Виртуальная Реальность (далее сокращённо «ВР»)… Те, кто уже смог оценить эту замечательную технологию, скорее всего, с полным пониманием этих слов скажут: «Виртуальная Реальность — это Будущее». Некоторое время назад технологии ВР использовались в основном в индустрии развлечений. Но время не стоит на месте, и ВР всё чаще находит профессиональное применение для эффективного решения постоянно расширяющегося круга задач. Компания «Топ Системы», являясь одним из ведущих российских разработчиков САПР, впервые продемонстрировала свои разработки в области ВР в мае 2017 года в рамках своего ежегодного IT-Форума T-FLEX PLM. Именно тогда широкой общественности был показан T-FLEX VR – новый модуль, добавляющий поддержку ВР в один из флагманских продуктов компании «Топ Системы» – САПР T-FLEX CAD.

В мае 2017 года модуль T-FLEX VR всё еще находился на раннем этапе разработки и поэтому обладал достаточно ограниченным набором функций. Однако разработка модуля не прекращалась, и в настоящее время функциональность модуля T-FLEX VR стала настолько широкой, что вполне заслуживает для своего описания отдельной статьи.

Прежде всего стоит сказать о том, что T-FLEX VR взаимодействует с ВР-устройствами через программный интерфейс OpenVR. Это позволяет модулю поддерживать работу с широким спектром ВР-оборудования, представленного на рынке, в том числе, конечно же, с самыми распространенными из них – HTC Vive и Oculus Rift.

Модуль T-FLEX VR напрямую встраивается в систему проектирования T-FLEX CAD, что позволяет, кликнув по одной лишь кнопке, сразу же отобразить открытую 3D-модель в ВР. При этом 3D-модель не требует какой-либо специальной подготовки – пользователь увидит в ВР ту же самую сцену, что и в обычном 3D-окне T-FLEX CAD. О преимуществах такого подхода еще будет сказано ниже.

Навигация внутри ВР-пространства

Навигация внутри ВР-пространства производится с помощью 3D-манипуляторов. Перемещение, вращение и масштабирование – это те навигационные команды, которые доступны пользователям в любой момент. Другие команды, доступные пользователям в ВР, вызываются выбором соответствующего пункта из ВР-меню. Выбор доступных команд достаточно богат, и на этом стоит остановиться более подробно.

Прежде всего рассмотрим дополнительные возможности навигации в ВР-пространстве, доступные для пользователя.

Телепортация. Это «классический» режим, при котором пользователь указывает на определённую точку «пола» и «телепортируется» (то есть мгновенно переносится) в эту точку так, чтобы создалось впечатление того, что пользователь «стоит» именно в указанном месте. Этот режим навигации наиболее удобен при работе с архитектурными моделями, когда пользователь хочет «ходить» внутри виртуальных объектов.

Переместиться к объекту. В этом режиме пользователь указывает на ту часть 3D-модели, которую он хочет увидеть ближе, и «телепортируется» так, чтобы максимально комфортно рассмотреть выбранный участок. Этот режим может быть полезен при необходимости визуальной оценки промышленных 3D-моделей с большим количеством мелких деталей, находящихся на некотором удалении друг от друга.

Полёт. В этом режиме пользователь указывает точку на 3D-модели, а затем не «телепортируется», а движется с некоторой скоростью, понемногу к этой точке приближаясь. Данный режим может пригодиться как при работе с крупными архитектурными моделями, так и при проведении визуальной оценки промышленных 3D-моделей.

Установка масштаба изображения 1:1. После выбора данной опции масштаб изображения в ВР-пространстве приближается к естественному. Эта опция очень полезна в случае, когда воспринимаемый в ВР-пространстве масштаб 3D-модели должен соответствовать масштабу реального изделия.

Выбор камеры. В 3D-сцене T-FLEX CAD может находиться сразу несколько камер. Опция «выбрать камеру» позволяет быстро переключаться между ними. Это бывает очень удобно в те моменты, когда необходимо быстро переключаться между заранее известными точками обзора в ВР-пространстве. Например, при демонстрации 3D-модели вертолёта возможность выбора камеры позволяет мгновенно оказаться вне вертолёта и оценить его снаружи либо так же мгновенно «сесть» в кресло пилота.

Визуальная оценка виртуального прототипа

Одно из явных преимуществ ВР перед традиционными системами отображения информации – это, конечно же, возможность полностью погрузиться в ВР-сцену и действительно «увидеть» виртуальный объект, словно он уже изготовлен. Соответственно, один из простейших и естественных сценариев использования ВР – это инженерная оценка виртуального прототипа изделия. Для этих целей T-FLEX VR, кроме описанных выше команд навигации, имеет две специальные команды:

Взять. В соответствии с названием команда позволяет выбрать объект, «взять» его в руку (объект автоматически перемещается к ВР-манипулятору) и визуально оценить. Пока объект находится в руке, его можно крутить и масштабировать вторым ВР-контроллером. По завершении команды объект занимает своё начальное положение в сцене.

Сечение. При активации этой команды к ВР-контроллеру прикрепляется секущая плоскость, которую можно как динамически двигать, так и устанавливать в какое-то выбранное положение в ВР-пространстве. При этом у пользователя есть возможность создавать одновременно несколько секущих плоскостей.

Еще один важный сценарий использования ВР сегодня – это обучение персонала и послепродажное обслуживание изделий. Для этих целей в T-FLEX VR предусмотрена специальная команда:

Разборка. Данная команда позволяет запускать сценарии анимации (в том числе сценарии сборки-разборки), созданные в T-FLEX CAD. Как знают пользователи T-FLEX CAD, таких сценариев может быть сразу несколько. Пользователи T-FLEX VR могут активировать различные сценарии анимации в зависимости от выбираемых в ВР-объектов. Так, например, крупная сборка может содержать в себе отдельные сценарии для разборки разных узлов, входящих в сборку. Это позволяет использовать ВР для обучения обслуживающего персонала, что особенно актуально для тех случаев, когда оборудование является дорогим, опасным, либо всё еще существует только в виде виртуального прототипа.

В результате система проектирования T-FLEX CAD может легко предложить пользователю, например, следующий сценарий: пользователь движется по коридорам и палубам проектируемого судна, заходит в один из отсеков, находит интересующий его агрегат, извлекает его и разбирает для последующего ремонта.

Проектирование в ВР уже сегодня

Прежде чем приступать к описанию других команд T-FLEX VR, важно понять, что 3D-модель, просматриваемая пользователем в ВР-пространстве – это не копия 3D-модели из 3D-окна T-FLEX CAD, а именно та же самая 3D-модель, которая находится в процессе проектирования. Иными словами, даже находясь в ВР-сцене, пользовать продолжает всё так же работать с параметрической моделью T-FLEX CAD. Это является важным отличием и ключевым преимуществом T-FLEX CAD и T-FLEX VR перед другими САПР с заявленной поддержкой VR: пользователь T-FLEX CAD может использовать ВР не только как инструмент для просмотра 3D-моделей, визуализации и виртуального обучения, но и как инструмент проектирования, ведь любые манипуляции с моделью, которые пользователь делает в ВР, приводят к изменению этой 3D-модели (и наоборот). Именно благодаря этому факту, а также благодаря уникальным средствам параметризации T-FLEX CAD, у пользователей T-FLEX VR есть уникальный набор команд, принципиально недоступных в других системах САПР.

Сопряжения. Если 3D-сборка построена с помощью механизма сопряжений, пользователь T-FLEX VR может «хватать» и двигать выбранные элементы проектируемой конструкции в ВР-пространстве так, будто бы он двигал их руками в реальном мире. При этом имитируется воздействие на механизм, как если бы к выбранной точке детали была приложена соответствующая сила. Под воздействием этой силы деталь механизма начинает перемещаться. Движение ограничено заданными сопряжениями с другими деталями и внешним пространством. То есть выбранная деталь тянет за собой другую, вращает зубчатую передачу и т. д., пока в движение не будет вовлечён весь механизм. При этом во время движения учитывается масса и моменты инерции перемещаемых компонентов. Если включена соответствующая опция, компоненты также могут продолжать движение по инерции. Интересно, что команда может работать при одновременной активной плоскости сечения, то есть пользователь может видеть движение механизма в разрезе.

Манипуляторы. Как известно, САПР T-FLEX CAD, изначально основанная на принципах параметризации, является сегодня одним из самых совершенных средств параметрического проектирования в мире. Чертеж, 3D-модель, редактор переменных, базы данных, и даже, если это необходимо, программный код – уникальная функциональность T-FLEX CAD позволяет связать все это воедино и заставить функционировать в соответствии с заложенной в модель логикой. Манипуляторы – это специальные объекты 3D-модели, позволяющие изменять значение переменных T-FLEX CAD и посредством этого менять геометрию деталей и сборок. Этот уникальный механизм в полной мере доступен пользователям T-FLEX VR. Находясь в ВР-пространстве, можно использовать ВР-контроллеры для перемещения манипуляторов в новое положение. В соответствии с новым положением манипуляторов и, следовательно, новым значением переменных обновляется и параметрическая модель T-FLEX CAD, что может приводить к изменению 3D-геометрии деталей и сборок, автоматическому изменению чертежей и спецификаций. Таким образом, T-FLEX VR выступает совершенно реальным средством проектирования, выводя этот процесс на новый технологический уровень.

T-FLEX VR – гибкое средство для решения широкого спектра задач

Модуль T-FLEX VR, в соответствии с идеологией T-FLEX CAD, изначально разрабатывался максимально гибким, настраиваемым под самый широкий спектр задач. Поэтому для пользователей доступно большое количество параметров, позволяющих настроить то, как работает T-FLEX VR в целом, и его отдельные команды в частности. Например, для команд навигации можно: включать/выключать масштабирование и вращение, фиксировать вертикальную ось, указывать скорость перемещения в режиме «Полёт», а также доступны некоторые другие параметры. Еще один пример гибкости настроек модуля T-FLEX VR – это широкие возможности по настройке ВР-контроллеров, используемых для навигации и работы с командами в ВР-пространстве. Каждый из двух используемых контроллеров можно отдельно настроить, выбрав тот состав команд, который пользователь предпочитает иметь в левой или правой руке. Более того, «продвинутые» пользователи могут с помощью специального файла в формате XML менять как состав команд, так и внешний вид ВР-меню, в котором они появляются.

T-FLEX VR на всех этапах процесса проектирования

Уже сейчас T-FLEX VR может использоваться на всех этапах подготовки изделия: планирования, проектирования, согласования и приёмки, послепродажного обслуживания и обучения. При этом T-FLEX VR даёт пользователям возможность не только проводить визуальный анализ изделия, проверять его эргономичность, оценивать дизайн, но и вести реальное проектирование в виртуальном пространстве. Кроме того, теперь у пользователей T-FLEX CAD есть возможность использовать ВР как среду для обучения обслуживающего персонала. Большое количество различных опций и конфигурируемые ВР-контроллеры позволят удобно настроить ВР-среду под личные нужды и предпочтения каждого конкретного пользователя. А прямая интеграция T-FLEX VR и T-FLEX CAD дают в руки проектировщиков уникальные инструменты для решения самых разных задач на самом современном технологическом уровне.

T-FLEX VR – это действительно очень интересная и современная технология, ещё больше расширяющая возможности комплекса T-FLEX PLM. Как и другие продукты линейки, T-FLEX модуль T-FLEX VR будет активно развиваться и «обрастать» всё большим количеством функциональных возможностей.

Остаётся добавить, что любой желающий лично ознакомиться с возможностями нового решения может приехать в офис компании «Топ Системы» и посетить постоянно действующий демонстрационный стенд в лаборатории виртуальной реальности T-FLEX VR Lab. Для этого достаточно оставить заявку на сайте компании «Топ Системы».

В конце 2018 года, мы можем отметить, что интерес к технологии ВР постоянно растет, а сама технология всё чаще находит применение в решении широкого круга серьезных задач, стоящих перед профессионалами из самых разных областей. Как изменился за этот год T-FLEX VR и как его применяют наши клиенты? Каковы перспективы развития продукта T-FLEX VR в частности и всей области ВР в целом? Об этом и будет рассказано ниже. В данной статье мы не будем останавливаться на функциональности, уже описанной ранее, а сконцентрируемся на основных доработках и новых функциях в T-FLEX VR.

T-FLEX VR — что нового

Прежде всего, стоит сказать, что разработчики T-FLEX CAD провели большую работу по оптимизации графической подсистемы — теперь 3D-модели практически любой сложности отображаются в ВР со скоростью не меньше чем 45 кадров в секунду даже при использовании непрофессиональных «игровых» видеокарт. Данная доработка является очень важной, ведь именно высокая скорость прорисовки гарантирует комфортную работу пользователей и отсутствие эффекта укачивания (motion sickness), независимо от того, сколько длится сессия — несколько минут или несколько часов.

Существенно упростилась работа с самим модулем VR — соответствующая закладка с необходимым набором команд появилась в ленте T-FLEX CAD. Теперь для включения режима ВР достаточно нажать одну единственную кнопку. Кроме кнопки включения ВР в ленте имеются кнопка, вызывающая окно с настройками ВР, кнопка отключения ВР и кнопка для быстрого вызова соответствующего раздела справки. Итого — всего четыре кнопки на закладке. Но пусть это не вводит вас в заблуждение — основные доработки появились уже внутри самого ВР и незаметны «снаружи».

После включения режима ВР первое, что обращает на себя внимание, — это окружающее пространство: теперь стало возможным задавать текстуру для отображения в качестве окружающего пользователя фона. Названная возможность служит нескольким целям. Во-первых, работать в подобном ВР-пространстве гораздо комфортнее, общая презентативность такой сцены гораздо выше, чем ранее. Во-вторых, правильная окружающая текстура ориентирует пользователя в пространстве, обозначая для него систему координат, и дает четкое понимание направления вертикали.

Доработке подверглось ВР-меню, применяемое пользователем для переключения режимов ВР-контроллеров и выбора команд. В частности, в меню появились настройки, влияющие на возможные варианты навигации в ВР-пространстве. Стало возможным отключить масштабирование, вращения или перемещения с помощью ВР-контроллеров. Это особенно удобно при работе с архитектурными и другими моделями, в которых необходимо всегда сохранять масштаб 1:1. В том же меню настроек теперь можно включить отображение пола (всегда совмещенного с реальным полом, на котором стоит человек) либо отключить фиксацию вертикали (когда пользователю хочется иметь возможность поворачивать модель в пространстве по всем осям). Важные доработки были сделаны и в некоторых командах.

Команда «Взять»

В данной команде появилась опция, позволяющая «брать в руку» отдельные твердые тела, а не как раньше — только операции: теперь любую модель можно разобрать буквально по винтику. Кроме того, была реализована возможность, которую некоторые пользователи и «испытатели» T-FLEX VR очень просили: если ранее объект по окончании работы с ним всегда возвращался в исходную позицию, то теперь стало возможным оставлять его в произвольном месте сцены! Естественно, появилась и опция, позволяющая моментально вернуть все объекты на свои изначальные места.

Команда «Телепортация»

В данной команде появилась опция, позволяющая не только моментально переноситься из одной точки ВР пространства в другую, но и перемещаться с некоторой скоростью. Неопытным пользователям данный режим перемещения может оказаться не слишком приятным (именно поэтому по умолчанию включена мгновенная телепортация), однако для опытных пользователей режим может быть полезен.

Команда «Сечение»

В режиме работы с одной рабочей плоскостью была существенно ускорена прорисовка. Кроме того, теперь не нужно отключать активную плоскость при необходимости размещения ее в новом месте пространства — режим изменения положения активируется сразу после нажатия на триггер ВР-контроллера. Также при активной команде, в дополнение к комбинации клавиш на ВР-контроллере (курок+боковая кнопка), скрыть активные сечения можно с помощью специального пункта в ВР-меню.

Команда «Домой»

Теперь при активации данной опции модель автоматически приобретает масштаб 1:1, скрываются все установленные сечения, скрытые ранее объекты становятся видимыми, а объекты, положение которых было изменено при использовании команды «Взять», устанавливаются в свои начальные позиции.

Отображение в VR результатов конечно-элементного или динамического расчета

В предыдущей статье уже говорилось о том, что T-FLEX VR полностью интегрирован в систему T-FLEX CAD. Именно благодаря подобной интеграции и стал возможным следующий сценарий использования T-FLEX VR: после проведения, например, прочностных расчетов методом конечных элементов их результат (эпюры напряжений и т. д.) можно просматривать в ВР! Если запустить анимацию, можно увидеть, как происходит деформация конструкции под действием нагрузок. Более того, в ВР можно применять динамические сечения, чтобы увидеть распределение напряжений внутри самой детали. То же самое относится и к результатам динамического расчета — когда расчет готов, можно «воочию» увидеть движение механизма под действием внешних сил. Сегодня это, пожалуй, совершенно уникальный функционал.

Практическое применение технологий VR

По сравнению с традиционными средствами вывода графической информации, будь то обычные «плоские» мониторы или устройства, отображающие стереоизображения, современный ВР предлагает пользователю качественно новый уровень восприятия цифровых моделей. Никогда ранее человек не мог настолько полно воспринять то, что еще не воплощено в реальности и существует только «внутри» компьютера. Благодаря этому, ВР в общем и T-FLEX VR в частности могут использоваться буквально на всех этапах подготовки и эксплуатации изделия. В рамках данной статьи хотелось бы более подробно остановиться на сценариях применения T-FLEX VR нашими пользователями.

Планирование и проектирование

Проектировщику и инженеру критически важно иметь как можно более ясное представление об изделии. И чем сложнее изделие, чем дороже стоят допущенные при проектировании изделия ошибки — тем более важно для проектировщиков и конструкторов как можно раньше «вживую» увидеть результат своей работы. Виртуальная реальность позволяет по-настоящему приблизить цифровой прототип изделия к конструктору. Например, один из наших заказчиков (к сожалению, мы не можем его назвать, скажем лишь, что это очень крупное предприятие) в процессе проектирования своих изделий вынужден по нескольку раз создавать огромные полноразмерные деревянные макеты своих изделий. T-FLEX VR позволит обходиться без этого, что не только существенно сократит сроки проектирования и издержки, но и позволит проводить больше проектных итераций.

Промышленный дизайн

Некоторые производители существенное внимание уделяют не только эксплуатационным характеристикам своих изделий, но и их дизайну. И недаром — ведь если внешний вид изделия способен повлиять на продажи, то его улучшение позволяет эти продажи увеличить. Так, один из наших пока еще потенциальных заказчиков «жалуется» на то, что ввиду большого размера выпускаемой продукции дизайнерам трудно работать — на экране монитора либо на миниатюрных моделях, распечатанных на 3D-принтере, предложенный дизайн выглядит замечательно, а реальное изделие смотрится плохо. Приходится переделывать. T-FLEX VR позволяет оценивать дизайн изделий с минимальными временными затратами.

Архитектурный дизайн

О важности дизайна в архитектуре можно не рассказывать. Пожалуй, даже именно архитекторы стали первыми активными пользователями ВР — только эта технология позволяет прогуляться по будущему объекту строительства. Да, в данный момент T-FLEX CAD используется для создания архитектурных проектов довольно редко. Однако мы надеемся, что со временем ситуация изменится — ведь параметрические возможности системы T-FLEX CAD позволяют с успехом использовать ее в архитектуре и строительстве.

Презентации и выставки

Возможности современного ВР достаточно быстро были осознаны многими производителями в тех областях, где выпускаемая продукция, опять же, имеет большие габариты, в связи с чем ее демонстрация на различных мероприятиях и выставках либо связана с высокими логистическими затратами, либо вообще невозможна. Например, один из наших партнеров занимается проектированием и изготовлением оборудования и цехов для переработки молочной продукции. Получается, что если отдельные единицы выпускаемого оборудования он вполне может привезти на выставку, то с целым цехом этого сделать никак нельзя. ВР стал для нашего партнера идеальным решением, позволяющим демонстрировать на выставках (или на выездных показах) свои конструкторские проекты во всей полноте.

Обучение персонала и послепродажное обслуживание

В условиях жесткой конкуренции производители оборудования ощущают постоянную необходимость всё более сокращать сроки выпуска. Не стоит также забывать, что выпускаемая продукция может быть дорогостоящей или опасной. Кроме того, некоторое оборудование может выпускаться в единичном или столь малом количестве, что обслуживающий персонал просто не имеет возможности провести отработку своих действий на реальном изделии. Именно поэтому особенно актуальной сегодня является возможность с помощью T-FLEX VR проводить обучение персонала, причем еще до того, как продукция воплотится в физическую форму.

Перспективы развития технологий VR/AR

T-FLEX VR — это действительно очень интересная и современная технология, еще больше расширяющая возможности комплекса T-FLEX PLM. Как и другие продукты линейки T-FLEX, модуль T-FLEX VR будет активно развиваться и «обрастать» всё большим количеством функциональных возможностей. Например, в рамках закрытого показа мы уже демонстрировали нашим заказчикам возможность работы в ВР с одновременным выводом стереоизображения на большой экран с позиции ВР-пользователя. Возможно, в ближайшее время данный сценарий работы получит дальнейшее развитие. Кроме того, в скором времени, например, планируется добавить в модуль возможность проводить различные измерения виртуального макета. Есть планы и по еще большему ускорению графической подсистемы T-FLEX CAD и улучшению ее визуальной составляющей. Конечно, это далеко не полный список запланированных нововведений — компания «Топ Системы» имеет большие планы по расширению функционала T-FLEX VR. Однако мы не хотим раскрывать все свои карты — пусть это будет сюрпризом как для наших пользователей, так и для конкурентов.

Что касается развития VR/AR в целом, то мы видим огромный потенциал для совершенствования данной области. Да, у современного ВР-оборудования есть явные минусы — например, недостаточная плотность пикселей на экране, что не позволяет пользователям читать мелкие тексты или разглядывать мелкие детали конструкции.

Еще один пример того, над чем производителям оборудования стоит поработать, — динамическое изменение фокусного расстояния в зависимости от того, в какую точку дисплея смотрит глаз пользователя. Но одновременно с этим стоит признать, что устройства VR/AR непрерывно совершенствуются и то, что еще вчера казалось фантастикой, сегодня становится реальностью. Взять, например, беспроводной VR — сегодня он уже есть в нашем офисе и его можно протестировать. Над плотностью пикселей производители оборудования тоже работают — нам пришелся по душе новый HTC Vive PRO с обновленным экраном.

Конечно же, мы с интересом следим за разработками в области мобильного VR и AR. К сожалению, в данный момент технологии либо слишком слабы, либо дороги, чтобы использовать их на отечественных предприятиях. Но компания «Топ Системы» держит руку на пульсе, и как только технологии «созреют» — мы используем их для создания еще более впечатляющих продуктов под маркой T-FLEX.

Вспомним, как развивалось проектирование. Сначала были только чертежи. Затем стало возможным создание 3D-моделей. И поначалу бытовало мнение, что 3D нужно «только для красоты». Теперь же есть предприятия, полностью перешедшие на бесчертежные технологии. Вполне возможно, что в будущем экраны шлемов VR/AR полностью заменят собой мониторы, а все конструкторы предприятия, независимо от того, в каком месте планеты они находятся, будут трудиться в едином ВР-пространстве над общим проектом. Но всё это — дело будущего, хоть и не обязательно далекого. Сегодня же есть ощущение того, что индустрия AR/VR всё еще в самом начале своего пути. В заключение остается добавить, что все, кто желает лично ознакомиться с возможностями T-FLEX VR, могут приехать в офис компании «Топ Системы» и посетить постоянно действующий демонстрационный стенд в лаборатории виртуальной реальности T-FLEX VR Lab. Для этого достаточно оставить заявку на сайте компании «Топ Системы».

Источник: http://isicad.ru/
Автор: Павел Ксенофонтов

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!