Binnenkort Virtual Reality aan boord van onze marineschepen?

De Belgische marine zoekt innovatieve manieren om de huidige brandbestrijdingsopleiding te verrijken. Simulatoren die gebruik maken van immersieve technologieën, zoals Virtual Reality, bieden veel potentieel. Zulke simulatoren stellen de bemanning in staat om in een veilige omgeving te trainen.

Wanneer een schip zich op open zee bevindt, moet de bemanning in staat zijn om elk noodgeval zelf op te lossen, ook brand. Daarom vormt brandbestrijding een essentieel onderdeel van de opleiding binnen de Belgische marine. De huidige opleiding bestaat uit theoretische cursussen, gevolgd door praktische trainingen aan wal. Een simulator zou de tussenstap kunnen vormen tussen beiden.

Twee masterstudenten industrieel ingenieur aan de KU Leuven werkten samen met de marine om een brandbestrijdingssimulator te ontwikkelen. Het eindresultaat bestaat uit een Virtual Reality (VR) simulator en een Mixed Reality (MR) simulator. Bij VR wordt de speler met behulp van een headset volledig ondergedompeld in een virtuele wereld. Bij MR bevindt er zich een camera vooraan de headset die de werkelijke wereld filmt (afbeelding onder). Aan de camerabeelden worden virtuele objecten, zoals bijvoorbeeld vuur, toegevoegd. De speler krijgt de verwerkte beelden te zien waardoor het lijkt alsof de kamer echt in brand staat.

De simulatoren

Beide simulatoren hebben een gelijkaardige gameplay. De instructeur plaatst met behulp van een controller brandhaarden in de (virtuele) omgeving. Dit geeft de instructeur de mogelijkheid om oneindig veel verschillende scenario’s te creëren. Vervolgens zal de leerling met behulp van een specifiek voor deze applicatie ontworpen controller de brandhaarden proberen te blussen. Na afloop volgt er een verslag met brandbestrijdingsstatistieken, zoals waterverbruik en tijd.

De VR simulator (afbeelding boven) bevat een zelf ontwikkeld vuurverspreidingsalgoritme bestaande uit twee delen. Enerzijds is er de propagatie van vuur binnenin een object. Anderzijds is er de verspreiding naar naburige objecten. Het algoritme stuurt de vuurpropagatie automatisch aan in functie van de tijd en de aard van het brandend materiaal.

De MR simulator kan gewoon mee aan boord genomen worden om in verschillende compartimenten te trainen

Met de MR simulator (afbeelding onder), daarentegen ziet de speler de reële wereld. Virtuele vuren en waterdruppels worden aan de live camerabeelden toegevoegd. De camera die gebruikt wordt is een stereocamera. Dit is een camera met twee lenzen die ongeveer even ver uit elkaar staan als menselijke ogen. Dit zorgt ervoor dat de camera dieptezicht heeft en vlakke oppervlakken kan herkennen. Vuren zullen maar deels of helemaal niet zichtbaar zijn wanneer er zich een (reëel) object tussen de speler en het vuur bevindt. “Het voordeel van de MR simulator is dat er geen virtuele omgeving ontworpen moet worden. Dit bespaart een hele hoop werk, tijd en dus geld”, vertelt één van de studenten. “De MR simulator kan gewoon mee aan boord genomen worden om in verschillende compartimenten te trainen”, vult de andere student aan.

Op maat gemaakte controller

Beide simulatoren maken gebruik van dezelfde tangible user interface. Dit is een interface waarmee de speler via de fysieke omgeving interageert met de simulator. In dit geval werd er een gemodificeerd spuitstuk van een brandhaspel gebruikt. Dit spuitstuk vormt de controller waarmee de speler draadloos met de simulatoren kan interageren. Deze werd uitgerust met sensoren om de bewegingen en handelingen te volgen. De sensoren zijn aan het spuitstuk bevestigd aan de hand van zelf gemodelleerde en 3D-geprinte stukken.

De controller is een cruciaal deel van de simulator en is exact hetzelfde model dat ook gebruikt wordt bij de marine. Dit zorgt ervoor dat een leerling het gevoel krijgt dat hij met de echte, niet digitale wereld interageert wat ook wel Reality Based Interaction (RBI) wordt genoemd. Het grote voordeel hiervan is dat de in de simulatoren aangeleerde handelingen rechtstreeks overgebracht kunnen worden naar de reële wereld en omgekeerd. Een ander voordeel is dat RBI minder mentale inspanningen vereist en dat het ook de prestaties van de gebruikers verbetert in stressvolle situaties.

De toekomst

De marine gelooft in het potentieel van de ontwikkelde simulatoren en immersieve technologieën in het algemeen. Het laat hen toe om complexe, dure of in realiteit moeilijk te simuleren scenario’s in te oefenen. De simulator kan mee aan boord genomen worden zodat de training kan blijven doorgaan wanneer een schip zich op zee bevindt.

Toch moet benadrukt worden dat het hier om prototypes gaat die nog uitbreidbaar en voor verbetering vatbaar zijn. Zo bevat de MR simulator bijvoorbeeld geen vuurverspreidingsalgoritme omdat de huidige technologie hier nog niet toe in staat is.

In functie van hun thesis verrichtten de twee ingenieursstudenten onderzoek naar de mogelijkheden van VR en MR in de trainingsomgeving. Dit leverde een werkend prototype op en vormt een basis waarop de marine in de toekomst kan verder bouwen bij de ontwikkeling van een volwaardige, afgewerkte simulator. Wie weet worden alle Belgische marineschepen in de toekomst wel uitgerust met een VR of MR simulator...