Jak se rodí vojenský simulátor: Cesta od kokpitu k algoritmu

Pracovní den Nikoly Křečkové začíná někdy u počítače, někdy ale také třeba u tanku nebo vojenského vrtulníku. Jako vývojová konstruktérka v české firmě VR Group se totiž věnuje vývoji výcvikových simulátorů, které mají co nejrealističtěji zachytit prostředí a podmínky, v nichž se vojáci a piloti pohybují při skutečných misích. Od fyzických replik ovládacích prvků až po virtuální krajinu a umělou inteligenci, která reaguje na každý pohyb uživatele, musí výsledek působit tak, aby si uživatel připadal, jako by byl opravdu v akci – jen s tím rozdílem, že tentokrát mu ještě nejde o život.

Práce Nikoly Křečkové a jejích kolegů z VR Group většinou nezačíná u počítače, ale v terénu. Předtím, než je vývoj nového simulátoru zahájen, je potřeba prohlédnout si skutečný stroj, který má digitální technologie co nejvěrněji napodobit. Nejprve tedy musí proběhnout reálné fyzické měření a pořídit se fotografická dokumentace interiéru – to ale není to nejpodstatnější. „Jde nám nejen o vizuální, ale především funkční analýzu. Na základě našich poznatků společně s technickou dokumentací navrhujeme věrné repliky ovládacích prvků a jejich mechanismů. Klademe důraz na přesnost a spolehlivost konstrukce,“ popisuje vývojová konstruktérka Nikola Křečková ze společnosti VR Group.

To, že je simulátor na první pohled podobný skutečnému letounu či obrněnému vozidlu je tedy pro vývojáře z VR Group podmínkou nutnou, ale nikoli postačující. Co ale naopak musí být zachyceno, pokud možno s co nejvyšší precizností, jsou jednotlivé ovládací prvky – jejich umístění, tvar, rozměry i funkce se musí maximálně blížit realitě. Vývojáři proto tráví mnoho času podrobným studiem technické dokumentace, ale i toho, jak piloti a řidiči tyto stroje používají. Dokonalá simulace ergonomie a pracovních postupů je pro výcvik naprosto klíčová.

Z terénu ke stolu

Až poté se vývojový proces přesouvá „ke stolu“. Za pomoci 3D modelovacího softwaru CAD vznikají přesné mechanické modely, které co nejvěrněji zachycují viditelné části předlohy i fungování jejích vnitřních mechanismů. „Tyto modely následně propojujeme s elektronikou, kterou si definujeme ve spolupráci s dalšími týmy. Využíváme při tom různé typy displejů, zátěžové systémy řídicích prvků a další systémy,“ zmiňuje Nikola Křečková. Právě díky implementaci vizuální složky do  virtuálního prostředí dochází k jakémusi „splynutí“ simulátoru a jeho uživatele, který si tak v simulovaném prostředí může vyzkoušet různé bojové, výcvikové i krizové scénáře.

Hlavní metou vývojářů je zprostředkování co nejrealističtějšího vjemu. Stěžejním parametrem úspěšného simulátoru je tedy vizuální autenticita projekčního systému – tedy prostředí, do kterého se uživatel dostane poté, co se posadí do „kokpitu“. Jak popisuje Nikola Křečková, způsobů, jak takového vysokého standardu docílit, existuje několik: „Využíváme například oficiální vojenská geografická data – tedy reálné zobrazení terénů s aktuálním vzhledem krajiny. Ve spolupráci s moderními technologiemi umožňujeme simulaci nejen jasné denní doby, ale i nízkých světelných podmínek nebo nepříznivého počasí. Všechny tyto vjemy, ať už se bavíme o vizuálu, či ovládání mechanických částí, samozřejmě konzultujeme přímo se zkušenými piloty.“

Zmíněné proměnné si pak uživatel simulátoru může nastavovat dle libosti. Stejný výcvikový scénář tak může absolvovat jak za jasného denního světla, tak naopak uprostřed nejhlubší noci. Podobné možnosti má i co se týče výběru povětrnostních podmínek – na výběr je třeba prudký déšť, hustá mlha, sněhová vánice, písečná bouře nebo třeba jakákoliv kombinace s plynulou změnou počasí. Projekční systémy zpravidla využívají technologii, která umožňuje zachytit 180° až 360° zorného pole. Pro plynulé spojení obrazu a nerušený virtuální zážitek se provádí kalibrace barev, kontrastu a geometrie ve spojení s pokročilými možnostmi moderních VR a MR headsetů.

S pomocí AI instruktora

Svou roli v projektech VR Group již delší dobu sehrávají systémy umělé inteligence. Zaměstnanci společnosti je využívají k širokému spektru úkolů – od analýzy interakcí mezi simulátorem a uživatelem přes personalizaci výcvikových scénářů až po simulaci lidského chování. Akce uživatele jsou po usednutí do simulátoru prakticky po celou dobu snímány mnoha senzory, které vyhodnocují jeho manipulaci s ovladači i hlasové příkazy. To má reálný vliv na virtuální prostředí, které se dynamicky mění na základě chování uživatele. „Umělá inteligence nám pomáhá vytvářet věrohodnější scénáře a umožňuje přizpůsobení výcviku konkrétním potřebám vojáka nebo operátora,“ podotýká Nikola Křečková.

Bez přehánění se tedy dá říct, že určujícím prvkem je v rámci simulace sám uživatel. Podle jeho výkonnosti a chyb instruktor upravuje obtížnost scénáře. Pokud zjistí, že by se uživatel potřeboval v něčem konkrétním procvičit, připraví mu cílený výcvikový plán. A pokud si uživatel již některé scénáře osvojil na výbornou, připraví instruktor novou situaci, která zase cílí na odlišné dovednosti. To všechno samozřejmě počítá s tím, že se uživatel ve virtuálním prostředí bude setkávat s jinými aktéry – nepřátelskými tanky, piloty a tak podobně. Aby bylo jejich chování co nejvěrnější, využívají simulátory od VR Group pro jejich řízení i pokročilou AI.

Podle Nikoly Křečkové jde primárně o dvě variace. Běžněji se ve firmě věnuje modelování lidských reakcí nepřímo na úrovni zbraňových systémů. „Můžeme si to představit například na chování tanku. V moderním tanku zpravidla sedí velitel, řidič a střelec. My se však nesoustředíme na jednotlivé osoby a jejich rozhodování, ale na chování tanku jako celku. Pro simulaci není důležitá interakce s dalšími prostředky na bojišti, zda velitel vydal ten, či onen pokyn, ale zda se tank pohybuje po trase a zda zasáhne, či nezasáhne cíl,“ vysvětluje.

Vedle modelování techniky se VR Group pouští i do složitější disciplíny – simulace lidského chování. V některých projektech jde o napodobení reakcí celých zbraňových systémů, například tanků, jako fungujícího celku. V jiných případech se vývojáři zaměřují na jednotlivé členy posádky. „V jednom z našich projektů jsme například imitovali spolupráci mezi dvojicí pilotů, kdy jeden z nich byl živý člověk a druhý byl reprezentován cestou AI. Přitom mezi nimi probíhala standardní radiová komunikace,“ uzavírá Nikola Křečková s tím, že takové řešení dokáže zvýšit realističnost scénáře a zároveň umožňuje absolvovat trénink i bez kompletního lidského týmu.

Zdroj a foto: VR Group