной связи

«Формирование организационно­технической структуры УС». Согласно методическим разработкам, обучаемый должен сформировать поэлементную структуру УС. Из предлагаемых вариантов элементов УС выбирается необходимый в соответствии с решением задания.

Предполагается два варианта контроля успеваемости: обучение и контроль. В режиме обучения оператору предоставляется справочная информация по интересующим его вопросам и подсказки, при этом оценка оператору не выставляется. В режиме контроля генерируется задание, по итогу выполнения которого оператору выставляется оценка. Результатом работы с тренажером является построенная на местности схема размещения узла связи (рис. 8).

Рис. 8. Схема размещения УС на местности, составленная в ходе отработки задания

Рис. 8. Схема размещения УС на местности, составленная в ходе отработки задания

Программа реализуется в виде совокупности небольших независимых блоков, называемых модулями (рис. 9), структура и поведение которых подчиняются определенным правилам. Это позволяет упростить тестирование программы и обнаружение ошибок.

Рис. 9. Модульная структура программы

Рис. 9. Модульная структура программы

Использование программного комплекса по изучению тактико­специальных дисциплин позволит сократить сроки изучения средств и комплексов связи, значительно уменьшив расходы на учебно­материальную базу. Кроме того, это обеспечит самостоятельную подготовку обучаемых в ходе тренажей, самостоятельных работ, а также поможет предотвратить вывод из строя техники, связанный с неумелой эксплуатацией на начальном этапе ее освоения.

Литература:

  1. Андерсен Крис. Основы Windows Presentation Foundation.
  2. Рылов С.А., Софиев А.Э., Тараканов Ю.В. Разработка мобильного компьютерного тренажера для обучения операторов технологических процессов // Приборы. 2010. № 3. С. 19­24.
  3. Петцольд Чарльз. Программирование для Microsoft Windows на C#. Русская редакция. 2002.
  4. Матлин А.О., Фоменков С.А. Интерактивные средства обучения в образовательном процессе // В межвузовском сб. научных статей «Известия Волгоградского государственного технического университета. Сер. Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах. Вып. 8». Волгоград: ВолгГТУ. 2010. № 6(66). С. 110­111.
  5. Иванов В.Г., Панихидников С.А., Кутенко В.А., Хвостова К.А. Применение технологий виртуальных интерактивных 3D­панорам при изучении узлов связи пунктов управления // В сб.: «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании». III Международная научно­техническая и научно­методическая конференция: сб. научных статей. 2014. С. 825­829.
  6. Иванов В.Г., Корнеенко Е.А., Панихидников С.А., Тевс О.П. Модель электронно­программного тренажера для изучения полевых узлов связи // В сб.: «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании». Международная научно­техническая и научно­методическая конференция: сб. научных статей в 2­х томах. Под. ред. С.В. Бачевского. Сост. А.Г. Владыко, Е.А. Аникевич, Л.М. Минаков. Санкт­Петербург, 2015. С. 1237­1