T-FLEX VR – возможности, применение и перспективы

Автор: Павел Ксенофонтов, руководитель лаборатории T-FLEX VR Lab компании «Топ Системы»

Что такое T-FLEX VR

Компания «Топ Системы», являясь одним из ведущих российских разработчиков САПР, впервые продемонстрировала свои разработки в области Виртуальной Реальности (далее сокращённо «ВР») в мае 2017 года в рамках своего ежегодного IT-Форума T-FLEX PLM. Именно тогда широкой общественности был показан T-FLEX VR – модуль, добавляющий поддержку ВР в один из флагманских продуктов компании «Топ Системы» – САПР T-FLEX CAD. В мае 2017 года технология ВР еще была достаточно нова, и для многих участников Форума знакомство с модулем T-FLEX VR стало первым знакомством с технологией ВР вообще. Вполне естественно, что данная технология была воспринята некоторыми людьми как «игрушка», мало применимая в реальной работе, некий проходной тренд.

Компания «Топ Системы» начиная с 2017 года непрерывно развивала продукт T-FLEX VR и, как мы понимаем, не зря - сейчас, в конце 2018 года, мы можем отметить, что интерес к технологии непрерывно растёт, а сама технология ВР всё чаще находит применение в решении широкого круга серьёзных задач, стоящих перед профессионалами из самых разных областей. Более того, мы считаем, что даже сейчас большинство пользователей только начинают осознавать потенциал технологии ВР.

Что же сегодня может предложить T-FLEX VR и как его применяют наши клиенты? Каковы перспективы развития продукта T-FLEX VR в частности и всей области ВР в целом? Обо всём этом мы расскажем ниже.

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 – Oculus Rift, HTC Vive и HTC Vive Pro.

Модуль T-FLEX VR напрямую встраивается в систему проектирования T-FLEX CAD. В ленте команд T-FLEX CAD появляется соответствующая дополнительная закладка. Клик по кнопке включения режима ВР позволяет сразу же отобразить открытую 3D-модель в ВР. Важно, что 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. Тут необходимо упомянуть о возможности системы T-FLEX CAD напрямую читать форматы различных CAD систем (Siemens NX, Solid Edge, CATIA, SolidWorks, Creo, Pro/ENGINEER, Autodesk Inventor, AutoCAD) – соответственно, у пользователей T-FLEX VR есть возможность работать в ВР с моделями, созданными в других системах.

Графическая подсистема T-FLEX CAD была дополнительно оптимизирована для работы в ВР: модели практически любой сложности отображаются со скоростью не меньшей, чем 45 кадров в секунду на один глаз даже при использовании непрофессиональных «игровых» видео-карт. Это гарантирует комфортную работу пользователей и отсутствие эффекта укачивания (motion sickness) вне зависимости от того, сколько длится сессия – несколько минут или несколько часов.

Навигация внутри ВР-пространства, что вполне логично, производится с помощью 3D-манипуляторов. Перемещение, вращение и масштабирование – это те навигационные команды, которые доступны пользователям в любой момент. При необходимости, можно зафиксировать масштаб сцены (когда есть необходимость работать в ВР строго в масштабе 1:1) либо отключить фиксацию вертикали при вращении сцены. Другие команды, доступные пользователям в ВР, также вызываются выбором соответствующего пункта из ВР-меню.

Преимущества T-FLEX VR

Пожалуй, в рамках данного материала нет смысла подробно останавливаться на описании всех отдельных команд, доступных в T-FLEX VR. Хочется, однако, отметить, что прямая интеграция T-FLEX VR в T-FLEX CAD даёт пользователям целый ряд преимуществ: 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, находящаяся 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 преимуществом T-FLEX CAD и T-FLEX VR перед многими другими САПР с заявленной поддержкой VR: пользователь T-FLEX CAD может уже сейчас использовать ВР 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 при использовании ВР-расширений для других 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, т.е. 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, соответственно, 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.

Отображение в VR результатов конечно-элементного или динамического расчётов

Благодаря прямой интеграции T-FLEX VR и T-FLEX CAD пользователь может увидеть в ВР всё, что может быть отображено в 3D-окне. Это значит, что после проведения, например, прочностных расчётов методом конечных элементов, результат этих расчётов (эпюры напряжений и т.д.) можно просматривать в ВР. Если запустить анимацию, можно увидеть то, 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 расчёта – когда расчёт готов можно «воочию» увидеть движение механизма под действием внешних сил. Сегодня, пожалуй, это совершенно уникальный функционал.

Практическое применение технологий T-FLEX 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. Остановимся подробнее на отдельных этапах:

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 явно 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, улучшение этого внешнего вида 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

Про важность 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 достаточно редко. Однако мы надеемся, что со временем ситуация изменится, ведь параметрические возможности системы T-FLEX CAD позволяют с успехом использовать её в архитектуре и строительстве.

Презентации и выставки

Возможности современного ВР достаточно быстро были осознанны многими производителями в тех областях, где выпускаемая продукция, опять же, имеет большие габариты, в связи с чем демонстрация продукции на различных мероприятиях и выставках либо несёт высокие логистические затраты, либо вообще невозможна. Например, один из наших партнёров занимается проектированием и изготовлением оборудования и цехов для переработки молочной продукции. Получается, что если отдельные единицы выпускаемого оборудования он вполне может привезти на выставку «вживую», то с целым цехом этого сделать никак нельзя. В этом случае ВР стал для нашего партнёра идеальным решением, позволяющим демонстрировать на выставках (или на выездных показах) всю полноту их конструкторских проектов.

Обучение персонала и послепродажное обслуживание

В условиях жесткой конкуренции производители оборудования ощущают постоянную необходимость всё более сокращать сроки выпуска. Также не стоит 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 сегодня особенно актуальной является возможность с помощью T-FLEX VR проводить обучение персонала, причём еще до того, как продукция воплотилась в физическую форму.

Перспективы развития технологий VR/AR

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. 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. Также, например, в скором времени планируется добавить в модуль поддержку так называемой смешанной реальности, а также возможности проводить различные измерения виртуального макета. Конечно, это далеко не полный список запланированных нововведений - у компании «Топ Системы» есть 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 развития данной области. Да, у современного оборудования есть явные недостатки – 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 обновлённым 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 лишь чертежи. Затем стало возможным создание 3D моделей. И поначалу бытовало мнение, что 3D нужно «только для красоты». Теперь же есть предприятия, полностью перешедшие на бесчертёжные технологии. Вполне возможно, что в будущем экраны шлемов VR/AR (скорее всего, в итоге останется только AR) полностью заменят мониторы, а все конструкторы предприятия вне зависимости от того, в каком месте планеты они находятся, будут трудится в едином ВР-пространстве над общим проектом. Но всё это – дело будущего, хоть и не обязательно далёкого. Сегодня же есть ощущение того, что индустрия AR/VR всё еще в самом начале своего пути.

В заключение остаётся добавить, что любой желающий лично ознакомиться с возможностями T-FLEX VR 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».

Дополнительно