Symulatory szkoleniowe w zakresie zwalczania pożarów wewnętrznych

Przedmiotem projektu było przygotowanie innowacyjnych narzędzi szkoleniowych dla funkcjonariuszy Straży Pożarnej PSP w zakresie zwalczanie pożarów wewnętrznych korzystających z synergii wynikającej z połączenia poprzez platformę integrującą symulatora fizycznego z symulatorami wirtualnymi. Symulator fizyczny został przygotowany w oparciu o adaptację i modernizację komory ogniowej. Zostały przygotowane dwa, uzupełniające się, symulatory wirtualne, jeden typu CAVE, drugi bazujący na systemie motion capture i wyświetlaczach typu HMD. Kolejnym produktem projektu jest zintegrowane z symulatorami teleinformatyczne narzędzie do wspomagania prowadzenia analiz dla potrzeb szkoleniowych.

Podstawowym wynikiem końcowym pierwszego etapu jest demonstrator systemu składający się z wersji laboratoryjnej szkoleniowego symulatora zanurzeniowej rzeczywistości wirtualnej bazującego na wyświetlaczach typu HMD (Head Mounted Display).  Dodatkowymi produktami projektu osiągniętymi w ramach pierwszego etapu są m.in.: dokumentacja fotograficzna, filmowa oraz zestaw skanów 3D wykonanych za pomocą skanera laserowego dalekiego zasięgu planowanych do wykorzystania podczas implementacji scenariuszy szkoleniowych w środowisku wirtualnym, wyniki obliczeń numerycznych typu CFD (Computational Fluid Dynamics) dla różnych pomieszczeń wewnętrznych (Rysunek 1) oraz treść środowisk wirtualnych obejmująca komputerowe modele pomieszczeń, przedmiotów, pojazdów i ludzi.

Podstawowym wynikiem końcowym drugiego etapu jest zestaw nowoczesnych scenariuszy szkoleniowych dla strażaków Krajowego Systemu Ratowniczo-Gaśniczego, środowiska wirtualne dla symulatorów szkoleniowych, implementacja scenariuszy szkoleniowych w środowiskach wirtualnych (Rysunek 2) oraz innowacyjna platforma integrująca służąca do gromadzenia danych otrzymywanych podczas szkoleń strażaków.

W współpracy z ekspertami merytorycznymi z CS PSP w Częstochowie pracował zespół informatyków i grafików, którzy byli odpowiedzialni za przygotowanie treści środowisk wirtualnych oraz implementację interakcji osoby szkolonej z środowiskiem wirtualnym, a także interakcji pomiędzy osobą szkoloną a instruktorem szkolenia. Cennym materiałem pomocniczym był bogaty zbiór załączników audio-wizualnych, głownie w postaci filmów i zdjęć, a także map sytuacyjnych, który ułatwiał właściwą implementację przebiegu symulowanych procesów. W trakcie prac podjęto decyzję o zmianie urządzeń wyświetlających obraz co wymusiło konieczność ponownego napisania znacznej części kodu, głównie ze względu na inny system operacyjny (przejście z systemu Android na MS Windows).

Podstawowym wynikiem końcowym trzeciego etapu jest znacząco zmodyfikowany symulator zanurzeniowej rzeczywistości wirtualnej do treningu umiejętności praktycznych.  Symulator ten umożliwia jednoczesny trening przodownika i pomocnika w ramach tego samego scenariusza szkoleniowego, kładzie więc również silny nacisk na szkolenie w ramach współpracy wewnątrz roty (Rysunek 3). Jest to jedna ze zmian wprowadzonych w wyniku analizy testów symulatora. Kolejną istotną zmianą było wprowadzenie atrapy pomieszczenia wewnętrznego w postaci ścian oraz 4 skrzydeł drzwi, których położenie jest monitorowane przez system wizyjny w czasie rzeczywistym i przenoszone do środowiska wirtualnego, które jest obserwowane tylko przez przodownika za pomocą bezprzewodowych gogli rzeczywistości wirtualnej. Dzięki temu, zarówno pomocnik jak i przodownik, widzą drzwi uchylone pod tym samym kątem pomimo tego, że jeden z nich obserwuje środowisko rzeczywiste a drugi wirtualne. Zastosowanie przezroczystego materiału ułatwia obserwację czynności wykonywanych przez przodownika i pomocnika oraz zwiększa zasięg systemu wizyjnego typu motion capture. Wprowadzone zmiany wymagały gruntownego przebudowania oprogramowania komputerowego, ale ich efektem jest znaczące zwiększenie dynamiki prowadzonych szkoleń (np. możliwe stało się szybkie otwieranie i zamykanie drzwi przez pomocnika), zwiększenie zaangażowania zmysłu dotyku (drzwi, ściany) oraz wprowadzenie dodatkowych elementów ćwiczenia takich jak czołganie się w trakcie przeszukiwania pomieszczenia oraz ewakuacja osoby poszkodowanej dzięki zastosowaniu fantoma człowieka, którego ruch jest monitorowany przez system typu motion capture.  

Podstawowym wynikiem końcowym czwartego etapu są wyniki walidacji wszystkich symulatorów oraz dokumentacja dotycząca wszystkich produktów projektu wraz z materiałami szkoleniowymi. W badaniach walidacyjnych symulatorów wirtualnych wzięło udział 53 kadetów w symulatorze CAVE, 27 kadetów w symulatorze zanurzeniowym oraz 9 przedstawicieli kadry CS PSP w symulatorze zanurzeniowym (razem 89 osób).

Jednym z najważniejszych kwestionariuszy dotyczących oceny przydatności wirtualnych symulatorów szkoleniowych jest kwestionariusz akceptacji technologii (Rysunek 4). Nawet najlepsza technologia, jeżeli nie będzie akceptowana przez końcowych użytkowników, nie będzie przydatna. Tym bardziej wart jest podkreślenia fakt, że wartości dla tego wskaźnika są wysokie, bliskie wartości maksymalnych. Szczególnie istotne jest to, że przydatność wirtualnych symulatorów szkoleniowych została pozytywnie oceniona przez kadrę CS PSP, oprócz tego, że wartość średnia jest najwyższa, to również w najbardziej istotnej dla tego przypadku podskali, czyli zamiaru używania największe wartości obserwowane są dla kadry CS PSP oraz kadetów korzystających z gogli rzeczywistości wirtualnej.

Rysunek 1. Przykładowy kadr z wyników symulacji CFD przedstawiającej rozwój pożaru w jednym z wariantów pomieszczenia wewnętrznego typu pokój dzienny

Rysunek 2. Przykładowe Środowiska wirtualne stosowane w scenariuszach szkoleniowych

Rysunek 3. Dzięki wprowadzonym zmianom (w tym zastosowaniu bezprzewodowych gogli VR) do szkolenia wprowadzono dynamiczne elementy takie jak aktywne przeszukiwanie pomieszczenia i czołganie się

Rysunek 4. Wyniki kwestionariusza służącego do pomiaru poziomu akceptacji technologii. Skala od 1 do 7