EduAkcja. Magazyn edukacji elektronicznej nr 1 (13)/2017, str. 54 64 Wykorzystanie środowiska wirtualnej rzeczywistości do nauczania umiejętności praktycznych personelu lotniczego Andrzej Rypulak Wyższa Szkoła Oficerska Sił Powietrznych w Dęblinie a.rypulak@wsosp.pl Streszczenie: Właściwa eksploatacja skomplikowanego sprzętu lotniczego wymaga wysokiej wiedzy i umiejętności personelu lotniczego. Aby taki personel przygotować, niezbędni są nie tylko doświadczeni instruktorzy, ale również odpowiednia baza dydaktyczna umożliwiająca prowadzenie zajęć na wysokim poziomie. Ze względu na specyfikę wykonywanych zadań, system przygotowania personelu latającego i technicznego jest nieco inny. Jednak w obu przypadkach w fazie kształcenia teoretycznego coraz szerzej stosowane są metody e-learningowe, zaś w fazie praktycznej symulatory. Od kilku już lat w Wyższej Szkole Oficerskiej Sił Powietrznych w Dęblinie do kształcenia teoretycznego w zakresie budowy i eksploatacji samolotu M28 Bryza i śmigłowca W3 Sokół wykorzystywane są systemy e-learningowe, zaś do nauczania umiejętności praktycznych szereg symulatorów przeznaczonych dla personelu latającego oraz obsługującego statki powietrzne (SP). Wraz z rozwojem technologii informatycznych pojawiła się również możliwość wykorzystania systemów rozszerzonej rzeczywistości do nauczania umiejętności praktycznych przyszłych inżynierów i pilotów. W artykule przedstawiono możliwości oraz zalety tego środowiska oraz pierwsze próby jego implementacji do tych celów. Słowa kluczowe: kształcenie, personel lotniczy, wirtualna rzeczywistość 1. Wprowadzenie Dynamiczny rozwój transportu lotniczego na początku XX w. i występowanie związanych z nim katastrof spowodowały konieczność zwrócenia uwagi na zapewnienie bezpieczeństwa załogom i pasażerom statków powietrznych (SP). Bezpieczeństwo systemu lotniczego to wypadkowa istotnych podstawowych elementów: stanu technicznego statku powietrznego, zdatności systemów łączności, nawigacji i dozorowania, prawidłowości działania służb zarządzania przestrzenią powietrzną, naziemnego i latającego personelu oraz oddziaływania środowiska. Z przeprowadzonych analiz przyczyn wypadków lotniczych wynika, że udział czynnika ludzkiego stanowi aż 80%, z czego 65% to błąd członków załogi statku powietrznego (Kałużna i Fellner, 2014). Czynnik ludzki to zasady mające zastosowanie w lotnictwie podczas: projektowania, certyfikacji, szkolenia, eksploatacji i obsługi technicznej, a więc w najpełniejszym zakresie funkcjonowania tego, co potocznie określane jest lotnictwem. Zasady, określane przez powszechnie obowiązujące standardy i przepisy, zapewniają bezpieczne relacje między człowiekiem a innymi elementami systemu poprzez właściwe uwzględnienie wydolności ludzkiej. Zakłada się tu odpowiedni poziom wiedzy teoretycznej i umiejętności praktycznych personelu latającego, obsługującego statki powietrzne, zarządzającego ruchem lotniczym oraz zabezpieczeniem logistycznym. Biorąc pod uwagę powyższe, problematyka właściwego przygotowania personelu lotniczego (załóg oraz personelu technicznego obsługującego statki powietrzne) zarówno pod względem wiedzy teoretycznej, jak i umiejętności praktycznych, niemal od początku powstania lotnictwa jest jednym z najistotniejszych obszarów zainteresowania władz lotniczych. Aby zapewnić wysokie i jednolite standardy przygotowania przyszłych kadr lotniczych, zo-
stały przyjęte bardzo szczegółowe przepisy określające system przygotowania nowych kadr, jak również utrzymywania i podwyższania ich kompetencji w trakcie życia zawodowego. Nad ich przestrzeganiem i ciągłym doskonaleniem czuwają międzynarodowe organizacje lotnicze, zaś w ramach Unii Europejskiej Europejska Agencja Bezpieczeństwa Lotniczego EASA. W przypadku kształcenia personelu technicznego standardy te szczegółowo określają wymagania, jakie muszą spełnić zarówno ośrodki kształcenia (infrastruktura, wyposażenie, kompetencje nauczycieli, programy kształcenia, sposoby dokumentacji, itp.), jak również jaką wiedzę i umiejętności powinni uzyskać ich absolwenci. Zarówno ośrodki kształcenia, jak i absolwenci muszą uzyskać certyfikaty krajowych władz lotniczych dopuszczające do pracy. Wyższa Szkoła Oficerska Sił Powietrznych (WSOSP) począwszy od 2008 r. prowadzi studia I stopnia na kierunku Lotnictwo i kosmonautyka dedykowane studentom cywilnym w specjalności Awionika. Program studiów jest tak przygotowany, aby spełnić zarówno wymagania Krajowych Ram Kwalifikacji dla Szkolnictwa Wyższego, jak również by był maksymalnie zbliżony do wymagań określonych w międzynarodowych przepisach dla licencjonowanego personelu obsługującego statki powietrzne. Dzięki temu absolwenci mogą nie tylko uzyskać tytuł inżyniera, ale również (w specjalności Awionika) mają możliwość ubiegania się o uzyskanie licencji mechanika lotniczego w kategorii B2. Z przedstawionego powyżej powiązania wynika, że wykorzystywane w trakcie kształcenia specjalistycznego metody i środki muszą również spełniać określone w przepisach lotniczych wymagania. W wyniku wieloletnich doświadczeń ukształtował się system kształcenia personelu lotniczego, składający się z dwóch podstawowych faz: kształcenia: teoretycznego oraz praktycznego. W trakcie kształcenia teoretycznego młody adept lotnictwa zapoznawany jest z budową oraz zasadami funkcjonowania urządzeń i systemów statków powietrznych, natomiast podczas fazy praktycznej z wykonywaniem przeglądów, obsług i napraw elementów i systemów SP. W początkowym etapie rozwoju lotnictwa kształcenie teoretyczne odbywało się z wykorzystaniem typowych pomocy dydaktycznych w postaci skryptów, opisów technicznych statków powietrznych, plansz ze schematami i rysunkami, urządzeń i ich przekrojów. Zajęcia praktyczne odbywały się w hangarze, z wykorzystaniem rzeczywistych statków powietrznych. Dzięki stałemu doskonaleniu metod i form kształcenia, a także dzięki błyskawicznemu rozwojowi elektroniki, stało się możliwe tworzenie zupełnie nowych systemów dydaktycznych. Wprowadzane w chwili obecnej do eksploatacji samoloty i śmigłowce takie jak Eurofighter, F-22, F-18, Tiger, obejmują nie tylko statki powietrzne, sprzęt obsługi naziemnej, ale również kompletny system szkoleniowy przeznaczony zarówno dla pilotów, jak i personelu technicznego. Systemy te są projektowane przez wyspecjalizowane firmy, takie jak: Vega, Wicat Systems, PLATO learning systems i składają się z podsystemu szkolenia (Training Delivery System) oraz zarządzania szkoleniem (Training Management System) (Rys. 1). EduAkcja. Magazyn edukacji elektronicznej, nr 1 (13)/2017, str. 55
Rysunek 1. System szkolenia personelu lotniczego Zasadnicze różnice pomiędzy nowymi systemami a tradycyjnymi dotyczą środków technicznych, które wykorzystywane są w procesie kształcenia. Są to wykorzystywane w fazie kształcenia teoretycznego komputerowe systemy dydaktyczne CBT (Computer Base Training), zaś w fazie praktycznej symulatory. 2. Systemy e-learningowe wykorzystywane w polskich Siłach Powietrznych W polskim lotnictwie wojskowym pierwszy system CBT pojawił się w na początku XXI w. wraz z zakupem samolotów CASA-295M i eksploatowany jest w 13 Eskadrze Lotnictwa Transportowego w Krakowie. Kolejny system CBT pojawił się wraz z zakupem samolotów F-16. Również w naszym kraju opracowano kompletne komputerowe systemy dydaktyczne CBT przeznaczone do kształcenia personelu lotniczego eksploatującego statki powietrzne produkowane w polskich zakładach, takie jak samoloty PZl-130, M28B oraz śmigłowce W-3 Sokół (Rys. 2). Zadanie to wykonał zespół pracowników Zakładu Lotniczych Systemów Szkoleniowych i Systemów Dowodzenia Lotnictwem Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych w Warszawie we współpracy z Katedrą Awioniki i Systemów Sterowania WSOSP w Dęblinie. Rysunek 2. Przykładowa strona z kursu CBT dla śmigłowca W3-PL Głuszec EduAkcja. Magazyn edukacji elektronicznej, nr 1 (13)/2017, str. 56
Systemy te wykorzystywane są do teoretycznego kształcenia pilotów i techników w Centrum Szkolenia Inżynieryjno-Lotniczego w Dęblinie oraz w Wyższej Szkole Oficerskiej Sił Powietrznych w Dęblinie. Każda lekcja umożliwia: zapoznanie się z ogólną budową instalacji lub przyrządu oraz ich działaniem na samolocie, wykonanie przez ucznia testu sprawdzającego znajomość tematyki danej lekcji oraz zapoznanie się z czynnościami wchodzącymi w skład obsług bieżących oraz samodzielne wykonanie wybranych obsług bieżących w interaktywnej kabinie statku powietrznego. Wykorzystanie systemów CBT odbywa się z udziałem nauczyciela, którego zadaniem jest odpowiadanie na pytania uczących się i rozwiązywanie problemów pojawiających się w trakcie uczenia. 3. Symulatory diagnostyczne do praktycznego szkolenia personelu technicznego Przez długi czas symulatory lotnicze zaspokajały wyłącznie potrzeby szkolenia pilotów, a ich wykorzystanie do szkolenia personelu technicznego było sporadyczne. Do szkolenia praktycznego wykorzystywane były tylko rzeczywiste statki powietrzne, zarówno wycofane z eksploatacji, jak również wykorzystywane do lotów, lecz czasowo przeznaczone do szkolenia. Wykorzystując do szkolenia sprawny SP nie można było jednak wykonać wielu czynności szkoleniowych, wymagających demontażu przyrządów czy podzespołów samolotu. Nie było również możliwe symulowanie uszkodzeń, tak jak to miało miejsce w przypadku szkolenia personelu latającego z wykorzystaniem symulatorów. Wszystkie te przyczyny wręcz wymusiły konieczność skonstruowania symulatora diagnostycznego przeznaczonego do szkolenia personelu technicznego. W chwili obecnej można wyróżnić dwa podstawowe rodzaje symulatorów statków powietrznych przeznaczonych do szkolenia techników: symulator wykonany w postaci kabiny SP (Hardware Based Trainer HBT) oraz wirtualny symulator diagnostyczny (Virtual Maintenance Trainer VMT). Symulatory klasy HBT są zwykle wykonane z wykorzystaniem wycofanego z eksploatacji statku powietrznego. Nie posiadają komputerowego sterowania ani możliwości symulacji. Umożliwiają użytkownikowi bezpośrednią interakcję z rzeczywistymi urządzeniami, elementami sterującymi i kontrolnymi statku powietrznego. Użytkownik ma możliwość nauczenia się procedur obsługowych oraz podstawowych sprawdzeń urządzeń i systemów. Przykładem takiego symulatora jest Chinook Avionics Trainer CH-47F (Rys. 3). Rysunek 3. Hardware Based Trainer do szkolenia personelu technicznego na śmigłowiec CH-47F. Źródło: Internet, http://www.kratostts.com/solutions/training/training-devices, dostęp 15.11.2016 r. Wirtualne symulatory diagnostyczne (VMT) wykorzystują w niewielkim stopniu rzeczywiste elementy statku powietrznego, natomiast w coraz szerszym stopniu osiągnięcia technologii EduAkcja. Magazyn edukacji elektronicznej, nr 1 (13)/2017, str. 57
wirtualnych. W ostatnich latach, dzięki żywiołowemu rozwojowi elektroniki oraz nowym sposobom wizualizacji, zrealizowano szereg symulatorów obsługowych dedykowanych m.in. następującym typom statków powietrznych: F-16, F-18, C-17, B-2, F-22, Mirage-2000, Tiger. W ich skład wchodzi replika kabiny statku powietrznego lub wirtualna kabina wykonana z wykorzystaniem monitorów, na których zobrazowane są tablice przyrządów oraz pulpity umieszczone w taki sposób, by maksymalnie wiernie odzwierciedlić kabinę SP. Polskie lotnictwo wojskowe do niedawna nie dysponowało żadnym symulatorem do szkolenia personelu technicznego. Pierwszym był symulator przeznaczony do szkolenia personelu technicznego samolotu F-16 MSAMT (Modular Aircraft Maintenance Trainer), który został dostarczony do WSOSP w Dęblinie wraz z zakupem samolotów F-16 (rys. 4). Rysunek 4. Symulator VMT samolotu F-16 (Modular Simulated Aircraft Maintenance Trainer MSAMT) Wirtualny model samolotu został tak zaimplementowany, że daje możliwość pokazania rzeczywistych elementów systemu, gdyż są one przedstawione w formie zdjęć agregatów samolotu F-16C. System MSAMT daje możliwość wykonywania wirtualnych czynności na samolocie. Zasoby systemu pozwalają na wykonywanie następujących czynności: przegląd samolotu przed przystąpieniem do pracy, dobór i podłączanie aparatury kontrolno-pomiarowej i sprzętu naziemnej obsługi, wykonywanie sprawdzeń zgodnie z dokumentacją techniczną, wykrywanie i usuwanie niesprawności. Możliwe jest prowadzenie dwóch rodzajów zajęć: teoretyczne uzupełniające wiedzę słuchaczy, praktyczne podczas których słuchacze w sposób wirtualny dokonują uruchomienia systemów, obsługują elementy sterowania, otwierają i zamykają luki techniczne, dokonują pomiarów oraz usuwają symulowane usterki. Zalety szkolenia na wirtualnym symulatorze obsług technicznych to: szkolenie bez wykorzystania samolotu, brak potrzeby angażowania personelu obsługującego SP i niezbędnego sprzętu, zapewnianie interakcji pomiędzy studentem i wykładowcą, możliwość udziału w szkoleniu więcej niż jednego uczestnika, możliwość przygotowania wielu wariantów lekcji, EduAkcja. Magazyn edukacji elektronicznej, nr 1 (13)/2017, str. 58
pełna kontrola czynności szkolonego, możliwość zatrzymania, omówienia błędów i ponownego wznowienia (z dowolnego punktu) lekcji, dostosowanie poziomu lekcji do szkolonego użytkownika (zakres pomocy, warunki wstępne, ilość i rodzaj błędów), możliwość dowolnego zadawania warunków wstępnych, możliwość archiwizacji przebiegu szkolenia (nagrywanie), praca z dokumentacją techniczną. Pierwszym opracowanym w Polsce symulatorem diagnostycznym jest symulator przeznaczonego do szkolenia obsługi technicznej samolotu M-28 (Mądrzycki, et al. 2011). Symulator ten został wykonany w Instytucie Technicznym Wojsk Lotniczych we współpracy z Wyższą Szkołą Oficerską Sił Powietrznych w Dęblinie. Został on zrealizowany w ramach projektu pt. Opracowanie i badania symulatora diagnostycznego statku powietrznego w technologii wirtualnej nr UDA-POIG.01.03.01-00-201/09-00 i począwszy od 2013 r. wykorzystywany w WSOSP w Dęblinie. Celem opracowania symulatora było wirtualne zobrazowanie statku powietrznego, jego kokpitu, podstawowych urządzenia oraz często występujących uszkodzeń. Osoba szkolona może wykonać te same czynności diagnostyczne, jakie są wymagane podczas obsługi przedlotowej w przypadku rzeczywistego samolotu. Symulator został wykonany w postaci konstrukcji imitującej wnętrze samolotu M28 (Rys. 5). Symulator umożliwia pracę w dwóch trybach: bez uszkodzeń i z uszkodzeniami. Tryb pracy bez uszkodzeń jest przeznaczony do ćwiczenia wykonywania kolejnych czynności sprawdzających, przewidzianych w ramach procedury obsługi przedlotowej. Na początkowym etapie szkolenia możliwe jest zastosowanie podpowiedzi, aby ułatwić szkolonej osobie naukę. Drugi tryb pracy (praca z uszkodzeniami) jest przeznaczony do ćwiczenia umiejętności radzenia sobie z często występującymi na samolocie M-28 uszkodzeniami. Szkolony uczestnik powinien, na podstawie wskazań przyrządów, określić rodzaj uszkodzenia oraz zaproponować sposoby jego usunięcia. Cały proces nauki jest monitorowany przez instruktora. Rysunek 5. Symulator diagnostyczny do szkolenia obsługi technicznej samolotu M-28 4. Rozszerzona rzeczywistość jako medium dydaktyczne EduAkcja. Magazyn edukacji elektronicznej, nr 1 (13)/2017, str. 59
Przedstawione powyżej nowe środki dydaktyczne w postaci systemów CBT oraz symulatorów diagnostycznych mają szereg zalet, pozwalających na zwiększenie efektywności nauczania oraz zmniejszenie jego kosztów. Mają jednak również ograniczenia, gdyż wykorzystywane są w typowym środowisku nauczania, jakim jest budynek ośrodka szkolenia czy uczelni, które określają granice dla ich zastosowania. Końcowy etap szkolenia praktycznego powinien być realizowany z wykorzystaniem rzeczywistego statku powietrznego, narzędzi i przyrządów w rzeczywistym środowisku obsługowym, jakim jest hangar. Wykonywanie przeglądów statku powietrznego, identyfikacja urządzeń i systemów na płatowcu, wyszukiwanie i wizualna identyfikacja korozji, zewnętrznych symptomów uszkodzeń, badań nieniszczących czy diagnozowanie zdatności systemów statków powietrznych powinno być nauczane z wykorzystaniem rzeczywistego statku powietrznego, narzędzi i przyrządów. Również wiele zagadnień, które zwykle nauczane są we wstępnej, teoretycznej fazie szkolenia, takich jak np. rozmieszczenie urządzeń i agregatów na płatowcu, powinno odbywać w realnym środowisku. Jest jednak kilka przyczyn, z powodu których hangar realne środowisko obsługowe SP nie jest optymalnym miejscem dla prowadzenia nauczania umiejętności praktycznych metodą tradycyjną. Przez metodę tradycyjną należy rozumieć szkolenie pod nadzorem instruktora demonstrującego i objaśniającego wykonywanie czynność praktycznych związanych z obsługą i naprawą statku powietrznego. Po pierwsze, ze względu na zwykle ograniczoną ilość miejsca na samolocie szkolenie praktyczne powinno odbywać się z udziałem jednego szkolonego i instruktora. Większa ilość szkolonych powoduje konieczność ich podziału na mniejsze grupy, z których część wykonuje zadania nie związane bezpośrednio z wykonywaniem czynności praktycznych. Po drugie, środowisko obsługowe statków powietrznych jest hałaśliwe (pracujące sprężarki, pompy hydrauliczne, itp.), co utrudnia kontakt głosowy pomiędzy instruktorem i szkolonym. Kolejne utrudnienie występuje w przypadku nauczania złożonych czynności obsługowych, np. związanych z obsługą silnika, gdy wymagane są wielokrotne powtórzenia, aby zapewnić ich pełne opanowanie. Nie jest to możliwe w przypadku nawet niewielkiej grupy szkolących się. Ostatnim ograniczeniem nauczania tradycyjnego z udziałem instruktora jest możliwość występowania różnic w nauczaniu, w przypadku gdy realizowane jest przez różnych instruktorów, z których każdy może mieć indywidualny sposób podejścia do realizacji czynności obsługowych SP. Wszystkie te czynniki powodują, że tradycyjna metoda nauczania umiejętności praktycznych nie jest metodą doskonałą. Wyeliminowanie przedstawionych ograniczeń może stać się możliwe poprzez wykorzystanie w procesie nauczania technologii rozszerzonej rzeczywistości (Augmented Reality AR). Rozszerzona rzeczywistość jest nowym zagadnieniem, nad którym intensywne prace badawcze prowadzone są dopiero od połowy lat 90. XX w., chociaż sama idea powstała w latach 20. XX w. Definicję pojęcia AR podał Ronald Azuma (1997), który określił rozszerzoną rzeczywistość jako system, który łączy świat wirtualny z realnym, umożliwia interakcję w czasie rzeczywistym i działa w 3D. W 1994 roku Paul Milgram oraz Fumio Kishino (1994) zdefiniowali mieszaną rzeczywistość (Rys. 6) (ang. mixed reality MR), w której elementy ze świata wirtualnego przenikają i łączą się ze światem rzeczywistym. Na jednym z krańców schematu umieścili środowisko rzeczywiste, zaś na drugim środowisko wirtualne. Zgodnie z tą koncepcją rzeczywistość może być rozszerzana o wirtualne elementy, a wirtualność o elementy rzeczywiste. Rozszerzona rzeczywistość może być tworzona na podstawie różnych danych, przede wszystkim tych dotyczących ludzkich zmysłów. Ze względu na to, że najprościej jest nałożyć pliki graficzne i dźwiękowe na odpowiadające im wirtualne obiekty, obecnie najlepiej rozwinięte są aplikacje wykorzystujące zmysły wzroku i słuchu użytkownika. Prowadzone są również badania nad zaangażowaniem kolejnych zmysłów ludzkich. EduAkcja. Magazyn edukacji elektronicznej, nr 1 (13)/2017, str. 60
Andrzej Rypulak, Wykorzystanie środowiska wirtualnej rzeczywistości do nauczania... Rysunek 6. Schemat ciągłości rzeczywistość wirtualność W zależności od sposobu wizualizacji można wyróżnić dwie podstawowe metody: z wykorzystaniem tabletu (smartfonu) lub okularów z technologią see-through (Rys. 7). a) b) Rysunek 7. Sposoby wizualizacji: a) z wykorzystaniem tabletu, b) z wykorzystaniem okularów z technologią see-through. Źródło: Internet, http://thearea.org/bosch-announces-expanded-support-for-augmented-reality-in-auto motive-service-repair-and-training, dostęp 15.11.2016 r. Każda z tych metod ma swoje zalety i wady. W przypadku wykorzystywania tabletu czujnikiem obrazu jest kamera. Na uzyskany przez nią obraz nakładane są elementy wirtualne (opisy, wyjaśnienia, instrukcje postępowania, obrazy, filmy instruktażowe, itp.). Zaletą tego rozwiązania jest brak okularów na głowie, łatwiejsza możliwość obserwacji tła zewnętrznego obrazu będącego w polu wizualizacji kamery, zwykle większa wydajność tabletu, dzięki czemu obraz wyświetlany jest płynnie. Wadą jest konieczność zaangażowania co najmniej jednej ręki do trzymania i przemieszczania tabletu. Łączenie sfery wirtualnej z realną w okularach wykorzystujących technologię see-through odbywa się na płaszczyźnie przezroczystego wyświetlacza. Oznacza to, że użytkownik utrzymuje nieprzerwany kontakt wzrokowy z otoczeniem, podczas gdy elementy wirtualne nakładane są na niego w czasie rzeczywistym. Zaletą okularów jest możliwość wykorzystania obydwu rąk do wykonywania czynności. Natomiast wadami są występujące błędy w lokalizacji obrazu oraz konieczność noszenia okularów i dodatkowych urządzeń sterujących. Z punktu widzenia użyteczności w procesie nauczania umiejętności praktycznych, bez wzglęeduakcja. Magazyn edukacji elektronicznej, nr 1 (13)/2017, str. 61
du na zastosowany sposób wizualizacji, technologia AR posiada zalety, które niwelują wady tradycyjnej metody nauczania z instruktorem. Pozwala na indywidualne szkolenie, gdyż rolę instruktora pełni system nakładania wirtualnych treści na obraz rzeczywisty widziany przez szkolonego uczestnika. Mogą to być opisy urządzeń i instalacji, procedury kolejności wizualnej inspekcji, instrukcje demontażu, montażu itp.. Dzięki temu uzyskuje się: 1. Zwiększenie efektywności wykorzystania sprzętu lotniczego oraz środowiska, w którym się on znajduje, gdyż dzięki właściwemu dobraniu ćwiczeń zróżnicowanych co do miejsca realizacji, istnieje możliwość szkolenia więcej niż jednej osoby jednocześnie na tym samym statku powietrznym. 2. Odseparowanie szkolonej osoby od hałasu występującego w hangarze dzięki wykorzystaniu słuchawek. 3. Możliwość wielokrotnego powtarzania treści nauczania, w zależności od indywidualnej potrzeby użytkownika. 4. Ujednolicenie treści, metod realizacji czynności i wykorzystania wiedzy najlepszych ekspertów w danej dziedzinie. Przedstawione powyżej zalety technologii AR umożliwiają zwiększenie efektywności nauczania umiejętności praktycznych oraz zmniejszenie kosztów szkolenia. Teoretyczne podwaliny określające możliwe obszary zastosowania technologii AR do nauczania umiejętności praktycznych młodych adeptów lotnictwa zostały określone w pracy (Haritos i Macchiarellaw, 2005), która stała się początkiem zainteresowania tą technologią kolejnych badaczy. Do chwili obecnej powstało szereg prototypowych systemów AR mających zastosowanie we wspomaganiu procesu obsługowego maszyn i urządzeń (Henderson i Feiner, 2007), wspomaganiu nauczania w ogólności (Skarka, Moczulski, Januszka, 2012) oraz nauczania specjalistów lotniczych (Rios et al., 2011), (De Crescenzio i Fantini, 2010,;De Crescenzio et al., 2011). Prace nad wykorzystaniem technologii AR podjęto również w Katedrze Awioniki i Systemów Sterowania WSOSP. Przeprowadzono wstępne badania nad wykorzystaniem technologii rozszerzonej rzeczywistości do nauczania wykonywania przeglądu przedlotowego śmigłowca Cabri G2. Wykorzystując aplikację Marko: next generation manual NGM (2014) opracowano instrukcję wykonania przeglądu lewej części silnika, którą zaimplementowano na okulary Moverio BT-200. Następnie przeprowadzono skanowanie obrazu luku lewej komory silnika śmigłowca widzianego przez kamerę okularów celem rozpoznania jej charakterystycznych elementów. Po uruchomieniu aplikacji szkolony użytkownik, obserwując przez okulary luk lewej komory silnika śmigłowca, ma nakładane na rzeczywisty obraz opisy kolejnych czynności do realizacji w ramach przeglądu. Elementami wirtualnymi mogą być: opisy urządzeń, czynności do wykonania, dodatkowe rysunki, dokumenty w formacie PDF, piktogramy występujące w aplikacji oraz zaprojektowane przez użytkownika. Operując sterownikiem okularów osoba szkolona ma możliwość zmiany wyświetlania kolejnych zestawów okien z elementami wirtualnymi, które przedstawiane są we właściwych miejscach w zakresie zmian kąta obserwacji przez uczącego się wynoszącym kilkanaście stopni (Rys. 8). EduAkcja. Magazyn edukacji elektronicznej, nr 1 (13)/2017, str. 62
Andrzej Rypulak, Wykorzystanie środowiska wirtualnej rzeczywistości do nauczania... Rysunek 8. Zastosowanie technologii rozszerzonej rzeczywistości do nauczania przeglądu przedlotowego śmigłowca Cabri G2: a) wykonywanie przeglądu lewego luku silnika, b) jedna ze stron kursu. 5. Podsumowanie Zastosowanie technologii AR obecnie wiąże się z trudnościami, z których większość jest natury technologicznej. Jest to wciąż duży i nieporęczny sprzęt, chociaż postęp w tej dziedzinie jest bardzo szybki, zaś przygotowywane do wprowadzenia na rynek okulary AR Moverio BT-300 mają masę 60g i w niewielkim stopniu swoimi rozmiarami odbiegają od zwykłych okularów (Rys. 9). Rysunek 9. Okulary Moverio BT-300 stosowane w technologii rozszerzonej rzeczywistości. Źródło: Internet, http://pclab.pl/news68528.html, dostęp 15.11.2016 r. Kolejnym niedostatkiem technologii jest konieczność zastosowania markerów (Rys. 10), umożliwiających identyfikację poszczególnych elementów urządzeń i instalacji. Jednak i w tym przypadku pojawiają się aplikacje (np. Vuforia), pozwalające rozpoznawać obiekty rzeczywiste bez konieczności stosowania markerów. Rysunek 10. Markery wykorzystywane w technologii rozszerzonej rzeczywistości. Źródło: Internet, https://itunes. apple.com/us/app/ngrain-augmented-reality-player/id712572730?mt=8, dostęp 15.11.2016 r. EduAkcja. Magazyn edukacji elektronicznej, nr 1 (13)/2017, str. 63
Ostatnim mankamentem jest pracochłonność i związane z tym koszty opracowania oprogramowania, co w znacznym stopniu ogranicza powszechne zastosowanie tej technologii. Biorąc jednak pod uwagę szybki postęp w dziedzinie nowych rozwiązań sprzętowych i programowych, występujące obecnie ograniczenia zastosowania technologii AR będą odgrywały coraz mniejszą rolę, dzięki czemu wydobyte zostaną wszystkie jej niewątpliwe zalety. Pozwoli to na szersze stosowanie technologii w procesie nauczania umiejętności praktycznych na każdym poziomie edukacji. 6. Bibliografia 1. Azuma, R. (1997). A Survey of Augmented Reality. Teleoperators and Virtual Environments, 6(4,) 355 385. 2. De Crescenzio, F. i Fantini, M. (2010). Implementing augmented reality to aircraft maintenance: a daily inspection case study. Proc. of IDMME Virtual Concept, October 20 22, Bordeaux, France. 3. De Crescenzio, F., Fantini, M., PersianiPersiani, F., Di StefanoDi Stefano, L., Pietro AzzariPietro Azzari, P. i SaltiSalti, S. (2011). Augmented Reality for Aircraft Maintenance Training and Operations. IEEE Computer Graphics and Applications, 31(1), 96 101. 4. Haritos, T. i Macchiarella, N. D. (2005). A mobile application of augmented reality for aerospace maintenance training. 24th Digital Avionics Systems Conference, 14 23. 5. Henderson, S. J. i Feiner, S. K. (2007). Augmented Reality for Maintenance and Repair (ARMAR). Columbia University Department of Computer Science. 6. Kałużna, E. i Fellner, A. (2014). Metody uwzględnienia czynnika ludzkiego zarządzaniu bezpieczeństwem systemu transportu lotniczego. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej, 103, 99 111. 7. Marko: Next generation manual. Pozyskano z: www.marko.tips, październik 2016 r. 8. Mądrzycki, P., Butlewski, K., Golański, P., Marchwicki, R., Perz-Osowska, M. i Puchalski, W. (2011). Diagnostic simulator of the M-28 Aircraft for the Ground Engineering Crew in Virtual Technology. Polish Journal of Environmental Studies, 20(5A). 9. Milgram, P. i Kishino, F. (1994). A Taxonomy of Mixed Reality Visual Displays, IEICE Trans. Information Systems, E77-D(12,) 1321 1329. 10. Rios, H., Hincapié, M., Caponio, A., Mercado, E. i Mendívil, E. G. (2011). Augmented Reality: An Advantageous Option for Complex Training and Maintenance Operations in Aeronautic Related Processes. International conference, Virtual and Mixed Reality, 87 96. 11. Skarka, W., Moczulski, W. i Januszka, M. (2012). Interaktywne technologie w procesie kształcenia, Szybkobieżne pojazdy gąsiennicowe, 29(1), 105 114. The Use of Virtual Reality Environment for Teaching Practical Skills Aviation Personnel Keywords: education, aviation personnel, virtual reality Abstract: Proper operation of complex aviation equipment requires high knowledge and skills of aviation personnel. In order to make the staff well prepared there are not only the experienced instructors indispensable but also a suitable didactic base that allows for conducting classes at a high level. A preparation system for flight crew and maintenance personnel differs from each other due to the specific tasks requirement. However, in both cases, in the phase of theoretical training the e-learning methods are commonly used, whereas in the practical phase simulators. Since several years the e-learning systems have been used for the theoretical training in the construction and operation of the aircraft M28 Bryza and helicopter W3 Sokol, and a number of simulators is being used to teach practical skills dedicated to both the flying and servicing crew in the Polish Air Force Academy in Dęblin. Together with the development of information technology the possibility of using augmented reality systems for education and practical skills of future engineers and pilots started to be accessible. The article presents the possibilities and advantages of this environment and the first attempts to implement the above objectives. EduAkcja. Magazyn edukacji elektronicznej, nr 1 (13)/2017, str. 64