Виртуальная и дополненная реальность (VR/AR) в исполнении SOLIDWORKS, Onshape, Siemens, Autodesk и других

Остались в прошлом вызывающие состояние легкого укачивания виртуальные прогулки с низким разрешением изображения, такие как «Dactyl Nightmare» от Virtuality и монохромный VirtualBoy от Nintendo, и сегодня мы можем получить доступ к виртуальной реальности высокого разрешения, просто достав гаджет из кармана.

Если в вашем смартфоне есть гироскоп (а в большинстве смартфонов он есть), вы можете вставить свое устройство в простейший шлем Google Cardboard за 15 долларов и получить доступ к таким виртуальным мирам, какие невозможно было представить 20 лет назад.

Рис. 1. Она смеется или ее слегка укачало? (страница из рекламного ролика игровой системы Virtuality)

Увеличение доступности систем виртуальной реальности сопровождается появлением новых приложений – и не только игровых, но и инженерных.

Мы побеседовали с представителями пяти САПР компаний о том, как они внедряли у себя системы AR/VR и каким образом их инженеры используют новые инструменты в технических коммуникациях, проектировании и презентациях.

SOLIDWORKS

Такой высококачественный рендеринг естественным образом мог бы использоваться в приложениях виртуальной реальности, и это действительно реализовано.

Рис. 2. Исследование естественного солнечного освещения в SOLIDWORKS Visualize (изображение предоставлено Брайаном Хиллнером)

Используя новую 360-VR камеру, SOLIDWORKS Visualize Professional может создавать потрясающие фотореалистичные изображения и анимации, которые легко можно воспроизвести с помощью смартфона и набора Google Cardboard за 15 долларов.

«Это позволяет нашим клиентам разрабатывать продукты быстрее, чем когда-либо прежде, одновременно снижая затраты на физическое прототипирование и дорогостоящие производственные ошибки, что приводит к значительно более коротким циклам разработки и в целом к более качественному окончательному проекту», – добавил Хиллнер.

Рис. 3. Подготовлено для использования в VR (изображение предоставлено автором)

Onshape

На конференции L.E.A.P. в октябре 2018 года генеральный директор Onshape Джон Хирштик представил посетителям предварительную версию системы трехмерного проектирования Onshape for Magic Leap, появившуюся в результате сотрудничества Magic Leap и Onshape. Система позволит более естественным образом манипулировать деталями проекта, а распознавание жестов сделает возможным создавать эскизы, изменять размеры и использовать другие функции САПР, которые мы привыкли выполнять, передвигая мышь на плоскости.

Рис. 4. Onshape, встроенная в Magic Leap (изображение предоставлено Onshape)

И поскольку это – облачное приложение, работающее в вашем браузере, оно также имеет кроссплатформенную функциональность.

«Например, если три пользователя работают над одним проектом, один из них может использовать браузер, другой – свое мобильное устройство во время поездки в поезде, а третий может находиться в другом офисе, надев гарнитуру Magic Leap, и все они смогут работать над одной и той же моделью одновременно, – продолжил Данн. – Magic Leap – это облачное устройство, именно поэтому его поддерживает Onshape. Никакая другая САПР компания не сможет этого сделать (во всяком случае, ни одна из тех, о которых я знаю).
Я могу с уверенностью сказать, что Onshape может аналогичным образом поддерживать также и другие устройства. Планируя наши следующие разработки, мы будем ориентироваться на запросы пользователей».

Вы можете посмотреть презентацию Джона Хирштика на конференции L.E.A.P. в видео ниже (его выступление начинается примерно через 2 часа 40 минут от начала).

Unreal Engine

Если вы пропустили эти статьи, мы приведем здесь краткое описание Unreal Studio.

Unreal Studio – это набор инструментов, с помощью которых инженеры и архитекторы могут импортировать технические САПР файлы в Unreal Engine, традиционно ориентированный на нетехнические САПР форматы, такие как Blender, Rhino или Maya. Проблема, с которой столкнулись промышленные пользователи Unreal Engine, заключалась в том, что процедура преобразования технических САПР данных в формат Unreal Engine 4 (UE4) была достаточно сложной. Технические САПР файлы, особенно производственные, могут быть достаточно большими из-за реализованной в них геометрии.

К счастью, Unreal Studio упрощает процесс импорта, и теперь инженеры могут переносить САПР данные, предназначенные для производства, в UE4 с минимальными усилиями, сохраняя при этом всю функциональность оригинальных моделей.

Учитывая, что Unreal Engine – это движок для видеоигр, можно ожидать, что в UE4 есть какая-то поддержка виртуальной реальности. И это на самом деле так – в нем есть куча возможностей для реализации VR и AR, а также множество инструментов, которые помогут в портировании на выбранную вами VR или AR платформу.

Рис. 5. Один из этих автомобилей настоящий. Другой – нет (изображение предоставлено Epic Game)

Инженеры, архитекторы и конструкторы уже давно используют UE4 для обмена техническими данными (и не только для этого), отсюда и возникла потребность в разработке такого продукта, как Unreal Studio.

«Нас потрясли инновационные продукты, разработанные инженерами для корпоративного программного обеспечения, в которых возможности работы в режиме реального времени, предоставляемые Unreal Engine, были объединены с технологиями виртуальной и дополненной реальности для решения сложных задач и визуализации проектов с большей детализацией и наглядностью, – сказал Марк Пети (Marc Petit), генеральный менеджер по Unreal Engine, Epic Games. – Инженеры многих отраслей, от проектирования автомобилей до подводных исследований, считают, что иммерсивная визуализация в реальном времени совершит переворот в средствах повышения эффективности, качества и безопасности в их отраслях».

Одним из таких промышленных пользователей возможностей VR в Unreal Engine является немецкий производитель автомобилей BMW.

BMW создала лабораторию смешанной реальности, совмещающую виртуальную реальность Unreal Engine с реальным физическим оборудованием, где пользователи испытывают гораздо большую степень погружения по сравнению с использованием одной только виртуальной реальности. Испытательный стенд Mixed Reality состоит из смоделированного салона автомобиля с рулем, педалями и регулируемыми сиденьями, а также VR системой, работающей на Unreal Engine 4. Компьютер, приводящий в действие этот макет, представляет собой игровую установку с водяным охлаждением, на которой стоят два графических процессора NVIDIA TITAN X, обеспечивающие рендеринг в реальном времени со скоростью 90 кадров в секунду.

Рис. 6. Лаборатория смешанной реальности BMW (изображение предоставлено BMW)

Например, конструктор захочет проверить, насколько удобно управлять информационно-развлекательной системой автомобиля, когда у него полностью заблокирован руль или, например, когда сиденье откинуто назад. Мы считаем, что с этим не должно быть проблем, но плохо спроектированный пользовательский интерфейс может существенно повлиять на важные для человека параметры – безопасность, доступность и комфорт. В лаборатории смешанной реальности BMW задачи, подобные этой, а также множество других можно моделировать визуально и физически.

Посмотрев это видео, вы сможете узнать больше о том, как BMW использует технологии смешанной реальности при разработке своих систем:

Oceaneering производит высококлассные подводные транспортные средства с дистанционным управлением, использующиеся для проверки и монтажа подводных кабелей и труб (а также для других подводных работ). Компания использует усовершенствованную систему 3D-визуализации и оперативного управления под названием Abyssal OS Offshore для ориентации в часто мутной воде океанских глубин.

Одной из проблем, с которой постоянно сталкиваются подводные беспилотники, является плохая видимость при работе на глубине. Мало того, что само океанское дно создает проблемы с обзором, но еще и когда такие аппараты работают на глубине, они могут поднимать донные отложения, из-за которых видимость становится практически нулевой. Эта взвесь может держаться часами (или даже днями), а простой стоит операторам беспилотников больших денег. Поскольку и операторы, и сами аппараты недешевы, компаниям, нанимающим их, приходится оплачивать время простоя при отсутствии видимости.

Abyssal OS недавно решила использовать возможности визуализации Unreal Engine для воссоздания реальной картины океанского дна в игровом движке, что, в свою очередь, позволяет осуществлять навигацию на основе наложения трехмерной модели. Вы можете увидеть пример этого на рис. 7.

Рис. 7. Дополненная реальность под водой (изображение предоставлено Oceaneering)

Siemens NX

Для доступа к возможностям VR в NX требуется установка программного обеспечения Steam и Steam VR, и в настоящее время Siemens поддерживает системы HTC Vive и Vive Pro HMD, при этом в будущем ожидается более широкая поддержка других систем.

Хотя Siemens и заявляет, что это инструмент для анализа проекта, а не полноценный САПР редактор, он тем не менее выглядит довольно круто (насколько об этом можно судить по промороликам компании) и предлагает набор инструментов и функций для взаимодействия с моделью, ее проверки и валидации, как можно видеть на рис. 8.

Рис. 8. Проверка большой газовой турбины в NX (изображение предоставлено Siemens)

Каждый инженер, занимающийся моделированием, знает, что хорошая симуляция начинается с хорошей сетки. Или, другими словами, плохая симуляция может начаться с плохой сетки.

В STAR-CCM + VR инженеры могут сначала выполнить построение сетки, а затем передвигаться внутри компонента и проверять качество сетки способами, которые раньше были невозможны. Теперь они могут исследовать сетку, перемещаясь по компоненту, как если бы они находились там лично и поворачивали голову, осматривая те места, которым требуется особое внимание.

Возьмем, к примеру, модель сетки лопаток турбины, показанную на рис. 9. Лопатки турбины имеют маленькие охлаждающие каналы и множество сложных внутренних полостей. Просмотр этой сетки на 2D-экране, ее вращение и разрезание мышью могли бы быть утомительными, но только не теперь. Проход сквозь полости лопаток турбины позволит осмотреть сетку на таком уровне детализации и контроля, которые раньше были недоступны.

Рис. 9. Движение сквозь турбинную лопатку в STAR CCM + (изображение предоставлено Siemens)

Вы можете увидеть результаты моделирования в области вычислительной газогидродинамики на рис. 10, где показан поток выхлопного газа, выходящий из трубы на нефтяной вышке. Перенос этой симуляции в HTC Vive и моделирование его с точки зрения реального человека позволяет интуитивно лучше понять процесс, что трудно достижимо с помощью традиционных методов визуализации.

Рис. 10. Моделирование газогидродинамических процессов в VR (изображение предоставлено Siemens)

Autodesk

Давайте посмотрим, например, какие средства VR предлагаются в VRED.

Напомним, что VRED является платформой для создания прототипов и 3D-визуализации, ориентированной в основном на тех, кто работает в автомобильном секторе. Она предоставляет ожидаемо высокое качество рендеринга, широкий спектр фотореалистичных материалов и схем окраски, а также все остальное, что нужно для проектирования современных автомобилей.

Какое-то время назад в VRED появились возможности работы в виртуальной реальности и даже полнофункциональные шарнирные руки, которыми можно управлять в виртуальном мире с помощью соответствующих контроллеров, например тех, которые используются для HTC Vive. VRED также включает расширенную поддержку для более продвинутых шлемов виртуальной реальности, таких как VRgineers VRHero и XTAL VR.

Рис. 11. Светящиеся руки (изображение предоставлено Autodesk)

Рис. 12. Разрежьте свой автомобиль в VRED (изображение предоставлено Autodesk)

Несомненно, революционный инструмент проектирования, который сделал генеративный дизайн доступным для массового использования, должен обладать средствами для создания виртуальной реальности.

Увы, это пока не так...

Впрочем, пользователи, желающие исследовать свои проекты в VR, могут сделать это с помощью стороннего подключаемого модуля ENTiTi, который доступен в Autodesk App Store.

В заключение

Скептические публикации некоторых авторов, разочарованных несовершенством существующих технических решений, могут заставить вас поверить в то, что виртуальная реальность действительно умирает, но выраженное в них мнение основывается в большей степени на данных о продажах игровой периферии и другой статистике, не относящейся к теме нашего разговора. Хотя индустрия игр и внесла огромный вклад в развитие технологий виртуальной реальности, она является далеко не единственной сферой их применения.

Например, в этих статьях не говорится о том, что таким компаниям, как оборонный гигант BAE Systems, удалось значительно сократить время сборки компонентов батареи и повысить эффективность обучения работников на 30–40 процентов.

Они также не упоминают, что такие компании, как Lockheed Martin, также используют VR/AR для обучения инженеров, разрабатывающих спутники, что позволяет сократить время монтажа кабельных систем на впечатляющие 93%! Это дает экономию в 10 миллионов долларов в год.

Список историй успеха в производстве высококлассного оборудования можно продолжать и продолжать.

Так кто же будет переживать по поводу того, что продажи игровых виртуальных систем не оправдали ожиданий?

Точно не представители оборонной и автомобильной промышленности. А здесь крутятся действительно большие деньги. Подобно графическим процессорам, которые выросли из игровой индустрии и в настоящее время используются для исследований в области науки и технологий, виртуальная реальность, похоже, идет по тому же пути.

Подводя итог сказанному, можно с уверенностью сказать, что использование виртуальной реальности в области производства только начинается, и мы ожидаем, что оно будет расширяться, особенно в сфере подготовки производства и симуляции.

«Убойное» приложение которого так долго ждут фанаты виртуальной реальности, может оказаться совсем не таким, каким они его представляют, и, по-видимому, оно появится не в мире игр.