На что посмотреть

Система визуализации окружающего мира в авиационных тренажерах

Таким сложным термином именуется довольно простая часть тренажера в виде экрана с картинкой окружающего мира, а буквально тем, что видят пилоты из кабины. Существует несколько технических решений, каждое из которых продиктовано фактическим назначением тренажера. Системы бывают максимально простыми и дешевыми или очень сложными и дорогостоящими. Каждая конструкция имеет свои функциональные и технические ограничения и не передает полностью естественную картинку, что в принципе и не требуется.

Было бы ошибочно утверждать, что отображение окружающего мира не нужно совсем. Откроем секрет. Пилотам нужны окна на разбеге и отрыве от полосы и пару минут перед самым касанием земли: на взлете и при посадке пилотам нужно удерживать самолет на осевой линии ВПП. Дополнительно имеет значение отсутствие препятствий на полосе. Это все, что требуется видеть для успешного управления самолетом. Красота терминала аэропорта и пышность облаков пилотов не интересуют.

Управление самолетом при разбеге и касании полосы при посадке осуществляется спаренными педалями и, как правило, инструкторы TFT.aero корректируют действия гостя. Конечно, окна не помешают при маневрировании по рулежным дорожкам, но современные системы некоторых самолетов теперь и эту задачу могут выполнить лучше пилотов. В остальных ситуациях в окно можно не смотреть. Действительно, что можно увидеть там ночью или в облачности? Нужно отметить, что мы говорим о пассажирских авиалайнерах, а не о малой авиации, где полеты выполняются по правилам визуального полета.

Итак, мы выяснили, что система визуализации нужна ограниченное время. Теперь давайте разберемся каких типов они бывают и чем являются полезными.

Самый простой способ увидеть окружающий мир можно реализовать поставив перед тренажером один большой или несколько средних плоских мониторов.

авиатренажер с двумя мониторами

Свою первичную задачу такое решение исполняет, при этом оно рассчитано на одного пилота. Дело в том, где видит пилотирующий разделительную полосу: ровно по линии своего взгляда или смещенную в сторону по центру кокпита. К недостаткам можно отнести тот факт, что пилот видит сам экран и поле его зрения ограничено угловыми размерами монитора.

Более продвинутые пользователи создают из нескольких мониторов подобие панорамного обзора, при этом сами мониторы остаются видимыми. Выглядит такое решение вот так:

авиатренажер с тремя мониторами панорамой

Существуют специальные программные решения позволяющие сделать линию горизонта не такой ломаной, но в целом пример наглядно демонстрирует подход.

Самое продвинутое решение того же порядка без мониторов реализуется на экране несколькими проекторами. Как правило, форма экрана цилиндрическая или сферическая, что почти никак не влияет на получаемый результат. Не видны стыки изображений, горизонт не является ломаной линией, а детализация картинки определяется пределом программно-аппаратных возможностей. Так как в проекторах применяется матрица для генерации изображения, предел зернистости картинки зависит от разрешающих параметров матрицы и удаления до экрана. Идеология такого решения выглядит так:

ff72fca263c16de85c054d594f3e8888.jpeg

К сожалению, все перечисленные решения имеют один недостаток - не дают пилоту визуально оценить удаление до объекта наблюдения.

6d0d84f14d2fd66f7eff70c5f19d1ebf.jpegТак, для сведения, выглядит циклоп и все пользователи приведенных выше систем визуализации: их зрение фокусируется на поверхности с изображением, не позволяя оценить глубину образа. Так как в отличии от циклопов люди произошли от обезьян, подтверждения чему мы ежедневно можем наблюдать в повседневной жизни, они унаследовали бинокулярное зрение.

Создателей профессиональных тренажерных систем такая ситуация не устраивала по многим причинам. Во первых, пилот должен иметь возможность оценить высоту на выравнивании перед касанием земли чтобы не “грохнуть” самолет об полосу. Во-вторых, в экипаже из двух пилотов каждый пилот должен видеть разметку полосы не сбоку, а прямо перед собой. Ложные навыки при обучении неприемлемы и конструкторам пришли на помощь физики-оптики владеющие секретами решения проблемы.

В профессиональных тренажерах применяется коллимационная система визуализации, основанная на отражении сферического просветного экрана от сферического зеркала. Оказалось, что в таком случае отражаемые лучи являются параллельными и появляется глубина картинки. Любознательный читатель может больше узнать о явлении познакомившись с эффектом Параллакса.

Устройство коллиматорного экрана

Вне зависимости от компонентов, система с отражающим зеркалом является технологически очень сложной в производстве, и следовательно, очень-очень дорогостоящей. С учетом всех компонентов цена такого решения может достигать 1 млн. долларов и не применяется в развлекательных целях.

Подводя итог нашего небольшого обзора, отметим, что более простые решения, применяемые в развлекательных тренажерах не являются плохими или несовершенными. Они, в силу своего предназначения, как ни странно, обладают большей красочностью и детализацией нежели профессиональные системы. Более того, по большому секрету скажем, что в реальном самолете визуализация на эшелоне полета бывает еще хуже в силу дымки, сумерков, пыли в атмосфере и многих других причин.

И маленький тест. Фотография в заголовке этой статьи сделана из кабины реального самолета, или из нашего симулятора?