3D виртуальная реальность
3D и «виртуальная реальность» завоевали важное место в современной иерархии технологий, являясь сегодня популярнейшими решениями для множества областей человеческой деятельности.
Трехмерное кино и телевидение, технологии объемного моделирования, создание 3D-голограмм, трехмерные транспортные симуляторы и даже целые комплексы виртуальной реальности для инженерного и конструкторского дела. Все это стало (или постепенно становится) частью повседневности, помогая профессионалам организовывать реальность первичную, обогащать пространство и развлекать зрительские аудитории, оптимизировать образовательные процессы, создавая новое пространство окружающего мира и заглядывая в будущее.
Все 3D-технологии имеют общую основу – они используют бинокулярное зрение человека, создавая для каждого глаза отдельное изображение. Они совмещаются в единую объемную картинку в мозге после обработки данных из двух источников (принцип стереоскопии). Однако, это единственный общий момент, которые объединяет «3D-кино» и передовые инженерные программно-аппаратные комплексы для трехмерного проектирования.
Сегодня в дружную семью технологий 3D и виртуальной реальности входят, во-первых, широкий спектр программного обеспечения для создания трехмерных, «объемных» объектов на плоских отображающих поверхностях, которые воспринимаются зрением как объемные без вспомогательных средств.
Во-вторых, под 3D подразумеваются технологии получения эффекта объемного изображения с помощью специальных очков, разделяющих два видеопотока для оптимального восприятия человеком в соответствии с принципом стереоскопии (активные и пассивные системы). В-третьих, это различные шлемы виртуальной реальности, которые используются, прежде всего, в сфере развлечений и образовании. Также, к 3D относятся различные объемные голографические отображения (музейные витрины, шоу-бизнес и т.д.), средства дополненной реальности и т.д.
Наконец, к 3D и виртуальной реальности относятся программно-аппаратные комплексы – совокупность датчиков, отображающих поверхностей, ПО, камер и проекторов, объединенные в сложнейшие суперпроизводительные решения промышленного уровня.
Работая на рынке проекционных технологий более 25 лет, на сегодняшний день Центр проекционных технологий «Викинг» уже ввёл в эксплуатацию многие из систем, описанных выше. Являясь официальным дистрибьютором таких брендов, как Christie, Mitsubishi, Extron, AMX, Projecta - лидеров в области проекционной/коммутационной техники, каждый объект не только создается на базе качественной техники, но и имеет постоянную сервисную поддержку, как со стороны «Викинга», так и представительств компаний-производителей оборудования.
Обобщая наш опыт в этой сфере, можно сказать, что 3D и виртуальная реальность охватывают в проектах «Викинга» широкую область задач, от сугубо развлекательных до более серьезных образовательных и критически важных промышленных.
Приоритетным направлением для нашей компании здесь является работа с комплексами 3D проектирования CAVE - мощнейший рабочий инструмент, с помощью которого наши заказчики получают возможность полностью обходиться без натурного макетирования, а также ускорить темпы работ над самым сложными проектами.
Одним из самых современных решений для визуализации сложных технических систем сегодня является программно-аппаратный комплекс «Комната виртуальной реальности», как её часто называют- «КЕЙВ» (от англ. «CAVE» - пещера). Без преувеличения, этот продукт можно назвать вершиной реализации возможностей современных технологий виртуальной реальности, объединенных в буквальном смысле слова в одной комнате.
Комната виртуальной реальности традиционно реализуется как замкнутое с пяти сторон (кроме входа) рабочее пространство. Три стены (правая, левая и фронтальная), пол и потолок выполнены в виде жестких экранов обратной проекции. Используются высококачественные просветные акриловые экраны, которые обеспечивают высокую контрастность и равномерность изображения.
Конструктив комнаты виртуальной реальности разработан таким образом, что экраны внутри него монтируются стык в стык, что позволяет в рабочем режиме исключить визуальный дискомфорт от разделения изображения на части и сформировать единое 3D – пространство. Изображение на данных экранах формируется мультимедийными cтереопроекторами. Специалисты «Викинга» используют проекторы серии Christie Mirage, являющиеся лидерами в области проекционной техники.
CAVE, имеющий 5 экранов, является наиболее совершенной конструкцией комнаты виртуальной реальности. Кроме этого варианта, можно использовать также CAVE с четырьмя или даже с тремя сторонами.
Также для демонстрации 3D-изображения
можно использовать
панорамные системы,
так называемые CADWALL. Читать подробнее...
Создание каждой новой комнаты виртуальной реальности требует очень серьезных трудозатрат: количество составных элементов каждого отдельного объекта этого класса очень высоко, каждый из них – сложнейший механизм сам по себе, объединить их в единый работающий как часы организм – задача для двух-трех трудовых коллективов в стране, включая сотрудников компании «Викинг».
Технический аспект
Комната виртуальной реальности - это решение, разрабатываемое индивидуально с учётом конкретных задач и возможностей заказчика, поэтому принцип масштабируемости является основой его конструкции. Также, CAVE обеспечивает возможность использования разного количества проекторов с разным разрешением в зависимости от задачи и типа контента.
Основной элемент таких решений - подсистема вывода изображения, основанная на мощных ПК (графических станциях). Важную роль также играют специализированное программное обеспечение (ПО), которое подбирается под форматы моделей. Основными брендами в области ПО для систем виртуальной реальности являются TechViz, IC.IDO, Virtalis.
Неотъемлемой частью комнаты виртуальной реальности является подсистема трекинга и подсистема затворных (активных) 3D-очков. Именно 3D-очки позволяют оператору (зрителю) увидеть объемное изображение, а для того, чтобы это изображение было целостным и создавалось единое 3D-пространство, позволяющее погрузиться в виртуальную среду, используется подсистема трекинга. Это набор камер, которые отслеживают положение так называемых «маркеров» (датчиков), размещенных на 3D- очках (или теле) оператора, передают информации подсистеме вывода изображения, которая корректирует геометрию контента на каждом из экранов под точку зрения оператора.
Взаимодействие оператора с виртуальной средой осуществляется посредством джойстика, который позволяет выполнять целый ряд операций, предоставленных возможностями ПО.
Вспомогательной системой широкоформатной стереопроекции предназначена для формирования вида с заранее фиксированной точки 3D-модели в КВР и вывода этой проекции на большой экран коллективного пользования для большой группы заинтересованных лиц.
Конечная цель тончайшей настройки множества элементов КВР заключается в создании возможностей для эффективной работы коллективов разработчиков, конструкторов, инженеров и других специалистов, которые могут использовать функционал CAVE в своих рабочих процессах.
Комната поддерживает одновременный вывод на один экран объектов из нескольких систем объемного проектирования, запоминает «точки взгляда на объект» с возможностью быстрого возврата к ним, позволяет работать с сечениями объекта, производить виртуальную разборку/сборку модели и так далее.
Использование всех подсистем ПАК одновременно позволит сотрудникам
предприятия работать в следующей конфигурации: оператор, находясь в КВР, полностью погружается в виртуальную среду, содержащую проектируемый объект, и взаимодействует с его трехмерной моделью. Заинтересованные лица могут находиться рядом или располагаться перед системой широкоформатной стереопроекции, отображающей то, что видит оператор, или вид с заранее определённой фиксированной точки.
Подсистемы ПАК могут быть использованы и по отдельности. Если нет презентационной составляющей в работе оператора, то комната виртуальной реальности может быть использована без подключения системы широкоформатной стереорпроекции.
Одними из самых перспективных направлений применения КВР сегодня являются геофизика, нефте-газодобыча, судостроение, машиностроение и проектирование крупных промышленных объектов, где необходимо тщательно отрабатывать расположение элементов конструкции и различного оборудования.
При работе с КВР повышается информационность рабочих процессов, а поскольку пространственное воображение распределяется между специалистами конструкторских бюро неравномерно, КВР за счет высочайшего уровня наглядности позволяет компенсировать пробелы и дает возможность большему количеству конструкторов включаться в работу на 100% своих потенциальных возможностей.