ВВЕДЕНИЕ В СИМУЛЯТОРЫ

“Прежде чем покорить небо, освой виртуальное пространство”

💭 ПРИНЦИП: "Ошибки в симуляторе - это опыт. Ошибки в реальности - это деньги."

🎓 ЦЕЛЬ: Создать безопасную среду для экспериментов и обучения
🚀 РЕЗУЛЬТАТ: Уверенность в управлении до первого реального полета
⚡ ФИЛОСОФИЯ: Симулятор не замена реальности, а мощный инструмент подготовки

Webots vs Другие симуляторы:

✅ WEBOTS ПРЕИМУЩЕСТВА:
- Реалистичная физика (ODE движок)
- Точное моделирование сенсоров
- Python/C++ программирование
- Открытый исходный код
- Академическая база

❌ ОГРАНИЧЕНИЯ ДРУГИХ:
- Gazebo: сложен для новичков
- AirSim: только Microsoft экосистема  
- FlightGear: только авиация
- Unity: игровой движок, не научный

Пошаговая установка:

ЭТАП 1: Скачивание и установка
1. Перейти на cyberbotics.com
2. Скачать Webots R2025a (последняя LTS версия)
3. Установить с правами администратора
4. Запустить и принять лицензию

ЭТАП 2: Первая проверка
1. File → Open World → vehicles → aircraft
2. Выбрать "quadcopter.wbt"
3. Нажать Play ▶️
4. Наблюдать автономный полет дрона

ЭТАП 3: Базовые настройки
- View → Optional Rendering → Show Coordinate System
- Tools → Preferences → OpenGL → Anti-aliasing: 4x
- Tools → Preferences → General → Number of threads: Auto

Компоненты Webots дрона:

🎯 ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ:

ROBOT узел:
- Физическое тело с массой и геометрией
- Контроллер (мозг дрона)
- Сенсоры и актуаторы

ПРОПЕЛЛЕРЫ:
- 4 RotationalMotor узла
- Физически корректные пропеллеры
- Реалистичная тяга и момент

СЕНСОРЫ:
- InertialUnit (IMU) - гироскоп и акселерометр
- GPS - глобальное позиционирование
- Camera - видеосъемка
- DistanceSensor - ультразвук/лидар

ФИЗИКА:
- Gravity: 9.81 м/с²
- Air resistance: да
- Ground contact: реалистичные столкновения

Velocidrone как дополнение к Webots:

WEBOTS ДЛЯ:                    VELOCIDRONE ДЛЯ:
✓ Изучения физики              ✓ Развития рефлексов
✓ Программирования             ✓ FPV адаптации  
✓ Экспериментов                ✓ Гоночных навыков
✓ Автономных алгоритмов        ✓ Ручного пилотирования
✓ Научного подхода             ✓ Практических навыков

Конфигурация новичка:

НАСТРОЙКИ СИМУЛЯТОРА:
Physics: Realistic (не Arcade!)
Wind: Light (2-4 м/с)
Graphics: High (для лучшего восприятия)
FOV: 130° (имитация реальных FPV очков)

ВЫБОР ДРОНА:
Модель: "5-inch Freestyle Quad"
Вес: 550г (стандартный)
Мощность: 1400kv моторы
Камера: 2.1мм объектив

НАЧАЛЬНЫЕ RATES:
Roll/Pitch Rate: 600°/s
Yaw Rate: 400°/s
Expo: 0.3 (сглаживание)

Уровень 1: “Первые шаги”

УПРАЖНЕНИЕ "HOVER MASTER":
🎯 Цель: Удержание неподвижного зависания 30 секунд
📍 Место: Empty Scene
⏱️ Время: 10 минут практики

Техника:
1. Взлет на высоту 2 метра
2. Центрировать дрон в кадре
3. Микрокоррекции стиками (не более 10% отклонения)
4. Следить за горизонтом на экране
5. Счет до 30 без движения дрона

Критерий успеха: Дрон остается в квадрате 1×1 метр

Уровень 2: “Базовая навигация”

УПРАЖНЕНИЕ "BOX PATTERN":
🎯 Цель: Полет по квадрату 10×10 метров
📍 Место: Countryside
⏱️ Время: 15 минут

Техника:
1. Взлет в углу воображаемого квадрата
2. Полет прямо 10 метров
3. Поворот на 90° (только yaw, без roll!)
4. Повторить 4 раза
5. Посадка в начальной точке

Критерий успеха: Отклонение от линии <2 метров

После освоения базовых навыков рекомендуется изучить:

📚 РАЗДЕЛ A: Углубленные настройки Velocidrone Для точной настройки симулятора под ваш стиль пилотирования [Ссылка на подробный материал]

📚 РАЗДЕЛ B: Расширенные упражнения Дополнительные тренировки для ускорения прогресса [Ссылка на упражнения]

📚 РАЗДЕЛ C: Техническая диагностика Решение проблем и оптимизация [Ссылка на техподдержку]

Этапы когнитивной адаптации:

НЕДЕЛЯ 1: "ДЕЗОРИЕНТАЦИЯ"
Симптомы:
- Тошнота от motion sickness
- Путаница в управлении
- Быстрая усталость глаз

Решения:
- Сессии по 10-15 минут
- Частые перерывы
- Хорошее освещение комнаты
- Имбирь перед тренировкой

НЕДЕЛЯ 2-3: "АДАПТАЦИЯ"
Признаки:
- Уменьшение дискомфорта
- Интуитивные движения стиками
- Лучшая пространственная ориентация

Ускорение:
- Регулярность важнее продолжительности
- Одинаковое время тренировок
- Постепенное усложнение задач

НЕДЕЛЯ 4+: "ИНТЕГРАЦИЯ"
Результат:
- Естественное управление
- Предсказание поведения дрона
- Готовность к реальным полетам

Визуализация без симулятора:

УПРАЖНЕНИЕ "МЕНТАЛЬНЫЙ ДРОН":

Подготовка:
1. Сесть удобно, закрыть глаза
2. Представить себя за пультом управления
3. Мысленно "включить" дрон

Выполнение:
1. Визуализировать взлет
2. "Полететь" по простому маршруту
3. Представить реакцию дрона на команды
4. "Посадить" дрон безопасно

Польза:
- Развитие пространственного мышления
- Укрепление нейронных связей
- Подготовка к сложным маневрам
- Снижение стресса перед реальными полетами

Алгоритм “Автономный квадрат”:

# Псевдокод для понимания логики
ПРОГРАММА "Автономный полет по квадрату":

1. Инициализация:
   - Подключиться к моторам дрона
   - Получить доступ к GPS и IMU
   - Установить начальную точку

2. Взлет:
   - Включить моторы на 60% мощности
   - Подниматься до высоты 5 метров
   - Стабилизировать положение

3. Полет по квадрату:
   ДЛЯ каждой стороны квадрата (4 раза):
     - Лететь прямо 20 метров
     - Остановиться и стабилизироваться
     - Повернуть на 90 градусов вправо
     - Подождать стабилизации

4. Возврат и посадка:
   - Вернуться в начальную точку
   - Медленно снижаться
   - Выключить моторы при касании земли

Реальный код (упрощенная версия):

# Этот код студенты будут изучать и модифицировать
from controller import Robot, Motor, GPS, InertialUnit

robot = Robot()
timestep = int(robot.getBasicTimeStep())

# Получение устройств
gps = robot.getDevice("gps")
gps.enable(timestep)

imu = robot.getDevice("inertial unit")
imu.enable(timestep)

# Моторы
motors = []
motor_names = ["m1_motor", "m2_motor", "m3_motor", "m4_motor"]
for name in motor_names:
    motor = robot.getDevice(name)
    motor.setPosition(float('inf'))
    motor.setVelocity(0)
    motors.append(motor)

# Простейший автопилот
def takeoff():
    for motor in motors:
        motor.setVelocity(10)  # Взлет

def hover():
    for motor in motors:
        motor.setVelocity(7.5)  # Зависание

def land():
    for motor in motors:
        motor.setVelocity(0)  # Посадка

# Главный цикл
while robot.step(timestep) != -1:
    altitude = gps.getValues()[2]
    
    if altitude < 4:
        takeoff()
    elif altitude > 6:
        land()
    else:
        hover()

Checkpoint 1: Webots Basics (30 минут)

✅ Установка и запуск Webots
✅ Открытие demo мира с квадрокоптером
✅ Понимание интерфейса
✅ Модификация простых параметров

Checkpoint 2: Velocidrone Skills (45 минут)

✅ Настройка симулятора
✅ Стабильное зависание 30 секунд
✅ Полет по квадрату без касания земли
✅ Базовое понимание FPV перспективы

Checkpoint 3: Programming Basics (60 минут)

✅ Запуск простейшего автопилота
✅ Понимание структуры кода
✅ Модификация высоты полета
✅ Объяснение принципов работы

Задание:

1. Webots эксперимент (1 час):

   • Изменить массу дрона и наблюдать влияние на полет
   • Добавить препятствие в мир и запрограммировать облет
   • Сделать скриншоты процесса

2. Velocidrone тренировка (2 часа):

   • Ежедневно по 20 минут в течение недели
   • Ведение дневника прогресса
   • Фиксация лучших результатов

3. Исследовательская работа (30 минут):

   • Найти 3 видео реальных дрон-аварий
   • Проанализировать причины
   • Предложить, как симулятор мог бы предотвратить ошибки

Критерии оценки:

• Технические навыки: 40%
• Понимание принципов: 30%
• Креативность подхода: 20%
• Качество документации: 10%

❓ ВОПРОСЫ ДЛЯ РАЗМЫШЛЕНИЯ:

1. Чем отличается управление в симуляторе от управления реальным дроном, который вы видите в небе?

2. Какие навыки из Velocidrone (FPV) помогут в LOS полетах?

3. Как перенести понимание физики из Webots в реальный мир?

💡 ИНТРИГА: В следующем модуле вы впервые возьмете в руки реальный пульт управления и почувствуете разницу между виртуальным и настоящим небом!

Завершение модуля: “Симулятор - это не игра, это тренажер для будущих пилотов. Каждая минута здесь экономит часы обучения в реальности и, возможно, предотвращает дорогостоящие ошибки.”

🎯 Результат модуля: Студент готов к безопасному переходу к реальному пилотированию с базовым пониманием физики полета и начальными навыками управления.