Мы привыкли к тому, что большинство вещей, рекламируемых как «революционные» или «прорывные», не соответствуют их шумихе. Стремясь привлечь внимание в перенасыщенном потоке медийных сообщений, новые продукты или услуги обещают поразительные преимущества, но редко приносят их.

В данном случае верно обратное. Низкие ожидания быстро и основательно сменились словами » Вау. Это может все изменить.

Когда я посетил VRM Switzerland в Дубендорфе, недалеко от Цюриха, я ожидал увидеть зарождающуюся попытку, зачаточную итерацию новой технологии, которая когда-нибудь может вписаться в набор инструментов, используемых для обучения пилотов летать и справляться с необычными ситуациями.

Общепринятая точка зрения состоит в том, что ВР еще недостаточно созрела для решения задач летной подготовки. Недостаточное разрешение в очках и т.д. Отлично подходит для обучения техническому обслуживанию, возможно, системам и процедурам, или для практики прыжков с парашютом. Но, по крайней мере, через 2, 3, 5 лет вы получите реалистичный опыт полета.

Поскольку встреча была назначена на субботу, мы планировали встретиться с друзьями в этом районе за ужином, а также посмотреть культовую статую швейцарской легенды Вильгельма Телля по дороге домой.

Первым сюрпризом стало известие о том, что в следующий понедельник прибудет свита экспертов EASA и 15 высококвалифицированных пилотов вертолетов со всей Европы, чтобы провести исчерпывающий анализ первого тренажера виртуальной реальности VRM Flight Simulation Training Device (VR-FSTD).

Не информационный визит. Формальный обзор с целью квалификации для получения одобрения на обучение первого в мире летного тренажера на базе виртуальной реальности.

Алгоритмическая реальность

Виртуальная реальность и ее двоюродные братья AR, MR и XR-это современная блестящая новинка, которую практически каждый пытается применить практически ко всему. В том числе и авиационное учебное сообщество.

Мы видели огромное количество демонстраций (по крайней мере, до пандемии, когда были живые конференции) посетителей выставки, пристегивающих VR-шлем и пристегивающихся к неподвижному креслу в виде факсимиле летной подготовки.

В VRM Switzerland я узнал, насколько более сложной должна быть разработка, чтобы создать иммерсивную среду, приемлемую для пилотов и не приводящую к негативному обучению.

Например, что-то такое простое, как вычисление точки зрения пилота, чтобы представить точные изображения на дисплее VR. В купольном дисплее, широко используемом в современных полетных тренажерах уровня D, проецируемое изображение является двумерным; оно не учитывает движения головы пилота. Таким образом, объекты в поле зрения могут быть искажены относительно их местоположения.

Для зеркал, установленных сбоку вертолета или на салазках, изображение купола FFS с фиксированной точкой обзора также не меняется при движении головы. В трехмерной виртуальной реальности отраженное изображение меняется в соответствии с тем, что пилот увидит в зеркалах реального мира.

Кроме того, в то время как купольные симы или даже плоскопанельные летные тренажеры рассчитывают для одной точки зрения, виртуальная реальность должна визуализировать отдельные изображения для левого и правого глаз пилота (которые находятся на расстоянии нескольких сантиметров друг от друга). Если учесть гарнитуру и, возможно, два зеркала, то получится до шести отдельных вычислений глазных точек.

Тогда есть фактор движения. “Типичное управление движением не создано для 3D-визуальной помощи”, — объяснил мне Фабиан (Фаби) Ризен, генеральный директор VRM. “Используя VR-гарнитуру в FFS, управление движением не будет работать. Ты заболеешь.” В ситуации с высокой скоростью крена или для сценария вихря Вуйчарда он добавил: “FFS недостаточно хорош.” Решение VRM-это алгоритм компенсации движения, предназначенный для минимизации разрывов между восприятием пилота и реальностью. “Есть много мелких деталей,” сказал Райзен.

Чтобы определить местоположение движущихся глаз пилота, в головной дисплей Varjo VR-3 встроена система слежения за глазами. VRM также разработала камеру и сенсорное устройство по периметру устройства, которое контролирует положение головы и тела. Эти данные “отслеживания позы” используются для расчета положения глаз для изображений из окна, а также для создания виртуального изображения, которое позволяет пилоту “видеть” аватар своих собственных ног, рук и кистей, когда он движется к сенсорному управлению в кабине.

Кабина тренажера представляет собой комбинацию реальных переключателей и ручек для тактильной обратной связи по мере необходимости и виртуального представления приборов и дисплеев.

(В смешанной реальности некоторые разработчики используют встроенные в гарнитуру камеры для просмотра реалистичной или реальной кабины. Но это добавляет еще два вычисления – для расстояния между камерой и глазом пилота – одна из причин, по которой Райзен говорит, что г-н “недостаточно хорош, чтобы вы могли квалифицировать его” для летной подготовки.)

Из-за сложностей адаптации технологии VR для, возможно, самой сложной среды полета авиации, VRM Switzerland создала большинство элементов своего тренажера – электрическую платформу движения 6 DoF, вибрацию, контрольную нагрузку, генератор изображений 8K, трекер положения всего тела, 3D-аудиосигнал, дисплей кабины и гаптику, а также интегрированное программное обеспечение для их управления. Все, кроме гарнитуры Varjo, которая была выбрана как раз перед оценкой EASA.

VRM даже создала свой собственный набор инструментов для сбора базовых данных модели полета в приборном самолете.

Кроме того, чтобы справиться с правилами, требующими, чтобы FSTDO (Flight Simulation Training Device Organization) отвечала за ежеквартальные измерения данных – инфраструктура, которая могла бы сделать почти невозможным для небольших вертолетчиков разместить тренажер на своей домашней базе, VRM Switzerland создала то, что по сути является виртуальным FSTDO непосредственно с EASA. Пакет VRM «под ключ» также управляет техническим обслуживанием тренеров, в основном с помощью удаленного доступа. Результат: пилоты могут тренироваться, когда они не летают.

Не обремененный Традициями

Что особенно удивительно, так это то, что 30 или около того в основном молодых инженеров, которые разработали этот прорывной симулятор, не являются выходцами из традиционного авиационного обучения. По сути, они начали с классического чистого листа и провели фундаментальные исследования, чтобы выяснить, что было необходимо и как лучше всего это сделать.

Райзен объяснил, что VRM следует методологии build-measure-learn, предложенной гуру стартапов Эриком Рейсом. “Если что-то очевидно, нет необходимости изобретать что-то заново. Если это не ясно, мы строим, измеряем, является ли предположение хорошим или нет, а затем извлекаем оттуда уроки”, — сказал Райзен. “Затем мы документируем обучение, чтобы в следующий раз, когда вопрос вернется, мы поняли, почему мы выбрали этот путь.”

VRM запросил обширную обратную связь от нескольких сотен пилотов вертолетов во время разработки. “Они должны видеть и чувствовать вертолет, иначе они не смогут дать правильную обратную связь”, — отметил Ризен. Ключевым ресурсом стали пилоты Air Zermatt, одного из заказчиков запуска симулятора: “Мы решили пойти на самое сложное. Если мы сумеем убедить Air Zermatt в том, что мы строим лучшие тренажеры, то, как только мы их получим, мы сможем двигаться во всех направлениях. Если они верят, что это хорошо, вы знаете, что это хорошо”.

Первый VRM sim, воспроизводящий одномоторный двухлопастной легкий служебный вертолет Robinson R22, был квалифицирован командой EASA в соответствии с действующими правилами как FNPT II и позволяет обучать кредиты до пяти часов для лицензии PPL, 10-20 часов для CPL(H) и пять часов ночной практики.

В рамках своего исследования четверо сотрудников VRM, которые никогда раньше не летали, прошли обучение у летного инструктора на тренажере VR. Затем, впервые в самолете Робинсона, они смогли взлететь, зависнуть и приземлиться-без вмешательства летного инструктора. Когда VRM опубликовала видео этого события, один скептик прокомментировал: “Это подделка”, а Райзен ответил: “Мы знаем, что это не подделка.”

Ризен уверен, что в соответствии с предлагаемыми EASA новыми правилами FSTD, NPA 2020-15, которые, как ожидается, вступят в силу в 2022 или 2023 годах, проекты VRM будут квалифицированы, чтобы взять на себя более значительную часть учебных программ.

С 2019 года VRM имеет инновационное партнерство с EASA, в частности, чтобы помочь определить правила вертолета, которые заменят CS-FSTD(H). Назначенные Европейской вертолетной ассоциацией, два лидера VRM входят в Рабочую группу по нормотворчеству – Андреас Гафнер и Кристиан Марти. VRM осуществляет аналогичное сотрудничество с Федеральной авиационной администрацией США.

Следующий тип вертолета, который, как ожидается, будет квалифицирован, — Airbus H125 Écureuil (бывший AS350). Рисен сказал нам, что симулятор VRM должен быть квалифицирован на более высоком уровне, чем R22, включая проверку квалификации во время регулярных тренировок. По сути, отпадает необходимость в гораздо более дорогих FFS. Действительно, Ризен сказал, что летчики-испытатели сказали им, что устройство VR может выполнять некоторые задачи, которые не возможны в текущем уровне Ds.

Я видел несколько VR-FSTD на различных стадиях завершения на заводе в Дубендорфе. Однако VRM ограничена предложением 15 “квалификационных слотов” на 2021 год, поскольку EASA располагает лишь таким количеством времени команды экзаменаторов для многодневного процесса.

Норвежская компания Helitrans уже зарезервировала два места для H125/AS350 на этот год и подтвердила варианты для R44, AW09, H135 и H145.

Несколько камер, установленных вокруг рамы устройства, позволяют инструктору видеть вид пилота, всю кабину или положение ВС  в окружающей среде. Обучение нескольких экипажей было бы вариантом с двумя соединенными устройствами. Image credit: Halldale Media/Rick Adams.

От студентов к Преподавателям

Прорастание компании в 1998 году было инженерным студенческим проектом по созданию железнодорожного/железнодорожного VR-симулятора. Ризен сказал, что они считают технологию VR слишком ограниченной в то время, чтобы рассматривать летную подготовку.

Примерно в 2013 году они начали экспериментировать с высокоточными, высокодинамичными двигательными платформами в сочетании с виртуальной реальностью, построив первый прототип, а затем сотрудничая с доктором Гидо Шустером из OST, университета в Рапперсвиле, Швейцария, над исследованиями с целью “сближения виртуальной реальности с человеческим телом».”

Первой технологической проблемой была компенсация движения. “Вам нужно углубиться в графический движок, — объяснил Райзен, — и вам нужна платформа движения, которой вы можете управлять с очень высокой скоростью.”

Вторая задача: “Вы должны обеспечить, в частности, что мы делаем это правильно. Руководство по квалификационным испытаниям (QTG) имеет очень точные значения. Это то, чего еще не существовало [для VR-устройств], и для этого нам нужно было разработать измерительные системы.”

Для элемента управления движением VRM сотрудничал с парой физиков, которые разрабатывали игровое программное обеспечение для обучения любителей летать на вертолетах с дистанционным управлением. Из-за агрессивного маневрирования таких масштабных моделей моделирование требует очень высокой частоты. VRM согласилась лицензировать программное обеспечение IPACS для коммерческих приложений.

Три года назад на выставке ITEC в Штутгарте, Германия, VRM протестировал рыночные варианты с демонстрацией истребителя F/A-18 с неподвижным крылом VR/motion. Вскоре после этого Ризен получил телефонный звонок “от кого-то, утверждающего, что он EASA. «Мы видели ваше видео, и мы хотели бы посетить вас и попробовать его», — сказал звонивший». Ризен попросил звонившего отправить электронное письмо: “Я действительно думал, что это шутка.”

Этот визит совпал с новой Дорожной картой безопасности вертолетов EASA, в которой были определены проблемы обучения и отсутствие доступных, реалистичных учебных устройств как существенные факторы, способствующие слишком высокому уровню аварийности вертолетов в Европе.

“EASA была активна, чтобы протянуть руку и посмотреть, что происходит вокруг”, — похвалил Райзен, — “противоположность тому, что вы часто слышите о власти. Они говорили, что мы должны решить эту проблему, и давайте думать нестандартно”.

В декабре 2018 года Ризен из VRM выступил с основным докладом на симпозиуме по винтокрылой технике EASA в штаб-квартире Агентства в Кельне, Германия.

Гаража Нет, А Как Насчет Гостиной?

Мы часто слышали пресловутые истории о мегатехнических компаниях, таких как Apple, которые были созданы в гараже. VRM начался в гостиной Фаби.

Когда ему было пять лет, он почти отказался от своей мечты стать пилотом-на том основании, что очки дисквалифицировали его. Его друг детства вырос и стал летчиком-истребителем. Но в промежутке между железнодорожным симулятором и прототипом авиационного устройства VRM Ризен заработал свой PPL с неподвижным крылом, тренируясь на самолетах Grob, Piper и Cessna.

Он также подвергся воздействию низкоуровневого FTD той эпохи, что заставляло его желать большего. После того как он справился с задачей пересечения ФОР примерно за 10 минут, больше он ничего не мог узнать в устройстве. (У него все еще есть 4,5 часа оплаченного кредита, хотя устройство больше не доступно.)

Работая днем инженером Cisco, Райзен по вечерам и выходным собирал самодельный симулятор… в его гостиной… примерно через 18 месяцев. (И он все еще женат!) Его дети даже помогали ему с проводкой и кодировкой.

Изменить Мир Пилотов?

Родилась ли новая швейцарская легенда? Image credit: Halldale Media/Rick Adams.

Я впервые столкнулся с VRM (тогда известный как VR Motion) пару лет назад, когда писал о ранней разработке SH09 швейцарским Marenco, ныне Kopter/Leonardo, самолета, описанного как “Швейцарский армейский нож вертолетов”. Коптер сказал мне, что они планируют подход к обучению пилотов в виртуальной реальности, который в то время казался желательным, учитывая ранние негативные отзывы, основанные на потребительских VR-наушниках. Тогда генеральный директор Kopter Андреас Левенштайн сказал мне: “Когда вы выходите на рынок с довольно сложным одномоторным вертолетом, вы должны быть одержимы безопасностью. У нас нет послужного списка с точки зрения надежности и безопасности, поэтому мы будем подчеркивать, что с самого начала наши пилоты должны быть хорошо обучены”. Он назвал VR Motion “очень инновационной компанией, выводящей на рынок новые технологии; это очень хорошее средство с разумной стоимостью, чтобы иметь выдающихся пилотов, летающих на наших самолетах.”

Фаби Ризен предсказала тогда, что технология виртуальной реальности “изменит рынок симуляторов”.

Я склонен согласиться, как и EASA и множество опытных пилотов. Конечно, Вильгельм Телль (который, возможно, был только виртуальным самим собой) изменил ход швейцарской истории своим непоколебимым независимым духом и очень точной траекторией полета. Возможно, VRM суждено стать легендой швейцарской и авиационной подготовки.