Technologie od FEL ČVUT pro virtuální výcvik pyrotechniků i holografické velení

Tags: ČVUT | EOD | FEL | HOLO-Swarm | Holografie | Pyrotechnici | QuaternAR | Velení | Virtuální výcvik

Jak bez­peč­ně tré­no­vat práci s ne­vy­buchlou mu­ni­cí? A jak zís­kat v re­ál­ném čase pře­hled o slo­ži­té si­tu­a­ci v te­ré­nu? Od­po­vě­di na tyto otáz­ky hle­da­jí vý­zkum­ní­ci z Fa­kul­ty elek­tro­tech­nic­ké ČVUT v Praze. Týmy ve­de­né prof. Jiřím Žárou a dr. Da­vi­dem Sed­láč­kem z ka­ted­ry po­čí­ta­čo­vé gra­fi­ky a in­ter­ak­ce vy­ví­je­jí dva pro­jek­ty, které vy­u­ží­va­jí vir­tu­ál­ní a roz­ší­ře­nou re­a­li­tu pro vý­cvik i roz­ho­do­vá­ní v kri­tic­kých si­tu­a­cích – od práce py­ro­tech­ni­ků až po ří­ze­ní ro­bo­tic­kých sys­té­mů v te­ré­nu.

Virtuální realita jako bezpečný trénink pro vysoce rizikové situace

Vý­cvik spe­ci­a­lis­tů na zne­škodňování ne­vy­buch­lé mu­ni­ce (EOD) je dlou­ho­do­bý a ná­roč­ný pro­ces, který se dnes opírá o kom­bi­na­ci te­o­rie a ome­ze­né­ho prak­tic­ké­ho tré­nin­ku. Re­ál­né scé­ná­ře jsou však lo­gis­tic­ky i bez­peč­nost­ně ná­roč­né – a často je nelze opa­ko­vat v do­sta­teč­né va­ri­a­bi­li­tě.

Právě zde vstu­pu­je do hry vir­tu­ál­ní re­a­li­ta. Vý­zkum­ní­ci z FEL ČVUT ve spo­lu­prá­ci s že­nis­ty Ar­má­dy ČR vy­tvá­ře­jí pro­stře­dí, ve kte­rém mohou spe­ci­a­lis­té tré­no­vat celé roz­ho­do­va­cí pro­ce­sy – od prv­ní­ho kon­tak­tu s po­de­zře­lým ob­jek­tem až po návrh bez­peč­né­ho po­stu­pu jeho zne­škod­ně­ní.

Na roz­díl od běž­ných si­mu­la­cí se pro­jekt ne­sou­stře­dí na „me­cha­ni­ku zá­sa­hu“, ale na správ­né vy­hod­no­ce­ní si­tu­a­ce. Klí­čo­vé je roz­po­zná­ní typu mu­ni­ce, zhod­no­ce­ní rizik a volba správ­né­ho po­stu­pu.

Nejde o to na­u­čit se jeden kon­krét­ní zásah, ale po­cho­pit celý pro­ces – jak mu­ni­ci iden­ti­fi­ko­vat, jak k ní bez­peč­ně při­stou­pit a jak se roz­hod­nout v dané si­tu­a­ci.

Vir­tu­ál­ní scé­ná­ře při­tom nejsou sta­tic­ké. Vý­zkum­ní­ci pra­cu­jí s pro­cedu­rál­ním ge­ne­ro­vá­ním pro­stře­dí, díky kte­ré­mu se si­tu­a­ce mění a nejsou před­ví­da­tel­né. Vý­cvik by neměl stát na pou­hém za­pa­ma­to­vá­ní scé­ná­ře, ale aby uži­va­tel musel sku­teč­ně pře­mýš­let a re­a­go­vat na nové pod­mín­ky, po­dob­ně jako v re­ál­ném na­sa­ze­ní.

Sou­čás­tí sys­té­mu jsou také si­mu­la­ce re­ál­ných ná­stro­jů – na­pří­klad de­tek­to­rů kovů nebo spek­tro­me­t­rů – které umožňují „na­le­ze­ní“ a iden­ti­fi­ka­ci vý­buš­ni­ny. Vý­znam­nou roli hraje i ana­lý­za cho­vá­ní uži­va­te­le: sys­tém sle­du­je pohyb ve scéně a vy­hod­no­cu­je, zda byly do­dr­že­ny bez­peč­nost­ní po­stu­py.

Dů­le­ži­tou sou­čás­tí pro­jek­tu je také tré­nink práce s ro­bo­ty pro zne­škodňování mu­ni­ce. Spe­ci­ál­ní EOD ro­bo­ty jsou drahé a v praxi jich bývá jen ome­ze­né množ­ství. Vir­tu­ál­ní pro­stře­dí umožňuje tré­no­vat je­jich ovlá­dá­ní ve vět­ším roz­sa­hu.

Mo­der­ní tech­no­lo­gie dnes zá­sad­ně pro­mě­ňují nejen sa­mot­né bo­jiš­tě, ale i způ­sob pří­pra­vy vo­já­ků. Vir­tu­ál­ní re­a­li­ta umož­ňuje efek­tiv­ně si­mu­lo­vat si­tu­a­ce, je­jichž ná­cvik by byl v re­ál­ném pro­stře­dí ča­so­vě i fi­nanč­ně velmi ná­roč­ný. V ob­las­ti EOD je vidět její velký pří­nos zejmé­na v tré­nin­ku roz­ho­do­va­cích pro­ce­sů – tedy v tom, jak správ­ně iden­ti­fi­ko­vat mu­ni­ci, zvo­lit bez­peč­ný po­stup a mi­ni­ma­li­zo­vat ri­zi­ka. Zá­ro­veň ote­ví­rá pro­stor pro širší vy­u­ži­tí, na­pří­klad ve spo­je­ní s 3D mo­de­lo­vá­ním, které může vý­raz­ně usnad­nit vý­cvik i po­cho­pe­ní fun­go­vá­ní jed­not­li­vých typů mu­ni­ce.

Holografický velín: přehled o situaci ve třech rozměrech

Druhý pro­jekt, ozna­čo­va­ný jako HOLO­‑Swarm, se za­mě­řu­je na ří­ze­ní ope­ra­cí a roz­ho­do­vá­ní v re­ál­ném čase. Vzni­ká ve spo­lu­prá­ci se Sku­pi­nou mul­ti­ro­bo­tic­kých sys­té­mů (MRS) ve­de­nou prof. Mar­ti­nem Sas­kou, která na ka­tedře ky­ber­ne­ti­ky FEL ČVUT dlou­ho­do­bě vy­ví­jí au­to­nomní drony a ro­bo­tic­ké sys­témy. 

Dneš­ní sys­témy pro sle­do­vá­ní si­tu­a­ce v te­ré­nu jsou často za­lo­že­ny na dvou­roz­měr­ných ma­pách, které mají při práci s vět­ším množ­stvím dat své li­mi­ty. Ře­še­ním může být roz­ší­ře­ná re­a­li­ta. Vý­zkum­ní­ci z FEL ČVUT proto vy­ví­je­jí sys­tém, který umožňuje zob­ra­zit celé „bo­jiš­tě“ jako in­ter­ak­tiv­ní 3D model přímo v pro­sto­ru před uži­va­te­lem.

Kla­sic­ké mapy jsou plo­ché a práce s nimi je ome­ze­ná. Vý­vo­já­ři chtě­jí dát uži­va­te­li pro­sto­ro­vý po­hled na si­tu­a­ci a mož­nost s ní in­ter­ak­tiv­ně pra­co­vat.

Uži­va­tel vy­u­ží­vá prů­hle­do­vé AR brýle a vidí před sebou troj­roz­měr­ný model te­ré­nu, do kte­ré­ho se pro­mí­ta­jí ak­tu­ál­ní data. Sys­tém zob­ra­zu­je pohyb jed­no­tek – na­pří­klad rojů dronů – je­jich plá­no­va­né trasy i ak­tu­ál­ní stav. Uži­va­tel si může vy­brat, jaká data chce sle­do­vat – od zá­klad­ní te­le­me­t­rie až po de­tail­ní 3D re­kon­struk­ci okolí. Cílem je, aby měl co nej­lep­ší pře­hled o tom, co se v te­ré­nu děje.

Sys­tém zá­ro­veň umož­ňuje do ří­ze­ní ak­tiv­ně za­sa­ho­vat. Ve­li­tel může za­dá­vat nové cíle, upra­vo­vat tra­jek­to­rie nebo pře­plá­no­vat misi a sle­do­vat, jak se změny pro­je­ví. Vel­kou vý­ho­dou je také sdí­le­ní dat mezi více uži­va­te­li. Stej­ný vir­tu­ál­ní pro­stor může sdí­let více lidí – ať už jsou na jed­nom místě, nebo na růz­ných sta­no­viš­tích. Všich­ni vidí stej­nou si­tu­a­ci a mohou ji spo­leč­ně řešit.

Na re­a­li­za­ci pro­jek­tu HOLO­‑Swarm se po­dí­lí také Qua­ter­nAR, který pů­so­bí v seg­men­tu obran­ných tech­no­lo­gií. Jeho soft­ware se vy­u­ží­vá v ar­mád­ním pro­stře­dí, včet­ně Ar­má­dy České re­pub­li­ky, ale i ve Spo­je­ných stá­tech nebo Iz­ra­e­li. Se­mi­au­to­no­mní ro­bo­tic­ké pro­střed­ky budou v bu­douc­nu tvo­řit páteř obra­ny, zejmé­na v si­tu­a­ci, kdy po­ten­ci­ál­ní pro­tiv­ník dis­po­nu­je vý­raz­ně vět­ší­mi lid­ský­mi zdro­ji. Roz­ší­ře­ná re­a­li­ta umožňuje lepší po­cho­pe­ní si­tu­a­ce na bo­jiš­ti a hlub­ší vno­ře­ní ope­rá­to­ra do ří­ze­ní těch­to pro­střed­ků.

Od obrany ke kritické infrastruktuře

Ač­ko­liv oba pro­jek­ty vzni­ka­jí v rámci obran­né­ho vý­zku­mu (pro­g­ram PRO­DEF), je­jich vy­u­ži­tí je vý­raz­ně širší.

Tyto tech­no­lo­gie nejsou jen pro ar­má­du. Au­to­ři vidí je­jich vy­u­ži­tí i v in­te­gro­va­ném zá­chran­ném sys­té­mu nebo při ochra­ně kri­tic­ké in­frastruk­tu­ry, kde je po­tře­ba rych­le vy­hod­no­co­vat si­tu­a­ci a roz­ho­do­vat.

Oba pro­jek­ty jsou zatím ve fázi pro­to­ty­pů. Vý­zkum­ní­ci nyní tes­tu­jí první verze sys­té­mů a ově­řu­jí je­jich po­u­ži­tel­nost v praxi, jak dobře budou tyto pří­stu­py fun­go­vat v re­ál­ném na­sa­ze­ní. Klí­čo­vé bude tes­to­vá­ní s uži­va­te­li a další vývoj.