Русский English
V международная конференция
«РАЗВИТИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ В РОССИИ, СТРАНАХ БЫВШЕГО СССР И СЭВ»
Россия, Москва, НИУ ВШЭ, 6–8 октября 2020 года
Программа пребывания Регистрация на конференцию Представление докладов
Проект виртуализации электронно-вычислительной машины БЭСМ-6

Проект виртуализации электронно-вычислительной машины БЭСМ-6

Исследования, проводимые социологами разных стран, свидетельствуют о неуклонном росте интереса не только к социально-политической истории, но и к истории техники, как неотъемлемой составляющей культуры современной цивилизации. Все большему количеству людей становятся интересными истоки идей, положенных в основу создания технических сооружений, приспособлений, механизмов и приборов. В центре внимания находятся и судьбы творцов технических средств. Среди музеев политехнического профиля яркая страница принадлежит музеям, акцентирующим внимание на вычислительной технике – материальном носителе научно-технической революции, произошедшей на нашей памяти.

Алексей Лебедев, доктор искусствоведения, руководитель Лаборатории музейного проектирования Школы дизайна НИУ ВШЭ так охарактеризовал особенности музеев: «Существует китайская поговорка: “Расскажите — и я забуду; покажите — и я запомню; дайте мне сделать – и я пойму”. Музеи всегда имели некоторое преимущество перед другими культурными институциями, потому что у них была возможность ”показать”». Ведь именно наличие подлинного предмета, возможность его увидеть отличает музей от не музея. Но современный человек привык к компьютерам, всякого рода гаджетам, то есть к интерактивному взаимодействию с окружающими предметами. Придя в музей, он тоже хочет интерактивности» [1]. Сегодня благодаря вычислительной технике изменились и сами средства представления музейной экспозиции. Музей, в том числе, технический, становится виртуальным. Настоящий бум музейной деятельности в Интернете наблюдался с конца 1980-х гг. Наши зарубежные коллеги (правда, в основном это были инженеры и программисты, владеющие соответствующими web-технологиями) создали немало интересных web-сайтов музеев. В России в 1998 г. московский программист Эдуард Пройдаков создал виртуальный компьютерный музей [2], «банк данных, связанный с происхождением и развитием вычислительной техники, прежде всего отечественной». Информационные технологии расширили коммуникативные возможности музеев: ими создаются web-ресурсы, виртуальные коллекции.

В наше время Интернет, как элемент социализации, формирует свою среду (аудиторию) и должен быть наполнен значимой социальной информацией. К такого рода информации относится и история советских технических проектов, которые вызывают ностальгический интерес у разновозрастной аудитории. Таким историко-научным и культурным объектом общенационального значения является гранд отечественного и мирового компьютеростроения – советская ЭВМ БЭСМ-6, созданная под руководством академика Сергея Алексеевича Лебедева. Проектирование и воплощение web-ресурса для виртуальной экскурсии по 3D модели БЭСМ-6, дополненной историко-технической и персональной информацией, является основной задачей, которую ставят перед собой авторы заявленного проекта.

В соответствии с рекомендациями Указа Президента Российской Федерации от 7 мая 2012 года № 597 и приказа Министерства культуры РФ от 19 июля 2013 года № 760 «Об утверждении плана деятельности Министерства культуры Российской Федерации на период до 2018 года» [3] постулируется в целях дальнейшего сохранения и развития российской культуры в числе прочего создать к 2018 году 27 виртуальных музеев. Поскольку экспозиция музея, как реального, так и виртуального, может быть создана на базе одного значимого экспоната, ЭВМ БЭСМ-6 является достаточно значимой для создания посвященной ей комплексной экспозиции.

Быстродействующая электронная счетная машина – БЭСМ-6

БЭСМ-6 разработана в Институте точной механики и вычислительной техники (ИТМ и ВТ) АН СССР. Выпускалась Московским заводом счетно-аналитических машин (САМ) с 1968 по 1987 год. Главный конструктор БЭСМ-6: Герой Социалистического Труда, академик С. А. Лебедев; заместители главного конструктора: В. А. Мельников, Л. Н. Королев, В. С. Петров, Л. А. Теплицкий.

Подчеркивая значение БЭСМ-6 для народного хозяйства СССР и ее влияние на развитие отечественной вычислительной техники, создатели этой ЭВМ отмечали: «Во второй половине ушедшего столетия основу вычислительных средств большинства крупных вычислительных центров нашей страны составляли машины БЭСМ-6. Сфера их использования превзошла самые смелые прогнозы ее разработчиков. Первоначально предполагалось, что небольшая серия БЭСМ-6 будет использована для решения сложных научных задач в нескольких крупных научных институтах Советского союза, таких как Институт прикладной математики АН СССР и центры ядерных исследований. Реально эта машина нашла самое широкое применение.

На основе БЭСМ-6 были созданы центры коллективного пользования, организованы центры управления в реальном масштабе времени, координационно-вычислительные центры, системы телеобработки и т.д. Машина БЭСМ-6 широко использовалась как инструментальная машина в системах проектирования, для разработки математического обеспечения новых ЭВМ, для моделирования сложных физических процессов и процессов управления» [4].

В рамках конференции SoRuCom-2014 также было уделено внимание БЭСМ-6, рассмотрена ее масштабная значимость в истории вычислительной техники. Вдохновенным трудом коллективов единомышленников – увлеченных инженеров и программистов в романтической обстановке исключительного товарищества и патриотизма создавались все более мощные оригинальные, красивые отечественные вычислительные машины и системы. Об этом был доклад Лауреата Государственной премии СССР д.ф.-м.н., профессора Александра Николаевича Томилина (рис. 1.). Александру Николаевичу в числе прочих посчастливилось работать с академиком С.А. Лебедевым, создателем лучших отечественных ЭВМ. Томилин А.Н. является создателем программного обеспечения, использованного в июле 1975 г. во время советско-американского космического полета «Союз–Аполлон» [5].

 Выступление участника SoRuCom-2014 А.Н. Томилина

Рис. 1. Выступление участника SoRuCom-2014 А.Н. Томилина

Также на конференции SoRuCom-2014 Леонид и Вера Карповы представили биографический очерк, посвященный академику Владимиру Андреевичу Мельникову (1928-1993), одному из разработчиков БЭСМ АН СССР. Будучи студентом, он выполнил дипломную работу по конструированию центрального блока управления операциями БЭСМ под руководством главного конструктора машины С.А. Лебедева. Позднее В.А. Мельников участвовал в разработке БЭСМ-2, а в проекте БЭСМ-6 стал заместителем главного конструктора (рис.2). На базе комплекса АС-6 (аппаратура сопряжения с БЭСМ-6), созданного под руководством Мельникова, осуществлялось управление обработкой информации при осуществлении советско-американского полета "Союз-Аполлон" (1975 г.) [5].

 Выступление участника SoRuCom-2014 А.Н. Томилина

Рис.2. Выступление участника SoRuCom-2014 Л.Е. Карпова

Анализ литературных источников показал, что зарубежные ученые также подчеркивают важность и значимость БЭСМ-6 в истории вычислительной техники.

В работе Cain F. «Computers and the Cold War: United States Restrictions on the Export of Computers to the Soviet Union and Communist China» [6] БЭСМ-6 описывается как машина, предназначенная для достижения политического, экономического и технического мирового превосходства над странами, так или иначе принимавшими участие в холодной войне. Отмечается, что «БЭСМ-6 превосходила вычислительные машины своего поколения, так как имела высокое быстродействие и имела возможность осуществлять большое количество логических, арифметических операций за счет 64-х разрядной архитектуры памяти и работы на магнитной ленте. Именно эти факторы позволили БЭСМ-6 быстро занять нишу на мировом рынке вычислительных машин. Так, к примеру, машины БЭСМ-6 оказались в некоторых институтах и конструкторских бюро США, но вскоре после начала экспорта, в США была проведена проверка данных машин на установку устройств шпионажа» [6].

Anders Persson в статье «Early operational Numerical Weather Prediction outside the USA: an historical introduction: Part II: Twenty countries around the world» [7] подчеркивает значимость разработки Советских ученых. В 1969 году вычислительная машина БЭСМ-6 заняла место в метеорологической службе ГДР и позволяла эффективно осуществлять сложные расчеты прогнозирования, включающие в себя такие данные, как экстремальные температуры, осадки, длительность солнечного света и ветра в «приземном» слое атмосферы. С конца 1970-х годов специально обученные сотрудники метеорологической службы осуществляли прогнозирование на БЭСМ-6, запуская программу расчета метеоданных два раза в день отмечает автор статьи.

В работе «Technik versus Konflikt» [8] автор Dittmann F. описывает, что с помощью БЭСМ-6 появилась возможность осуществить передачу данных по разработанной в ГДР в начале 1970-х г. сети передачи данных «Deutsche Post» со скоростью передачи в 1200 бит/с. Передача осуществлялась между 7 вычислительными машинами БЭСМ-6, импортированных СССР в 70-х годах. Выбор пал именно на БЭСМ-6, т.к. машина обладала высоким быстродействием и отлаженной системой обработки данных.

Проект программного обеспечения для виртуальной экспозиции БЭСМ-6

Практика 3D-моделирования отдельных значимых в национальном контексте объектов, пока не достаточно проникла в стены музеев и Интернет. А это актуально для нашей большой страны, ее отдаленных регионов. Проект предусматривает поместить 3D-модель БЭСМ-6 в контекст исторических событий, сопровождавших ее разработку и эксплуатацию, с привлечением визуального ряда из кино-, фоно- и фотодокументов с целью интегрирования его в Интернет-ориентированный ресурс. Разработка и обнародование программного обеспечения для виртуальной экскурсии на основе технологий 3D моделирования и дополненной реальности, направлены на популяризацию фондового собрания Политехнического музея России, расширение его экспозиционного пространства.

Разработка программного обеспечения сопряжена с массивами информации в двух блоках:

1 блок. Визуализация. Трехмерная модель (3D модель) БЭСМ-6 на основе технологий виртуальной и дополненной реальности, включая визуализацию реконструкции отдельных элементов БЭСМ-6, виртуального вычислительного центра, в котором установлена и работает БЭСМ-6 и отдельных процессов ее функционирования.

2 блок. Информация. Фото, рисунки, чертежи, видео-, аудио файлы по истории создания и эксплуатации БЭСМ-6. Текстовая информация справочного характера. Биографические массивы данных о создателях ЭВМ БЭСМ-6 и ее операционных систем, об областях ее применения.

Предложенное программное обеспечение предполагается использовать в качестве автономного модуля в рамках реализации Федерального проекта «Электронный проект "Большого Музея": Политехнический музей в Сети: экскурсии, лекции, экспонаты».

Анализ решений по виртуализации музейного пространства

В настоящее время виртуальные музеи и сферические панорамы нашли свое воплощение в Сети, в частности, на сайте [9], где представлено 7 музеев, 9 церквей и монастырей, 1 усадьба, 3 страны, а также 3 гостиницы, клуб и ресторан. Объекты визуализированы, снабжены краткими описаниями. 3D панорама Центрального музея Вооруженных сил [10] позволяет осмотреть экспозицию музея. Более, на наш взгляд, содержателен проект «Виртуальный 3D музей “Древнее искусство Сибири”» [11] – интеграционный проект, выполненный тремя сибирскими музеями при поддержке Правительственного гранта. На сайте проекта можно увидеть образцы творчества народов Сибири, выполненные в 3D моделях. Они снабжены картографической и справочной информацией. Этот проект близок по замыслу и воплощению намерениям и задачам проекта, представляемого нами.

В мире идет большая работа по созданию виртуального культурного наследия для систем виртуальной реальности, которая, к примеру, в перспективе даст возможность разместить все музеи, памятники в одном центре Сети. В настоящее время созданы Краков в 3D модели [12] (в Музее Москвы, 2011г.), Виртуальный Рим, Виртуальный Карфаген и т.д., демонстрация которых на системах виртуальной реальности переносит зрителя на тысячи лет назад. Применение технологий виртуальной и дополненной реальности представлено в исследовании кафедры Исторической информатики Исторического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова по руководством профессора Л.И. Бородкина «Виртуальная реконструкция московского Страстного монастыря (середина XVII – начало XX вв.): анализ эволюции пространственной инфраструктуры на основе методов 3D моделирования» [13].

Создание и демонстрация виртуальных культурных памятников, исторические реконструкции, интерактивные экспонаты, воссоздание уже утерянных объектов и предметов дает возможность перейти на качественно новый уровень представления и трансляции культурного наследия. Использование техники 3D-моделирования ЭВМ БЭСМ-6 усилит данную тенденцию.

Архитектура программного обеспечения для виртуальной экскурсии

Архитектура программного обеспечения для виртуальной экскурсии имеет модульную структуру и содержит три компонента:

  1.  Компонент базы данных.
  2. Функциональный компонент.
  3. Пользовательский компонент.

На рисунке 1 представлена схема архитектуры программного обеспечения для виртуальной экскурсии.

Схема архитектуры программного обеспечения для виртуальной экскурсии

Рис. 1. Схема архитектуры программного обеспечения для виртуальной экскурсии

Компонент базы данных будет содержать базу данных графической информации, базу данных видео-информации, базу данных аудио- информации, базу данных метаданных исходных файлов. Для формирования этих баз данных будут использоваться исходные файлы: графические объекты, физические объекты, видео-файлы, текстовая информация, информация архивных фондов. Исходные файлы являются разнотипными и разрозненными, следовательно, потребуется их обработка.

Функциональный компонент будет содержать: справочно-информационный модуль, модуль 3D моделирования экскурсовода, модуль 3D моделирования БЭСМ-6, модуль обработки информации и демонстрации элементов БЭСМ-6, модуль виртуальной прогулки по машинному залу БЭСМ-6, т.е. виртуального вычислительного центра, модуль стыковки разнотипного программного обеспечения (приложений), базу данных приложений.

В основу реализации программного обеспечения проекта заложены два принципа его функционирования: использование технологий дополненной реальности и виртуализация.

Основой функционального компонента послужит метод с эффектом погружения в атмосферу эпохи, события, вживания в художественный образ, внедрение человека в конкретное время, картину жизни путём воссоздания объекта со всеми его взаимосвязями, включения воображения и ассоциативного мышления посетителя. Цель такого воздействия – пробуждение желания не только узнать, но, главным образом почувствовать» [14]. Функционал программного обеспечения по виртуализации 3D модели БЭСМ-6 будет реализован с использованием технологий дополненной реальности.

Дополненная реальность (augmented reality, AR) – среда с прямым или косвенным дополнением физического мира цифровыми данными в режиме реального времени при помощи компьютерных устройств – планшетов, смартфонов и инновационных гаджетов вроде Google Glass, а также программного обеспечения к ним [15].

В процессе реализации проекта планируется дополнить реальный объект ЭВМ БЭСМ-6 виртуальной реконструкцией событий – ее функционалом. Одновременно с этим, в процессе обработки трёхмерного объекта БЭСМ-6 будут использованы технологии виртуального маркирования и QR-кодов. При помощи камеры, расположенной на вспомогательном техническом устройстве (планшет, смартфон, очки и др.), беспроводной сети wi-fi, будут считываться виртуальные маркеры БЭСМ-6, и по заданному алгоритму информация справочно-информационного модуля программного обеспечения будет воспроизводиться на дисплее технического устройства либо проекционной поверхности.

Для виртуализации ЭВМ БЭСМ-6 будет использовано программное обеспечение – редакторы: для обработки изображений, которые послужат основой для построения трёхмерной модели – Adobe Photoshop, Corel Draw; для создания, редактирования и визуализации 3D моделей, виртуальной реконструкции в реальном времени – Autodesk 3D Max, Autodesk Maya, Blender; для создания панорамных изображений – Kolor Autopano Giga 4.2.3 (склейки плоской панорамы), Pano2VR 5.0.1 Pro (для преобразования сферических или цилиндрических панорамных изображений в форматы Adobe Flash 10, HTML5 с функциями добавления анимации, направленного звука, автоматическим вращением, поддержкой гига пиксельных панорам).

Пользовательский компонент будет содержать: модуль интерфейсной части, модуль пользователей, модуль защиты информации.

Виртуальная часть программного обеспечения проекта нацелена на сетевую аудиторию и ориентирована на web-ресурс. Пользовательский компонент, взаимодействуя с функциональным компонентом, даст возможность погрузиться в частично реконструированный машинный зал вычислительного центра (ВЦ), где находится и работает ЭВМ БЭСМ-6. Пространство ВЦ будет наполнено виртуальными сотрудниками.

В рамках технологии дополненной реальности будут выполнены, голографические модели сотрудников вычислительного центра, осуществляющих загрузку перфокарт в БЭСМ-6, отображения содержимого регистров на пульте управления БЭСМ-6, академика С.А. Лебедева, читающего лекции по информатике. Все эти процессы будут воспроизводиться автоматически при приближении посетителя к экспонату БЭСМ-6 или от прикосновения к пульту управления БЭСМ-6. Оборудование для данной процедуры представляет собой прозрачные экраны, на которые выводится авто стереоскопическое изображение, синхронизированное мультимедийной системой. Авто стереоскопический метод создания трёхмерных изображений включает несколько технологий, не требующих от посетителя музея использования специализированных технических средств (очков, шлемов, гаджетов) для создания иллюзии стереоизображения. Другим способом «воплощения» дополненной реальности является проецирование интерфейса программного обеспечения на различные поверхности.

Информационный блок экспозиции, в состав которого войдет предлагаемое программное обеспечение, будет содержать научно-вспомогательный материал (этикетаж, иллюстрации, схемы, видео, анимацию и так далее), который присутствует практически в каждой экспозиции, а также ссылки на дополнительный материал.

Информационная инфраструктура и преимущества виртуальной экскурсии

Поскольку каждый посетитель сможет самостоятельно совершить экскурсию по экспозиции, посвященной БЭСМ-6, либо, находясь в музее, либо дистанционно, функционал будет снабжен электронным путеводителем (гидом), с помощью которого экскурсант сможет ориентироваться в корпусе многоаспектной информации. Тот блок экспозиции, который будет «обращен» к Сети, предполагается сопроводить средствами обратной связи для посетителей web-ресурса. Это необходимо не только для сбора отзывов посетителей, но и для привлечения дополнительной информации по истории отечественной вычислительной техники, формирования широкого web-сообщества.

Преимущества виртуальной экскурсии на базе 3D модели ЭВМ БЭСМ-6 мы видим в том, что демонстрация предмета осуществится в различных режимах визуализации. Современные информационные технологии позволят представить музейный экспонат в увеличенном или уменьшенном размере, показать его внутреннюю структуру. Дополнительная демонстрация фильма или компьютерной программы экспозиции усилит эффект присутствия, времени и места события. Введение в виртуальную экспозицию материалов, не вошедших в традиционную экспозицию, позволит более глубоко и всесторонне познакомиться с объектом. Виртуальный показ части экспонатов поможет расширить экспозиционное пространство, сделать его более глубоким. Может понадобиться и реконструкция утраченного или частично утраченного объекта, события, явления или процесса с использованием средств компьютерного 3d моделирования до их разрушения или изменения.

Заключение

Популяризация артефакта из фондового собрания Политехнического музея на базе интерактивной технологии является вторым проектом команды исполнителей. Первый был посвящен популяризации конференции по истории вычислительной техники SoRuCom-2014, прошедшей в Казани в 2014 г. [16]. Предлагаемый проект, хотя и находится в русле наметившегося тренда по визуализации музейной экспозиции, но все-таки отличается от предыдущих сложностью задачи, детализацией компонентов и блоками сопровождения. Уверены, что он гармонично будет вписан в существующие проекты реконструкции музея.

Реализация программного обеспечения позволит шире использовать образовательный и просветительный потенциал музейного артефакта, который не используется в полной мере. 3D визуализация позволит наглядно представить масштаб технического проекта БЭСМ-6, web-ресурс даст возможность шире пропагандировать коллекции Политехнического музея не только в Сети, но и в экспозиции, на выездных экскурсиях и конференциях. В перспективе планируется создание инструмента с функцией модерации для осуществления интерактивного взаимодействия пользователей на сайте Музея. Наличие обратной связи позволит Политехническому музею получить дополнительные материалы по истории вычислительной техники.

В 2016 г. заявка на реализацию проекта была подана в РФФИ. При двух положительных рецензиях она не получила поддержки Фонда по финансовым обстоятельствам.

Литература:

  1. Точка зрения. Научные музеи. [Электронный ресурс] – https://postnauka.ru/talks/32658.
  2. Виртуальный компьютерный музей. [Электронный ресурс] – http://www.computer-museum.ru.
  3. Указ Президента Российской Федерации от 07.05.2012 г. № 597. О мероприятиях по реализации государственной социальной политики. [Электронный ресурс] – http://www.kremlin.ru/acts/bank/35261.
  4. Власов В.К., Смелянский Р.Л., Томилин А.Н. Лев Николаевич Королёв: Биография, воспоминания, документы. – М.: МАКС Пресс, 2016. – 272 с.
  5. Развитие вычислительной техники и ее программного обеспечения в России и странах бывшего СССР: страницы истории (по материалам конференции SoRuCom-2014) [Текст] / М.В. Тумбинская, А.Н. Томилин, И.А., В.М. Трегубов, И.А. Крайнева, А.Р. Абзалов // Сборник научно-популярных статей и фотоматериалов – победителей конкурса РФФИ 2016 г. Под ред. В.А. Шахнова. М., 2016. Вып.19. С. 293–315.
  6. Cain F. Computers and the Cold War: United States Restrictions on the Export of Computers to the Soviet Union and Communist China // Journal of contemporary history. 2005. Vol 40(1), 131–147. DOI: 10.1177/0022009405049270
  7. Persson A. Early operational Numerical Weather Prediction outside the USA: an historical introduction: Part II: Twenty countries around the world // Meteorological applications. 2005. Vol. 12, 269–289. doi:10.1017/S1350482705001751
  8. Dittmann F. Technik versus Konflikt. [Электронный ресурс] – http://zeithistorische-forschungen.de/sites/default/files/medien/material/2012-2/Dittmann_2009.pdf
  9. Виртуальные экскурсии и 3d путешествия. [Электронный ресурс] – http://www.panotours.ru/muzei.html.
  10. Центральный музей Вооруженных сил Российской Федерации. [Электронный ресурс] – http://www.cmaf.ru/visitor/3d.
  11. Виртуальный 3D музей "Древнее искусство Сибири". [Электронный ресурс] – http://www.artefact.tsu.ru/virtualmuseum.
  12. "Краков в формате 3D" в Музее Москвы. [Электронный ресурс] – http://www.museum.ru/N43889.
  13. Проект «Виртуальная реконструкция московского Страстного монастыря (середина XVII – начало XX вв.): анализ эволюции пространственной инфраструктуры на основе методов 3D моделирования». [Электронный ресурс] – http://www.hist.msu.ru/Strastnoy/index.html.
  14. Миловидов С.В. Принципы «дополненной реальности» и интерактивная реконструкция в музеях. [Электронный ресурс] – http://sias.ru/publications/magazines/kultura/2013-4/sotsialnaya-filosofiya-i-sotsiologiya/848.html.
  15. Что такое дополненная реальность? [Электронный ресурс] – http://arnext.ru/dopolnennaya-realnost.
  16. Томилин А.Н., Крайнева И.А., Тумбинская М.В., Трегубов В.М., Абзалов А.Р. Развитие вычислительной техники и ее программного обеспечения в России и странах бывшего СССР: страницы истории // История науки и техники. 2016. № 10. С. 15-26.

Об авторе: д.ф.-м.н., Институт системного программирования РАН, Москва, Россия
Политехнический музей, Москва, Россия
к.т.н., Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия
к.т.н., Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия
Материалы международной конференции Sorucom 2017
авторов 17.01.2019