Кибернетическая картина мира

зации) МПБ к потребностям пользователя, интерактивной эксплуатационной документации (руководств, нормативов, наставлений, обслуживания техники и др.).

Эффективность использования наших войск нуждается в существенном улучшении как с точки зрения разведки и подготовки операции, так и с точки зрения оснащения различными видами вооружений и связи, тренировки и подготовки войск к ведению боевых операций.

В США уже в течение 15 лет для этих целей применяют компьютерное МПБ, результаты которого использовались в различных горячих точках мира. По оценкам военных аналитиков, именно в области технологий имитации и моделирования ситуаций и связанных с ними компьютерных технологий автоматизированного управления, именно в этом направлении можно ожидать важных результатов. В нашей стране в этом направлении имеются хорошие научно-технические заделы, которые необходимо использовать. Например, сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения в 2005 г. были награждены премией Президента России за комплекс инновационных разработок в области технологии виртуальных миров.

Создание и применение в войсках компьютерной МПБ является крайне актуальным, позволяя в несколько раз повысить эффективность использования войск.

Уровень развития технологий моделирования является одним из ключевых факторов обеспечения превосходства страны над потенциальным противником.

Американские военные по назначению выделяют три основные группы моделей:

– используемые в целях анализа и оценки (обеспечение оперативной работы);

– применяемые в сфере создания вооружения и военной техники (ВВТ);

– предназначенные для обучения личного состава, оперативнобоевой подготовки войск и штабов.

Тенденция – создание так называемых моделей межвидового сообщества, объединяющих различные компоненты военного назначения (виды ВС, командования, самостоятельные управления военного ведомства и комитет начальника штабов).

Модели поля боя или театра военных действий относятся к межвидовым и являются интеграцией как реальных, так и смоделиро-

291

ванных (виртуальных) военных объектов и операций. Основные работы ведутся в США, Канаде, странах Западной Европы (Великобритании, Германии, Франции и др.). Например, Synthetic Theater of War Project, The Synthetic BattleBridge, Mission Rehearsal Exercise, Virtual Warrior Interactive, Close Combat Tactical Trainer, Combined Arms Tactical Trainer (один из самых крупных, затра-

ты около $400 млн, главный симуляционный зал имеет размеры 120×45 м, в нем могут размещаться 70 симуляторов единиц боевой техники, 16 симуляторов единиц техники общего назначения, 12 «пехотных» симуляторов, предусмотрена комната «расширения», одновременно могут «воевать» до 700 чел.).

Особое место уделяется совершенствованию существующих и разработке новых технологий моделирования, которые связываются с развитием таких ключевых направлений развития науки и технологий, как, например:

– высокопроизводительные вычисления; – высокоскоростные компьютерные сети; – визуализация;

– системы интерактивного погружения – виртуальной реальности, расширенная реальность/виртуальность, мультимодальный интерфейс и др.;

– распределенные системы моделирования.

По оценкам психологов и физиологов, качественный скачок в электронной деятельности, в том числе в военной области, связан с поддержкой непосредственного контакта с рабочей средой, ее полисенсорном восприятии, совместной работе с возможностью невербальной коммуникации, которые не могут обеспечить традиционные системы моделирования.

Для решения данных задач предлагается использовать концепцию виртуальных миров (ВМ), обеспечивающих погружение человека в заданную среду и его участие в событиях среды. По мере реализации и развития информационных и коммуникационных технологий ВМ должны стать новой технологией общения и сотрудничества между людьми, людьми и устройствами, реальными и виртуальными объектами.

Исследования и разработки в данной области носят междисциплинарный характер и наиболее интенсивно ведутся в США, Канаде, Европейском Сообществе, Японии. Технология ВМ активно используется, кроме военных областей, в образовании и науке, промышленности, культуре и искусстве, электронном туризме,

292

транспорте и медицине. В качестве аналогичных с точки зрения трудоемкости проектов можно привести виртуальные города и виртуальные предприятия (судостроение, авиация и др.) и т. п.

Первые опыты использования ВМ в России были предприняты коллективом специалистов из ведущих университетов и организаций Санкт-Петербурга в образовании во главе с ГУАП. По результатам многолетних научных исследований в 2000 г. была сформирована концепция создания ВМ как человекомашинного интерфейса нового поколения, разработаны модели и варианты архитектур ВМ, структур и режимов работы, средств доступа к ним, инструментария и программно-аппаратных средств реализации, основных областей применения.  Для создания и эксплуатации МПБ уровня бригады предлагается технология ВМ, которая обеспечит погружение человека в рабочие сцены, отображающие функционирование компонентов военного назначения, и интерактивное взаимодействие человека с объектами этой рабочей сцены в реальном масштабе времени с учетом характеристик человека и военных систем. Это позволит:

– повысить эффективность приобретения индивидуальных и коллективных знаний и умений работы с робототехническими системами;

– учесть индивидуальные особенности восприятия и обработки информации человеком;

– повысить реалистичность и точность представления о процессах, выполняемых в космосе с помощью робототехнических систем;

– выполнять эксперименты и технологические процессы, реализация которых невозможна, требует в наземных условиях больших финансовых затрат или связана с высоким риском для экипажа; – упростить анализ, проектирование, производство и тестирование создаваемых и эксплуатируемых с помощью робототехниче-

ских средств космических систем; – сократить эксплуатационные расходы.

Виртуальный мир будет предоставлять следующие функциональные возможности:

– погружение в трехмерный аудиовизуальный мир с кинестетическими ощущениями (возможно – запахами) посредством одно- и многоэкранных настольных и проекционных (моно и стерео) систем, носимых устройств, аудиосистем и системы имитации нагрузок;

293

– передвижение в трехмерном мире с шестью степенями свободы и взаимодействие с его объектами при помощи клавиатуры, мыши, трекбола, джойстиков, перчатки, трекеров, микрофона, тренажеров; – прямое манипулирование данными в пространстве модели; – моделирование интеллектуального поведения с учетом физи-

ческих законов реального мира; – визуальную, голосовую, текстовую и невербальную коммуни-

кации при их совместной работе; – представление пользователя персонажем виртуальной среды;

– одно- и многопользовательский доступ к виртуальной среде; – адаптивную навигацию, а также персонализацию интерфейса; – локальное, сетевое и комбинированное исполнение.

Предполагается использование следующих аппаратных средств для увеличения степени погружения и интерактивности ВМ

(табл. 4.7).

				Таблица 4.7
Характеристики			Классы установок
		Настольные	Настенные		Носимые
1	Погружение	Трехмерный аудиовизуальный мир с шестью степеня-
		ми свободы и кинестетическими ощущениями
		(+ запахи)
	Видео:	Экран стан-	Одноэкранные		Шлем
	моно	дартного мони-	(на 3 – 5 чел., один из
	стерео/очки	тора	которых – навигатор)
		Три монитора	2-, 3-, 4-экранные для
		на базе ПК-	создания панорамных
		кластера	(на 25–30 чел.) и комнат-
			ных (типа CAVE, на 3 – 5
			чел.) систем на базе ПК-
			кластера
	Аудио	Аудиосистема			Наушники
		(моно, стерео и dolby sur)			(стерео)
	Кинестетика	Система имитации нагрузок
2	Интерактив-	Передвижение в трехмерном мире с шестью степенями
	ность	свободы, взаимодействие с объектами, реагирование на
		воздействия
	Ввод	Клавиатура, мышь, трекбол, джойстик
	Прямое мани-	Перчатки, микрофон
	пулирование	Трекеры
	Отслеживание
	положения
	Тренажеры	Роботы, манипуляторы, ТС и т. п.

294

Интерактивная эксплуатационная документация (ИЭД) предназначена для:

– обеспечения справочными материалами и обучения личного состава штабов и экипажей правилам эксплуатации, обслуживания и ремонта военных объектов;

– обеспечения справочным материалом об устройстве и принципах работы ВО, технологии выполнения операций, потребности в необходимых инструментах и материалах, количестве и квалификации персонала;

– планирования и учета проведения регламентных работ; – диагностики оборудования и поиска неисправностей; – обмена данными между экипажем и персоналом центров дис-

танционного управления.

Использование ИЭД на основе ВМ позволит улучшить: – качество обслуживания и материально-технического обеспе-

чения процесса обслуживания ВО; – качество и оперативность обучения, переучивания и тренажа

персонала, в том числе на рабочем месте; – способность представления сложной информации оператору

системы; – поддержку процессов удаленного обслуживания при возник-

новении нештатных ситуаций.

Использование предлагаемых технологий разработки ИЭД обеспечит:

– сокращение времени и затрат на разработку, ее обновление и сопровождение;

– повышение качества разработки.

Будет разработана следующая архитектура ИЭД (табл. 4.8) Особенностями создаваемых ИЭД являются:

– использование различных типов информации (текст, растровая и векторная графика, аудио, видео, анимации, 3D) с возможностью их нелинейного просмотра для представления интерактивной электронной документации и ее элементов (тексты, схемы, чертежи, рисунки, фотографии, модели и т. п.);

– ЭСО на базе стандартных браузеров – MS Internet Explorer, Firefox;

– возможность публикации на компакт-диске, в сети (Internet, Intranet) и на бумажных носителях;

– интеграция с PDM, CAD и др. системами для автоматизированного ввода исходных данных;

295

– возможность реализации обобщенной архитектуры; – предоставление возможности участия заказчика в разработке

на различных этапах ее создания; – поддержка методологии создания на основе сценариев выпол-

няемых технологических процессов; – автоматизированное кодирование модулей и их хранение

в централизованной или распределенной БД; – поддержка коллективной разработки;

– возможность разработки параллельно с созданием изделия; – поддержка БД версий и проектов, а также изменений и сопро-

вождения; – возможность защиты данных;

– открытость технологий, программ и данных; – многоплатформенность – MS Windows, Linux, QNX, Mac OS.

		Таблица 4.8
Состав	Режим работы	Режим доступа
1. Интерфейс	1. Справочный	1. Индивидуальный
2. Основные подсисте-	2. Сценарные:	2. Групповой.
мы:	– изучение;	3. Многопользова-
– информационная;	– тестирование;	тельский:
– каталог частей;	– тренаж;	– свободный;
– практикум;	– эксплуатация;	– совместный
– аттестация	– регламентные рабо-
3. Вспомогательные	ты;
подсистемы:	– ремонт;
– поиск;	– МТО
– помощь;	3. Вспомогательные:
– версии	– поиск;
	– помощь

Моделирование поля боя позволяет более эффективно решать следующие задачи:

1) планирование, поддержка и оценка эффективности действий воинских формирований при самостоятельных, совместных и объединенных операциях видов и родов сил на поле боя, отработка новых тактических приемов и нормативов;

2) оценка новых концепций строительства вооруженных сил, оптимизации их структуры и боевого применения, потребностей в ВВТ и планирования бюджетного финансирования;

3) испытания и оценка приоритетности разработки новых образцов ВВТ и закупки существующих;

296

4) тыловое обеспечение (структура, переброска войск и грузов и т. п.);

5) оперативная и боевая подготовка, обучение личного состава. 6) обеспечение жизнедеятельности личного состава; 7) оценка новых вызовов: миротворческие операции, борьба с

терроризмом и наркобизнесом и др.

Системы МПБ являются основой так называемых сетецентрических систем управления войсками. 23 июня 2009 г. министр обороны США Роберт Гейтс подписал приказ о создании кибернетического командования – структуры, ответственной за безопасность военных информационных сетей. Американская концепция «сетецентрической войны» подразумевает превращение вооруженных сил США в единый гигантский разведывательно-ударный комплекс, где все связаны со всеми линиями передачи информации и находятся в едином информационном пространстве. Это позволит постоянно отслеживать оперативную обстановку и немедленно принимать решения. Но в этой системе не решены задачи оптимального соотношения самоорганизации и внешнего управления.

297

Заключение

Выше были рассмотрены уже разработанные системы роботизации автомобиля. Перед нами в России стоит задача, во-первых, освоение мировых и европейских стандартов и их практическое внедрение, во-вторых, разработка новых средств роботизации автомобиля, оснащение его визуальными системами разного уровня, средствами контроля, системами для поддержки принятия решений водителем и системами экстренного спасения. Весь комплекс научно-технических разработок в области робототехники в настоящее время востребован в автомобилестроении.

Первые манипуляторы с дистанционным управлением были созданы в нашей стране для атомной промышленности – без них нельзя было работать с радиоактивными веществами. 1 октября 1946 г. приказом директора ГСПИ-11 (теперь это ВНИПИЭТ) в Ленинграде А. И. Гутова был создан специальный отдел по разработке дистанционных манипуляторов и его начальником был назначен А. П. Белов. Уже в 1947 г. «механические руки» РМ-1 были продемонстрированы в Кремле, получили высокую оценку, и в 1948 г. было налажено их серийное производство. Эти роботы непрерывно совершенствовались, всего было выпущено свыше 1500 дистанционных манипуляторов с очувствлением. Механические руки ковали и куют ядерный щит нашей страны. За разработку уникальной техники и механизмов А. П. Белову была присуждена Ленинская премия.

Если исходить из известного нам, сначала возникли люди, которые своим воображением породили аватаров в искусстве и др., потом возникли условия для появления роботов. Первый подводный робот с управлением от ЭВМ был построен в 1968 г. усилиями Института океанологии, ЛПИ и ЛИАП. Сейчас уже существуют семейства летающих роботов – аэробов, имитации домашних животных (японский робот АIBO), развиваются бытовые роботы для дома, роботы для рекламы и др. Беспилотные летающие аппараты превратились в важный вид вооруженных сил. Автомобили, самолеты и корабли после внедрения внешнего управления превратятся в роботов.

Итак, как было показано выше, роботы, аватары и люди – это сущности одного порядка, отличающиеся лишь объемом структурированной неопределенности. Эти сущности взаимодействуют как между собой, так и с другими системами через единую среду – апей-

298

рон. Эволюция этих сущностей определяется прохождением через зону адаптационного максимума и умением удержаться в этой зоне в потоке перемен. Современным аналогом апейрона являются глобальные вычислительные сети.

299

Перечень тем рефератов и дипломных работ

1. Основная профессиональная задача и миссия специалиста по информатике и вычислительной технике.

2. Эволюция архитектуры ЭВМ и тенденции развития. 3. Эволюция элементной базы.

4. Нейрокомпьютинг. 5. Квантовые компьютеры.

6. Эволюция устройств ввода-вывода. 7. Системы речевого общения.

8. Системы виртуальной реальности на примере кибервелосипеда. 9. Эволюция операционной среды.

10. Основные этапы развития кибернетики и информатики. 11. Бионика и артоника.

12. Эволюция уровня знаний. 13. Эволюция интерфейса общения. 14. Языки естественные и искусственные. 15. Эволюция систем коммуникации. 16. Система ARPANET. 17. Лингво-комбинаторное моделирование.

18. Феномен адаптационного максимума в развивающихся системах.

19. Объединение в коллектив как способ адаптации. 20. Психометрический интеллект. 21. Левостороннее мышление.

22. Правостороннее мышление. 23. Архитектура виртуальных миров.

24. Искусственный интеллект: психологические предпосылки и современное развитие.

25. Эвристический поиск. 26. Представление знаний.

27. Машинное обучение на основе социальных и эмерджентных принципов.

28. Проблема понимания естественного языка. 29. Основы теории агентов. 30. Многоагентные системы.

31. Искусственный интеллект как эмпирическая проблема. 32. Виртуальные организации и миры.

33. Структура человеческой деятельности и проблема ее автоматизации.

300