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Die Erfindung betrifft einen Simulator zum Training der Besatzung von Unterseebooten, wobei der Simulator eine variabel anpassbare Wiedergabe der räumlichen Umgebung der Unterseeboote sowie eine funktionelle Simulationswiedergabe in einer virtuellen Realität aufweist.
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Es ist bekannt, mithilfe virtueller Realität beispielsweise militärische Szenarien darzustellen. Dieses wird beispielsweise in der Spieleindustrie umfangreich umgesetzt. Für ein Training von Personen für einen realen Einsatz ist die Verwendung einer rein virtuellen Realität, welche ausschließlich über einen Bildschirm präsentiert wird, zu beschränkt, da erlernte motorischen Fähigkeiten hier nicht angesprochen wird. Aus diesem Grund werden teilweise Trainingszentren errichtet, welche eine kampfnahe Umgebungssituation wiedergeben. In dieser Umgebung können sich die trainierenden Personen bewegen, das eigentliche Szenario kann beispielsweise über eine entsprechende Brille im Rahmen einer erweiterten Realität gleichsam eingeblendet werden. Beispielsweise ist aus der
US 2015/0260474 A1 ist ein Simulator mit erweiterter Realität (augmented reality) bekannt. Diese Art des Trainings ist für eine generische Umgebung hilfreich, beispielsweise im gezeigten Beispiel für den Häuserkampf. Da in einem realen Häuserkampf beispielsweise Türen und Fenster jedes Mal an völlig verschiedenen Positionen befinden, ist es verhältnismäßig gleich, an welchen Positionen sich diese im Trainingszentrum befinden.
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Eine ganz andere Ausgangslage ergibt sich, wenn die Besatzung für ein Unterseeboot trainiert werden soll. Zum einen wird sich die Besatzung immer in identischer Umgebung befinden, unabhängig davon, in welcher Einsatzsituation sich die Besatzung befindet. Zum anderen ist die Integrationsdichte in einem Unterseeboot extrem hoch und gleichzeitig der verfügbare Platz sehr gering. Es ist daher absolut notwendig, dass gerade die konkrete Umgebungssituation der Besatzung vertraut ist, um im Notfall schnell die notwendigen Handlungen vornehmen zu können. Daher ist es unabdingbar, dass das Training der Besatzung unter realistischen Bedingungen erfolgt. Daher wird bisher die Besatzung hauptsächlich an Bord des Unterseeboots trainiert, was dazu führt, dass während des Trainings das Unterseeboot nicht zur Verfügung steht. Hierdurch wird die Einsatzfähigkeit der Unterseeboote eingeschränkt.
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Daher besteht zunehmend das Interesse, das Training der Besatzung eines Unterseeboots in einem Simulator durchzuführen. Hierbei ist absolut wesentlich, dass die Trainingsumgebung mit der Umgebung des realen Unterseeboots die größtmögliche Übereinstimmung aufweist. Aus der
DE 10 2017 208 866 A1 ist ein Simulator zur Simulation eines Unterseebootes bekannt, wobei ein erster Bereich des Unterseebootes dinglich nachbildet ist und eine virtuelle Realität wenigstens die nicht im Simulationsraum dinglich nachgebildeten Bereiche virtuell nachbildet. Hierbei ist jedoch nur ein Teil des Unterseeboots real nachgebildet, der größte Teil ist nur über eine virtuelle Realität verfügbar, sodass gerade die motorischen Fähigkeiten nicht mit trainiert werden.
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Es wäre also wünschenswert, das Training in einer physischen Nachbildung des Unterseeboots durchführen zu können. Da aber Unterseeboot regelmäßig praktisch als Unikate hergestellt werden, würde dieses einen Nachbau pro Unterseeboot erfordern. Selbst bei Unterseebooten des gleichen Loses eines identischen Unterseeboot-Typs sind die Unterschiede der Art, dass für das Training die Unterseeboote alle als Unikate anzusehen sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Simulator bereitzustellen, welcher einfach anpassbar ist, um das Training für verschiedene Unterseeboote durchführen zu können, wobei insbesondere die Funktionalität in einer virtuellen Realität wiedergegeben wird.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Simulator mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie der Zeichnung.
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Der erfindungsgemäße Simulator dient zum Training von Besatzungen von Unterseebooten. Hierbei ist der Simulator nicht nur für das Training für ein einziges bestimmtes Unterseeboot ausgebildet, sondern kann für mehrere Unterseeboote verwendet werden. Wenigstens ist der Simulator zum Training von Unterseebooten eines Loses bevorzugt wenigstens einer Unterseebootklasse, besonders bevorzugt von Unterseebooten verschiedener Klassen geeignet.
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Der Simulator weist eine erste Simulationsumgebung auf, wobei die erste Simulationsumgebung eine physische Wiedergabe des Unterseeboots ist, durch welche sich die Personen während des Trainings bewegen können. Physische Wiedergabe ist im Sinne der Erfindung weit zu verstehen. Es handelt sich nicht um einen 1:1 Nachbau, sondern stellt eine physische Wiedergabe der Räumlichkeit, also insbesondere entsprechen Länge, Breite sowie Trennwände und Durchgänge die einzelnen Räumlichkeiten und bilden so das Unterseeboot mit den Abmessungen und Räumen so nach, dass eine Person durch die physische Wiedergabe so gehen kann wie durch das reale Unterseeboot. Die physische Wiedergabe ermöglicht es, dass Personen sich durch die ersten Simulation Umgebung bewegen können und so den Trainingseffekt gegenüber einer rein virtuellen Wiedergabe zu verbessern. Hierdurch bekommen die zu trainierende Personen einen wesentlich besseren Eindruck von den Räumlichkeiten und bekommen ein Gespür dafür, wie lange sie benötigen um von einem zum anderen Punkt zu kommen. Gleichzeitig wird hierdurch auch die Beengtheit und somit gerade die Zugänglichkeit einer größeren Personenzahl physisch erlebbar.
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Der Simulator weist eine zweite Simulationsumgebung auf, wobei die zweite Simulationsumgebung eine virtuelle Realität des Unterseeboots ist. Die virtuelle Realität dient zum einen dazu, dass konkrete Unterseeboote, auf welches die Besatzung trainiert werden soll, exakt wiederzugeben. Zum anderen dient die virtuelle Realität auch dazu, alle Handlungen, welche von der Besatzung vorgenommen werden, sowie alle Simulationsvorgaben zusammen zu nehmen und dadurch das reale Verhalten, welches ein reales Unterseeboot unter identischen Bedingungen aufzeigen würde, zu simulieren und an die zu trainierende Personen wiederzugeben.
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Unter virtueller Realität im Sinne der Erfindung wird ein dreidimensionales berechnetes Model verstanden, welches zum einen die Umgebung, das Innere des Unterseeboots, widergibt. Zum anderen umfasst die virtuelle Realität auch die Möglichkeit mit dieser Umgebung zu interagieren, beispielsweise Schaltelemente zu bedienen, Hydraulikleitungen zu öffnen oder zu schließen, mechanische Vorrichtungen zu betätigen. Des Weiteren umfasst die virtuelle Realität die Berechnung der Auswirkungen dieser Interaktionen gegebenenfalls zuzüglich äußerer Einflussgrößen, welche durch das in der Simulation gegebene Szenario vorgegeben werden, beispielsweise simulierte Systemausfälle, Beschädigungen und dergleichen.
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Beispielsweise wird die virtuelle Realität aus den CAD Daten des Schiffes sowie aus Fotos des Schiffes gebildet. Gerade in Schiffen mit extrem hoher Integrationsdichte, wie beispielsweise militärischen Unterseebooten, führen die kleinen Abweichungen innerhalb eines Loses einer Schiffsklasse dazu, dass Elemente gegebenenfalls an verschiedenen Ort auf den verschiedenen Schiffen angeordnet sind. Um einen guten Trainingserfolg zu gewährleisten und eine Übereinstimmung zwischen der virtuellen Realität und dem realen Schiff zu ermöglichen, ist es daher wichtig, eine möglichst gute Abbildung des Schiffes in der virtuellen Realität zu ermöglichen. CAD Daten und Fotos sind hierfür gut maschinell verarbeitbare Grundlagen und werden daher bevorzugt verwendet.
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Der Simulator weist personengetragene Projektionsvorrichtungen zur Projektion der virtuellen Realität in die physische Wiedergabe des Unterseeboots der ersten Simulationsumgebung auf. Beispielsweise und insbesondere sind die personengetragenen Projektionsvorrichtungen Brillen zur Wiedergabe der virtuellen Realität. Diese Brillen können beispielsweise eine gemischte Realität erzeugen, sodass die Person sowohl die Umgebung als auch die eingeblendete virtuelle Realität sieht. Dieses hat den Vorteil, dass eine sichere und unfallfreie Bewegung in der ersten Regulationsumgebung erleichtert ist. Alternativ können diese Brillen ausschließlich virtuelle Realität darstellen, wodurch sich die Realitätsnähe der Darstellung sich für die trainierenden Personen verbessert. In diesem Fall kann es aber situationsbedingt, beispielsweise bei der Benutzung eines Niedergangs, notwendig sein, die Brille kurzfristig aus dem Sichtfeld der Person zu entfernen.
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Die erste Simulationsumgebung weist wenigstens eine erste Ebenen und eine zweite Ebene auf, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene durch wenigstens einen ersten Niedergang verbunden sind. Während die Simulation eines Unterseeboots, welches ausschließlich eine einzige Ebene aufweist, einfach beispielsweise in einer großen Halle erfolgen könnte, stellt dieses jedoch kein übliches Szenario dar, da Unterseeboote üblicherweise eine zylindrische Grundform aufweisen, welche in verschiedene Decks aufgeteilt wird. Für den Simulationserfolg ist somit wesentlich, dass insbesondere der erste Niedergang, bevorzugt alle vorhandenen Niedergänge, sich in der ersten Simulationsumgebung an der gleichen Stelle befinden, an welcher sie sich auch in dem Unterseeboot befinden, auf welches die Besatzung trainiert werden soll. Gerade der Wechsel zwischen den Decks ist wichtig, um die Simulation möglichst realistisch zu machen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste Simulationsumgebung wenigstens einen ersten Raum auf, wobei der erste Raum die Kommandozentrale des Unterseeboots repräsentiert. Der erste Raum ist mit den Konsolen der Kommandozentrale des Unterseeboots ausgestattet. Die Kommandozentrale weist üblicherweise bei den meisten Unterseebooten vergleichbare Konsolen auf, mit welchen die wichtigsten Funktionen des Unterseeboots zentral zu steuern sind und wo alle Informationen auflaufen. Daher sind die Konsolen der ersten Simulationsumgebung bevorzugt so ausgestaltet, dass diese die Softwareoberfläche verschiedener Konsolen verschiedene Unterseeboote darstellen können. Die Konsolen weisen hierbei bevorzugt keinerlei eigene Funktionalität auf, sondern dienen lediglich zur Dateneingabe in die virtuelle Realität sowie zur Datenausgabe, welche sich aus der virtuellen Realität ergibt. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da zum einen in diesem Bereich vergleichsweise viele Tätigkeiten an die Konsolen durchgeführt werden und eine direkte Eingabe über die Konsolen und Betrachtung der Ausgabe aus den Konsolen eine einfache, schnelle und realitätsnahe Simulation ergibt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste Simulationsumgebung wenigstens eine erste Eingabevorrichtung auf. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der ersten Eingabevorrichtung um eine mechanische Vorrichtung, beispielsweise einen Hebel, eine Kurbel und dergleichen. Die erste Eingabevorrichtung weist in der ersten Simulationsumgebung keine Funktionalität auf, die Verwendung der ersten Eingabevorrichtung führt zu einer Eingabe in der virtuellen Realität. Beispielsweise verfügen Unterseeboote regelmäßig über Kurbeln, um die Ruder beim Totalausfall des Systems händisch bedienen zu können. Eine solche Kurbel kann als erste Eingabevorrichtung verwendet werden und führt in der virtuellen Realität dazu, dass das Bootverhalten entsprechende Ruderlage, welche über die Kurbel eingestellt wird, simuliert wird. Gleichzeitig führt aber das Verwenden der realen mechanischen Kurbel dazu, dass die zu trainierende Person eine haptische Erfahrung während des Trainings macht, eine Vorstellung für die benötigte Kraft entwickelt und gegebenenfalls ihre händischen Fähigkeiten zur schnellen Durchführung der Aufgabe optimieren kann. Vorteilhaft ist, wenn die erste Eingabevorrichtung, beispielsweise eine Kurbel, einen vergleichbaren Widerstand aufweist, den auch die reale erste Eingabevorrichtung im realen Unterseeboot aufweist. Hierbei kommt es nicht auf Exaktheit an, sondern darauf, dass das Gefühl wie viel Kraft benötigt wird für den zu Trainierenden erkennbar ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die seitliche Begrenzung der ersten Simulationsumgebung durch verschiebbare Wände gebildet. Bevorzugt ergibt sich somit, dass der erste Niedergang in der ersten Simulationsumgebung beispielsweise und bevorzugt fest angeordnet ist, wohingegen die seitlichen Begrenzungen der ersten Simulationsumgebung auf der ersten Ebene und der zweiten Ebene verschiebbar sind, wodurch die unterschiedliche Anordnung des ersten Niedergangs in verschiedenen Unterseebooten nachgestellt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Simulator ein Ortungssystem zur Lokalisierung von in der ersten Simulationsumgebung befindlichen Personen auf. Das Ortungssystem kann beliebig ausgeführt sein, da die erste Simulationsumgebung nur eine grobe physische Repräsentation des Unterseeboots ist. Somit können beispielsweise optische Marker in der ersten Simulationsumgebung angeordnet sein, über welche mittels Kameras die Position der Personen in der ersten Simulationsumgebung ermittelt werden können. Natürlich kann die erste Simulationsumgebung auch ein auf Funk oder Ultraschall basierendes Ortungssystem aufweisen. Auch fest installierte Kameras zur optischen Detektion der Position der Personen sind möglich. Bevorzugt können auch mehrere Techniken miteinander kombiniert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die erste Simulationsumgebung aus Standardcontainer gebildet. Standardcontainer haben den Vorteil, dass diese schnell gruppiert werden können und gleichzeitig stabil miteinander verbindbar sind, sodass ein Unterseeboot aus zwei oder mehr Ebenen leicht zusammengestellt werden kann. Dieses besonders bevorzugt, wenn sehr unterschiedliche Unterseeboot-Typen trainiert werden sollen, bei denen die relativen Positionen wenigstens eines ersten Niedergangs zu einem zweiten Niedergang deutlich voneinander abweichen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die erste Simulationsumgebung aus einem Raum gebildet, der durch bewegliche Trennwände unterteilt wird. Die Trennwände sind insbesondere nicht mit dem Boden oder der Wand fest verbunden, so dass die räumliche Anordnung der ersten Simulationsumgebung einfach von einer Konfiguration in eine andere Konfiguration umgestellt werden kann, sodass sehr unterschiedliche Unterseeboot-Typen trainiert werden können. In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform sind im Raum der ersten Simulationsumgebung für verschiedene räumliche Anordnungen lösbare Befestigungseinrichtungen an vorbestimmten Stellen vorgesehen an denen die beweglichen Trennwände zeitweise Befestigt werden können.
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Nachfolgend ist der erfindungsgemäße Simulator anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
- 1 grob schematische Darstellung einer ersten Simulationsumgebung
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In 1 ist eine erste Simulationsumgebung 10 grob schematisch und stark vereinfacht dargestellt. Die erste Simulationsumgebung 10 weist eine obere Ebene und eine untere Ebene auf, welche ein oberes Deck und ein unteres Deck eines Unterseeboots vereinfacht darstellen sollen. Die obere Ebene und die untere Ebene sind über einen Niedergang 60 miteinander verbunden, sodass Personen 40, 42, 44 von der oberen auf die untere Ebene wechseln können und andersherum. Auf der oberen Ebene befindet sich die Kommandozentrale 12, in welcher eine Konsole 20 angeordnet ist. Üblicherweise ist die Kommandozentrale 12 in der Mitte des Unterseeboots angeordnet und weist deutlich mehr als eine Konsole 20 auf, dieses wurde jedoch zur Vereinfachung entsprechend nur schematisch und stark vereinfacht dargestellt. Zusätzlich weist die erste Simulationsumgebung 10 eine erste Eingabevorrichtung 30 auf, welche im gezeigten Beispiel als Kurbel ausgeführt ist. Im gezeigten Beispiel besteht die zu trainierende Besatzung aus drei Personen, der ersten Person 40, der zweiten Person 42 und der dritten Person 44. Die erste Person 40 trägt eine erste personengetragene Projektionsvorrichtung 50, die zweite Person 42 trägt eine zweite personengetragene Projektionsvorrichtung 52 und die dritte Person 44 trägt eine dritte personengetragene Projektionsvorrichtung 54. Im gezeigten Beispiel hat die dritte Person 44 die dritte personengetragene Projektionsvorrichtung 54 abgesetzt, um direkt an der Konsole 20 zu arbeiten. Die zweite Person 42 ist beispielsweise gerade dabei die erste Eingabevorrichtung 30 zu bedienen. Die als Kurbel ausgeführte erste Eingabevorrichtung 30 bewirkt in der realen Welt der ersten Simulationsumgebung 10 nichts, sondern dient lediglich dazu das physische Trainingserlebnis für die zweite Person 42 zu verbessern. Die Betätigung ersten Eingabevorrichtung 30 wird jedoch in die virtuelle Realität eingeben und dort die Auswirkungen dieser Betätigung simuliert. Um die Personen 40, 42, 44 in der ersten Simulationsumgebung 10 orten zu können weist der Simulator ein Ortungssystem auf, welches eine erste Ortungsvorrichtung 70 und eine zweite Ortungsvorrichtung 72 aufweist. Im gezeigten Beispiel dient die erste Ortungsvorrichtung 70 zur Ortung der ersten Person 40 und der dritten Person 44 auf der oberen Ebene sowie die zweite Ortungsvorrichtung 72 zur Ortung der zweiten Person 42.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- erste Simulationsumgebung
- 12
- Kommandozentrale
- 20
- Konsole
- 30
- erste Eingabevorrichtung
- 40
- erste Person
- 42
- zweite Person
- 44
- dritte Person
- 50
- erste personengetragene Projektionsvorrichtung
- 52
- zweite personengetragene Projektionsvorrichtung
- 54
- dritte personengetragene Projektionsvorrichtung
- 60
- Niedergang
- 70
- erste Ortungsvorrichtung
- 72
- zweite Ortungsvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2015/0260474 A1 [0002]
- DE 102017208866 A1 [0004]
