Словосочетание «Виртуальная реальность» давно превратилось в подобие клише, причем чаще всего с акцентом на игровое применение. Даже способ взаимодействия с виртуальным миром в понимании обывателя ограничивается шлемом, надеваемым на голову, и погружающем пользователя в нарисованный мир, однако это не совсем так.
Это лишь верхушка «VR айсберга», причем это касается и самой технологии построения виртуального мира, и способа доставки картинки к глазам пользователя с помощью индивидуального шлема.
Как и любая другая технология, достигшая уровня зрелости, а виртуальная реальность сегодня находится именно на этой стадии, она разделилась на множество направлений и специализаций, где действительно помогает и приносит пользу.
Если обратиться к официальному определению этого термина, то виртуальная реальность это созданный техническими средствами мир, передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, осязание и т.п. имитирующий как воздействие, так и реакции на воздействие в режиме реального времени. Предлагаю разобрать это определение по частям.
Итак, мы говорим о мире, созданном техническими средствами, программным обеспечением и специалистами. Именно в способах создания и подготовки этого мира кроется первое существенное различие в подходах.
Прежде всего, стоит уточнить что основная нагрузка в построении виртуального мира ложится на программное обеспечение (ПО), тогда как шлем или проектор лишь вариация «телевизора» – средства доставки впечатлений к глазам пользователя.
На сегодняшний день принято разделять 3 принципиально разных типа программного обеспечения для создания виртуальной сцены:
- Игровые движки вроде Unreal Engine, CryEngine или Unity 3D для создания фантастических виртуальных миров, в основном для игровой индустрии.
- ПО создающее виртуальный мир на основе инженерных данных с конвертацией и преобразованием исходных моделей. Это самый многочисленный класс систем для НЕ игрового применения виртуальной реальности. Среди систем, которые формируют собственный виртуальный мир на основе заданных данных можно назвать Amira 3D – ПО для моделирования и имитации, а также анализа медицинских данных, UNIGINE- универсальный 3D движок для визуализации и тренажеров, Autodesk VRED, изначально ориентированный на автомобильную индустрию, и, даже, отечественные решения такие как VARWIN, создающие VR миры на основе готовых библиотек объектов.
- ПО для прямой загрузки CAD моделей в VR сцену. В качестве примера можно привести французскую компанию TechViz, инженеры которой, едва ли не единственные в мире, научились строить виртуальную сцену на основе реальных инженерных данных без конвертации, мы в компании ИРИСОФТ называем такой метод IRVR
Говорить о том, какой из этих подходов лучше бессмысленно – каждый хорош по-своему и годится для определенных задач. Это все равно что выбирать между ложкой вилкой и ножом – для разных блюд они подходят совершенно по-разному, однако съесть суп можно и с помощью вилки, только получится это дольше и намного сложнее.
Если посмотреть на игровые движки, то в последнее время они сильно прогрессируют по уровню детализации и качеству нарисованного мира. Именно они с точки зрения PR шумихи перетянули на себя все потребительское внимание.
Для разработчика здесь царит полная свобода. Можно рисовать что угодно и как угодно – ограничиваясь лишь фантазией и соображениями здравого смысла. Соответственно и область применения для таких систем тоже очевидна – индустрия развлечений прежде всего, а также красивые презентации объектов, которых нет (или пока нет) в физическом мире.
Здесь используются реалистичные текстуры, световые эффекты, смена времен дня и года, а также имитация атмосферных явлений. В общем все те приемы, которые позволяют максимально приблизить виртуальную реальность к физической, и там где важна визуальная составляющая, и желание произвести хорошее впечатление на пользователя.
Однако для VR презентаций реальных объектов и особенно сложных, игровые движки подходят не идеально, поскольку создают хоть и предельно эффектную картинку, но слишком далекую от физических параметров объектов.
Для таких задач лучше подходит вторая категория VR систем, предназначенных не только для развлечения и презентаций, но и для бизнес задач – ПО, создающее виртуальную сцену на основе реальных инженерных данных. Как это работает?
Например, нам нужно эффектно представить будущий завод, который уже спроектирован в САПР системе.
Руководству или заказчикам нужно эффектно презентовать проект с разных ракурсов, полетать вокруг или заглянуть внутрь будущего цеха так, как будто он уже существует.
Для этого мы берем реальные проектные данные будущего завода и преобразуем (конвертируем) их в объекты виртуального мира, натягивая текстуры и световые эффекты. Делается это не быстро и довольно трудозатратно, но зато на выходе получаем очень красивый мир, похожий на реальный объект гораздо больше просто нарисованного художником.
То же самое с виртуальными тренажерами. Зачем придумывать с нуля кабину управления железнодорожного локомотива, пассажирского самолета или пульт управления атомной станцией? Игровые движки на это тоже годятся, но гораздо правильнее взять реально спроектированную в САПР модель, возможно упростив ее до нужного уровня, и конвертировать инженерные данные в виртуальную сборку.
Добавляем реалистичные текстуры и физику, задаем сценарии применения и тренажер готов. Этим как раз и занимается многочисленная армия профессиональных VR движков второго типа из представленного выше списка.
Надев VR шлем или используя комнату виртуальной реальности (VR Cave), можно «ходить» и видеть «реальное» оборудование и приборы.
Именно на тренажерах виртуальная реальность часто выходит за рамки индивидуального шлема, ведь для обучающегося требуется предельная реалистичность окружения.
Виртуальный мир за окном создается с помощью проектора, или системы проекторов с разных сторон, а сами такие системы, зачастую, используют микс реальных приборов и виртуального окружения.
Например, это может быть реальная кабина локомотива, у которой лобовое и боковые стекла заменяют экран с реалистичной обстановкой за ними. Экзаменуемый начинает движение состава, и окружающий пейзаж приходит в движение в соответствии с управляющими командами.
Другой оператор, управляющий VR сценой, может изменять время дня или года, а также моделировать препятствия по маршруту, для проверки скорости реакции и навыков экзаменуемого.
На таких тренажерах сегодня обучаются специалисты до того, как сесть за штурвал или заступить на ответственное дежурство, ведь здесь цена ошибки лишь не сданный зачет, а не погубленные жизни, испорченное оборудование или техногенная катастрофа.
В VR без конвертации – бизнес-применение
Любопытно, что для некоторых задач красота виртуального мира вообще отходит на второй план, уступая пальму первенства скорости точности виртуальной модели. Для этого используется третий тип ПО, которое строит виртуальную сцену из CAD данных напрямую и без конвертации.
Так ПО от TechViz фактически перехватывает OpenGL или DirectX поток, отправляемый на видеокарту, и строит на его основе собственную виртуальную сцену в режиме реального времени.
Построение VR сцены таким образом происходит «на лету» и без «посредников», а в виртуальный мир попадают настоящие инженерные модели в том виде, как их задумал конструктор, и для многих задач это критически важно, особенно на стадии проектирования.
Например, для моделирования процессов в условиях дефицита места и анализа зон обслуживания оборудования в отсеке подводной лодки или космическом корабле.
До построения реального прототипа «в железе», виртуальная сборка позволяет быстро и наглядно примерить на себя компоновку и размещение оборудования, понять насколько удобно или не удобно будет его использовать и обслуживать, ведь что-то подвигать и изменить в цифровой модели гораздо быстрее, проще и дешевле, чем исправлять ошибку на более поздних стадиях.
Таким образом, виртуальная реальность превращается из средства визуализации в рабочий инструмент проектанта, расширяющий возможности системы проектирования до виртуального мира с создаваемым объектом в центре него.
Именно для таких систем чаще всего принято выходить за рамки индивидуального VR шлема. Зачастую виртуальную обстановку вокруг оператора нужно смоделировать полностью.
Для этого создаются целые комнаты, называемые VR cave или «виртуальная пещера» где вместо стен пола и потолка размещаются специальные проекции, окружающие оператора со всех сторон. Каждую такую плоскость рисует отдельный проектор, которым управляет своя графическая карта, и все они синхронизируются между собой в глазах оператора.
То есть вы можете перемещаться в любом направлении, а виртуальный мир будет изменяться и подстраиваться под вас. Это обеспечивается специальной системой трекинга, отслеживающей действия оператора с высокой точностью.
Это может быть специальный джойстик (flystick)с маркерами или перчатки с сенсорами, которыми можно очень точно нажимать на виртуальные кнопки в кабине или держать виртуальный инструмент, а может быть целый костюм с датчиками, который демонстрирует поведение оператора внутри виртуального мира.
Кроме того, для создания эффекта объема оператор надевает 3D очки как в кинотеатре (чаще всего использующие активную (затворную) технологию и рисующие отдельную картинку для правого и левого глаза). Тогда окружающий мир получает еще и объем в глазах пользователя, способствуя максимальному погружению в окружающую обстановку.
Такую систему очень удобно использовать для решения междисциплинарных коллизий или ошибок, приемки технических решений, а также совместного проектирования, ведь в VR комнате одновременно могут находиться несколько специалистов с разным взглядом и уровнем понимания, однако виртуальная сборка позволяет быстро и наглядно погрузить их в единый контекст задачи.
Применение виртуальной реальности сегодня очень разнообразно. Она позволяет человеку расширить границы возможного, взаимодействуя с нереальным объектами так, как будто они существуют в физическом мире. Многообразие же самих виртуальных инструментов и подходов, делают использование этой технологии более точной и целесообразной для решения конкретных задач.
