Продукция / технология импортозамещения

Продукция / технология – сцены виртуальной реальности, программы определения сигнальных маркеров психоэмоциональных состояний в условиях космического пространства.

Будет создан имитационно-тренажерный программно-аппаратный комплекс оценки психоэмоциональной устойчивости космических туристов при возникновении тревожных, стрессовых или внештатных ситуаций на космических станциях или безграничном космическом пространстве в среде виртуальной реальности.

Зарубежные аналоги 

– программные комплексы виртуальной реальности: X-Plane, FSX, Prepard3D, IVAO, Vatsim и другие, позволяющие моделировать управление полетом самолета, тренировать вестибулярный аппарат, устойчивость к невесомости, знакомиться с МКС и выполнять на ней некоторые функции;
– программные комплексы диагностики фобий и их коррекции: C2Phobia, PSIOUS, Virtually Better, Limbix и другие.

Конкурентные преимущества

– обеспечение ощущения реального нахождения пользователя;
– оценка психоэмоциональной устойчивости участников космических полетов при возникновении тревожных, стрессовых или внештатных ситуаций на космических станциях или безграничном космическом пространстве в среде виртуальной реальности.

Вид проекта

Программный продукт.

Ожидаемый результат реализации

– создание нового предприятия по производству продукции;
– создание импортозамещающих продуктов или технологий отечественного производства;
– создание нового продукта.

Область применения / рынок / потребители

По ходе реализации проекта планируется коммерциализация его результатов (сцены виртуальной реальности, программы определения сигнальных маркеров психоэмоциональных состояний в условиях космического пространства).

Примерная стоимость имитационно-тренажерного программно-аппаратного комплекса после выхода на рынок (2023 г.) составит:
– VR приложения (на steam) для оценки поведения космических туристов при возникновении тревожных, стрессовых или внештатных ситуаций на космических станциях (программный продукт) – не менее 1000 руб./неисключительную лицензию/год. Объем рынка предполагается не менее 1000 скачиваний в первый год выхода на рынок, с последующим увеличением числа скачиваний продукта до 10000, что обеспечит прибыль предприятия не менее 10 000 тыс. руб. на 2023-2024 гг.
– тренажер – не менее 10 млн. руб./шт. Объем рынка предполагается не менее 100 шт., что обеспечит прибыль предприятия не менее 1 млрд. руб.

Рынок ненасыщен. Доля продукции на рынке может составить 20%. Возможен выход на новые географические сегменты рынка за счет модификации предлагаемой продукции.

Проект соответствует основным государственным приоритетам: направлению "Переход к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровье сбережения" Стратегии научно-технологического развития РФ, национальным проектам "Наука" и "Здравоохранение", критическим технологиям РФ "Нано, био, информационные, когнитивные технологии", рынкам национальных технологических инициатив: хелснет, нейронет, технет. Проект соответствует технологическим задачам и ожидаемым результатам дорожной карты "сквозной" цифровой технологии виртуальной и дополненной реальности.

Проект направлен на коммерциализацию системы оценки, контроля и прогнозирования психоэмоционального поведения человека на космической станции и безграничном космическом пространстве в среде виртуальной реальности. Кроме того, проект ориентирован на популяризацию технологии виртуальной реальности и знаний о космосе в условиях нахождения человека в открытом космическом пространстве.

Назначение инновации

– улучшение положения на рынке продукции, соответствующей традиционным направлениям бизнеса организации, путем вывода на рынок более конкурентоспособного вида такой продукции;
– более эффективное использование кадрового потенциала;
– более эффективное использование производственной базы предприятия;
– эффективное применение ранее созданных объектов интеллектуальной собственности.

Научно-техническое описание

В ходе реализации проекта будет создан имитационно-тренажерный программно-аппаратный комплекс оценки психоэмоциональной устойчивости космических туристов при возникновении тревожных, стрессовых или внештатных ситуаций на космических станциях или безграничном космическом пространстве в среде виртуальной реальности.

Имитационно-тренажерный программно-аппаратный комплекс будет представлять собой систему, состоящую из персонального компьютера, шлема виртуальной реальности, джойстиков или перчаток (адаптированных под виртуальную реальность), авторских сцен виртуальной реальности (индивидуальной нервно-психической устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов космического полета, приобретение знаний по обеспечению безопасности космического полета и навыков работы в сложных условиях существования – в соответствии с рекомендациями программы подготовки туристов и общекосмической подготовки на МКС). Виртуальные сцены будут использованы для создания обстановки, подходящей для оценки психоэмоциональной устойчивости и поведения космических туристов при возникновении тревожных, стрессовых или внештатных ситуаций на космических станциях в среде виртуальной реальности.

Данный проект откроет возможность каждому желающему испытать эмоции, глядя на нашу планету, расхаживая по виртуальному борту космического корабля, а также проверить свою профпригодность для настоящего полёта в качестве космического туриста.

Для организации производства, проведения информационно-измерительных и клинико-психологических исследований процессов в рамках реализации проекта будет использоваться инфраструктура Пензенского государственного университета:
1. Шлем VR HTC Vive и Oculus Rift CV1, будут использованы для создания эффекта присутствия пациента в период проведения исследований и создания сцен адаптивной VR с обратной связью с энцефалографом и кардиоанализатором, работающими совместно с персональным компьютером и поддержкой операционной системы Windows 10.
2. Беговая платформа Kat mini, будет использована для фиксации пациента со шлемом VR в период проведения исследования в условиях двигательной активности (ходьба, приседание, бег, пряжки).
3. Персональный компьютер с видеокартой GeForce GTX 1060 6ГБ, процессором Intel i-3 3570, 8 ГБ ОЗУ, 2 ТБ HDD, 500 ГБ SSD, будет использован в качестве сервера сбора-передачи данных с устройств VR.
4. Гибридный суперкомпьютер «Philax Enterprise 370», будет использован для проведения экспериментальных исследований и численного моделирования и обработки большого количества данных в реальном времени.
5. 8-канальный электроэнцефалограф «Нейрон-спектр-1» и 16-канальный электроэнцефалограф «Нейрон-спектр-2», будут использованы для измерения и регистрации разности потенциалов (между точками головного мозга, располагающимися в глубине или на его поверхности), являющейся результатом физико-химических процессов.
6. Кардиоанализатор компьютерный «ЭК9Ц-01-КАРД», будет использован для автоматического анализа ЭКС с возможностью ведения электронного архива исследований, обеспечивая 6-ти канальную регистрацию и фильтрацию сигналов.
7. Нейроинтерфейс «MUSE», будет использован для автоматической регистрации ЭЭС по 5 отведениям с помощью «сухих» электродов и анализа психогенного состояния человека с помощью специализированного программного обеспечения.
8. Компьютерный комплекс «НС-Психотест (полная версия)», будет использован для комплексной оценки по результатам выполнения тестовых заданий психофизиологических свойств и функций организма здоровых, а также имеющих заболевания людей.
9. Опытный образец устройства регистрации и обработки комплекса медицинских сигналов «Мультинейроинтерфейс», будет использован для регистрации и анализа медицинских сигналов (ЭКС и ЭЭС) в режиме реального времени и свободной двигательной активности, и оповещения пользователя о возможном наступлении критического состояния здоровья.

Новизна проекта и конкрентное инновационное решение

Существующие программные комплексы виртуальной реальности X-Plane, FSX, Prepard3D, IVAO, Vatsim и другие позволяют моделировать управление полетом самолета, тренировать вестибулярный аппарат, устойчивость к невесомости, знакомиться с МКС и выполнять на ней некоторые функции. Однако функционал данных сцен весьма ограничен только общими сценами и не обеспечивают ощущения реального нахождения пользователя. Также известны некоторые зарубежные программные комплексы диагностики фобий и их коррекции C2Phobia, PSIOUS, Virtually Better, Limbix и другие. Но ни один из существующих имитационно-тренажерных комплексов не осуществляет оценки психоэмоциональной устойчивости участников космических полетов при возникновении тревожных, стрессовых или внештатных ситуаций на космических станциях или безграничном космическом пространстве в среде виртуальной реальности. Кроме того, большинство представленных решений являются зарубежными, что позволяет создать новый продукт на отечественном рынке, конкурентоспособным мировым аналогам.

У команды проекта и заинтересованной организации имеется все оборудование и интеллектуальная собственность, подтверждающая полученные ранее результаты в части оценки погранично-психических и тревожно-фобических расстройств на индивидуальной траектории космонавта. Кроме того, в коллективе исполнителей имеются сотрудники, обладающие компетенциями моделирования реалистичных сцен виртуальной реальности в среде Unreal Engine 4, что позволит создать продукт высокого качества проработки.

В рамках выполнения проекта будут использоваться авторские сцены виртуальной реальности в среде моделирования Unreal Engine 4 + Blender, создаваемые в соответствии с рекомендациями программы подготовки туристов и общекосмической подготовки на МКС (индивидуальная нервно-психическая устойчивость к воздействию неблагоприятных факторов космического полета, приобретение знаний по обеспечению безопасности космического полета и навыков работы в сложных условиях существования).

Стадия развития проекта

– выполнены НИОКР;
– имеется бизнес-идея.

Правовая защита

В ходе реализации проекта будут получены следующие научно-технические решения, закрепленные охранными документами на объекты интеллектуальной собственности:
– способ оценки психоэмоциональной устойчивости в условиях космического пространства в среде виртуальной реальности (патент на изобретение).
– программы для ЭВМ для виртуальной реальности: борт космического шатла, инфраструктура космического шатла, открытый космос.

Этапы выполнения проекта

Первый этап.
Разработка тестовых версий графических сцен (оригинальной сцены виртуальной реальности "Сцена на высоте" для последующей оценки поведения космических туристов; оригинальной сцены виртуальной реальности "Сцена в замкнутом пространстве" для последующей оценки поведения космических туристов при нахождении в небольшой секции космического корабля в условиях ограниченной двигательной активности) виртуальной реальности с искусственной петлей обратной связи и отработкой необходимых механизмов функционирования и ключевых стимулов, вызывающих неспецифические изменения сигнальных маркеров (паттернов) состояния космического туриста.

Второй этап.
Разработка фотореалистичных графических сцен для создания наибольшего эффекта погружения пользователя (оригинальной сцены виртуальной реальности "Сцена на высоте"; оригинальной сцены виртуальной реальности "Сцена в замкнутом пространстве"; оригинальной сцены виртуальной реальности "Сцена адаптации к форс-мажору") с искусственной петлей обратной связи и отработкой необходимых механизмов функционирования и ключевых стимулов, вызывающих неспецифические изменения сигнальных маркеров (паттернов) состояния космического туриста.
Формирование группы людей для отладки сцен виртуальной реальности, поиска багов, детализации окружения. Создание работающего макетного образца и демонстрация его ключевых характеристик, разработка методологии тестирования, подтверждение на физическом/виртуальном опыте аналитических предсказаний ключевых характеристик, концепции.
Разработка предложений по стратегии защиты интеллектуальной собственности для достижения уровня готовности не ниже TRL 3. Подготовка бизнес-плана. Создание сайта по продвижению проекта.
Ориентировочная продолжительность этапа – 9 месяцев.

Имеющиеся ресурсы для реализации проекта

Для создания адаптивных сцен VR будет использоваться набор программных приложений для разработки и редактирования объемных реалистичных сцен виртуальной реальности: Substance Painter, Photoshop, Blender 2.9, Substence Painter, Agisoft Photoscan, Unreal Engine 4, Open VR, Steam VR. Для решения поставленных в проекте задач, проведения информационно-измерительных и клинико-психологических исследований состояния человека в период проявления тревожно-фобического расстройства в условиях виртуальной реальности будут использоваться оборудование и информационные ресурсы научно-технологической лаборатории «Биомедицинские и когнитивные технологии» Научно-исследовательского института фундаментальных и прикладных исследований Пензенского государственного университета на безвозмездной основе.

Настоящий проект реализуется при консультациях ведущих специалистов различного профиля: врачей, инженеров и программистов. Все исследования виртуальной реальности с людьми будут проводиться в соответствии с протоколом клинического исследования, утвержденного на заседании локального комитета по этике. 

Поддержка в программах и конкурсах

Проект поддержан и реализуется в рамках деятельности научно-образовательного центра "Инженерия будущего".

Стоимость проекта и срок реализации

– полная стоимость проекта – 18000 тыс. руб.;
– объем имеющегося финансирования – 650 тыс. руб.;
– объем необходимого дополнительного финансирования – 17350 тыс. руб.;
– срок реализации проекта – 24 мес.;
– срок окупаемости проекта – 24 мес.

Направления использования инвестиций

– завершение НИОКР;
– подготовка производства;
– создание новой компании;
– приобретение лицензий, патентов;
– приобретение оборудования, технологической оснастки;
– приобретение или аренда помещений;
– продвижение продукции на рынке.

Схема коммерциализации проекта

– передача технологии;
– создание производства;
– хозяйственный договор;
– соглашение о совместном предприятии;
– лицензионное соглашение.

Перспективы развития

Реализация проекта позволит создать имитационно-тренажерный комплекс в виртуальной реальности для космической сферы российского производства.

Информация о разработчиках проекта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Пензенский государственный университет»
(ФГБОУ ВО «ПГУ»)
ул. Красная, д. 40, г. Пенза, Россия, 440026
Тел/факс: (841-2) 66-63-32, е-mail: cnit@pnzgu.ru, http://www.pnzgu.ru

Научный руководитель

Тычков Александр Юрьевич, доктор технических наук,
заведующий кафедрой «Радиотехника и радиоэлектронные системы» ПГУ,
телефон +79374274617, e-mail: tychkov-a@mail.ru

Авторский коллектив:

Чернышов Денис Сергеевич,
лаборант кафедры «Радиотехника и радиоэлектронные системы» ПГУ