СИМУЛЯТОР УПРАВЛЕНИЯ ВОДНЫМ ТРАНСПОРТОМ: РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ В ОБУЧЕНИИ НАВЫКАМ ШВАРТОВКИ

WATER TRANSPORT MANAGEMENT SIMULATOR: DEVELOPMENT AND APPLICATION IN TRAINING MOORING SKILLS

Vladislav Antonuk

student, Department of Information Systems and Technologies, Siberian State University of Water Transport,

Russia, Novosibirsk

Nikita Rykovsky

scientific supervisor, Senior Lecturer, Siberian State University of Water Transport,

Russia, Novosibirsk

АННОТАЦИЯ

В статье описывается разработка симулятора управления водным транспортом, предназначенного для отработки навыков швартовки. Рассматриваются архитектура симулятора, физическая модель, графическое окружение и интерфейс управления. Приводятся примеры сценариев и результаты тестирования. Проект демонстрирует потенциал современных игровых движков в создании обучающих систем для подготовки специалистов морского транспорта.

ABSTRACT

The article describes the development of a water transport management simulator, designed for training mooring skills. The simulator’s architecture, physical model, graphical environment, and control interface are discussed. Examples of educational scenarios and testing results are provided. The project demonstrates the potential of modern game engines in creating training systems for maritime transport specialists.

Ключевые слова: информационные технологии, симулятор, водный транспорт, швартовка, обучение.

Keywords: information technologies, simulator, water transport, mooring, training.

Введение

Современные информационные технологии предоставляют уникальные возможности для создания обучающих систем, моделирующих сложные процессы в безопасной среде. Одной из таких задач является швартовка судов - процесс, требующий высокой точности, соблюдения правил и понимания физики движения судна. Ошибки при швартовке могут привести к значительным материальным потерям и угрозе безопасности.

Традиционное обучение швартовке связано с высокими затратами и рисками, так как требует использования реальных судов. Виртуальные симуляторы в свою очередь позволяют минимизировать эти риски, обеспечивая среду, приближенную к реальности, для отработки навыков.

Цель работы - создание программного комплекса, обеспечивающего реалистичное моделирование поведения судна, сценарии швартовки, простой интерфейс и инструменты анализа действий пользователя.

Архитектура симулятора

Симулятор включает следующие компоненты:

1. Физическая модель - моделирование движения судна и взаимодействия с окружающей средой.
2. Графическое окружение - визуализация судов, портовой инфраструктуры и водной поверхности.
3. Интерфейс управления - система взаимодействия пользователя с симулятором.
4. Модуль анализа - запись и оценка действий пользователя.

Физическая модель реализована с использованием системы Chaos Physics, которая на данный момент находится в стадии тестирования в UE5. Основные аспекты:

• Гидродинамика: расчет сил сопротивления воды на основе формы и скорости судна.
• Внешние факторы: учет ветра, течений и волн с применением упрощенных уравнений Навье-Стокса.
• Швартовка: моделирование натяжения канатов с учетом их эластичности.

Модель калибровалась на основе данных реальных судов, что обеспечило высокую точность.

Графическая часть создана с использованием стандартного инструментария и технологии Nanite для детализированных моделей. Основные элементы:

• Модели судов: 3D-модели, созданные в Blender.
• Порт: причалы и инфраструктура, соответствующие реальным стандартам.
• Вода: плагин Water Physics для реалистичного отображения воды и волн.

Для оптимизации производительности применены техники LOD и динамическая загрузка объектов.

Рисунок 1. Пример уровней LOD

Интерфейс управления

Интерфейс включает:

• Виртуальный штурвал и рычаги управления.
• Переключения ракурса камеры (от 1-го и 3-го лица).
• Индикаторы состояния судна (скорость, угол крена).

Таблица 1.

Основные элементы интерфейса управления

Интерфейс поддерживает управление с клавиатуры, мыши. Планируется поддержка контроллера.

Модуль анализа записывает траекторию судна, скорость и действия пользователя. После выполнения сценария формируется отчет, включающий:

• Оценку точности швартовки.
• Маршрут движения.
• Общие рекомендации по улучшению.

Симулятор предлагает три уровня сложности:

1. Базовый: швартовка небольшого судна в спокойной воде.
2. Средний: швартовка грузового судна при ветре и течении.
3. Продвинутый: швартовка крупнотоннажного судна в шторм.

Сценарии включают элементы геймификации, такие как начисление баллов за точность выполнения задач.

Применение и тестирование

Симулятор ориентирован на:

• Обучение студентов морских специальностей.
• Подготовку профессиональных экипажей.
• Исследования новых методов швартовки.

В ходе апробации симулятор тестировался группой студентов СГУВТ. Результаты показали сокращение времени освоения навыков швартовки на 30% по сравнению с традиционными методами.

Перспективы развития

Планируется:

• Добавление новых видов судов.
• Расширение сценариев (швартовка в узких каналах).

Резюмируя можно сказать, что разработанный симулятор представляет собой эффективный инструмент для обучения швартовке. Приближенная к реальности физика, различные сценарии и удобный интерфейс делают его подходящим для образовательных целей. Проект демонстрирует возможности игровых движков в создании обучающих систем и открывает перспективы для дальнейших исследований.

Список литературы:

1. Что такое Blueprint в Unreal Engine 5. Плюсы и минусы 2024 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://habr.com/ru/articles/809257/, свободный.
2. Способы взаимодействия в Unreal Engine 5 2023 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://habr.com/ru/companies/otus/articles/735762/, свободный.
3. Введение в материалы 2023 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://habr.com/ru/companies/otus/articles/733060/, свободный.
4. Основные принципы 3D-моделирования в Blender [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://media.contented.ru/znaniya/instrumenty/osnovnye-printsipy-3d-modelirovaniya-blender/, свободный.
5. Как работать с текстурами в Blender [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://media.contented.ru/znaniya/instrumenty/kak-rabotat-s-teksturami-v-blender/, свободный.
6. Panchal, S. Game Physics Cookbook: Discover over 100 easy-to-follow recipes to help you implement efficient game physics and collision detection in your games // packt - 2020. - С.480
7. Vaughan W.  Цифровое моделирование // packt - 2022. – 430 с.
8. Vaughan W. Руководство по топологии // packt - 2018. – 130 c.