ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ
Виртуальная реальность - это новое поколение человеко-машинного интерфейса, которое используется наиболее эффективно при работе с трехмерной информацией. Чуть более романтичное определение - это технология, позволяющая погрузиться в иллюзорный, искусственный мир. Характерными признаками виртуальной реальности являются моделирование в режиме реального времени, имитация окружающей обстановки с высокой степенью реализма, а также возможность воздействовать на окружающую среду и иметь при этом обратную связь.
Данные, которые мы получаем в виде цифр, соотносятся с различными параметрами окружающей нас действительности. Мы не видим слова «прохладно», а видим «3,7 градуса». Точно также мы видим и описываем трехмерные объекты и их положения – например, «автобус едет». А на «языке данных» возникают координаты автобуса на карте города. На данном этапе, на этапе цифровой трансформации, мы перешли к попыткам, уже достаточно успешным, работы с объемными изображениями. И как бы романтично ни звучало "погружение в иллюзорный мир", виртуальная реальность вполне полезная, используемая в промышленности технология.
О том, как применяется виртуальная реальность для решения различных задач, мы рассказали в этой лекции.
Запись вебинара:
Виртуальная реальность – молодая технология, но с достаточно длинной историей. Это новая технология в том смысле, что мы работаем с цифровыми образами, но вообще ранняя история виртуальной реальности уходит глубоко, в средние века. Известны панорамные выставки картин на вогнутых стенах. Человек, входя в это пространство, некоторым образом погружался в имитацию окружения вокруг себя. Конечно, это ещё не виртуальная реальность, но это говорит о желании человека погрузиться в некий «другой мир». И это желание привело впоследствии к созданию виртуальной реальности.
Примерно два века назад были изобретены стереоскопы. Может быть, кто-то в детстве смотрел так называемые диафильмы (когда вставляешь слайд в диапроектор, и он отображается на стену или экран). Вот если два таких слайда ставить в разные окуляры, на определенном расстоянии от глаз, то у человека появляется ощущение объемного погружения в эту среду.
Можно сказать, что «виртуальный туризм» появился 200 лет назад, на прототипе стереоскопа, чем-то напоминающего современные очки и лорнет, люди смотрели объемные картинки различных городов.
Сами по себе тренажёры – это тоже не совсем новая вещь. По крайней мере, как мы знаем из истории, уже 100 лет назад использовались первые симуляторы полёта. Как только появились первые самолёты, появились и первые симуляторы для отработки сложных действий в условиях, напоминающих реальность. Это, конечно, не виртуальная реальность, но путь к ней.
Уже 100 лет назад тестировались причудливые стереовизоры, в два разных окуляра транслировался фильм. Устройство не имело успеха, возможно, потому что было неудобным, неэргономичным.
Была изобретена «киностереомашина» с ещё более полным погружением. Кресло было совмещено с видео, имитировалась тряска от падения камней, качка от шторма, и так далее. Говорят, тоже не имела широкого успеха, возможно, экономического успеха.
Дальше виртуальной реальностью занялись высокотехнологичные компании типа НАСА. Почти 50 лет назад была открыта первая лаборатория, которая занималась разработкой устройств виртуальной реальности, были изобретены шлемы, в машиностроении появились первые виртуальные тренажеры.
И только потом появились видеоигры. Когда думаешь о виртуальной реальности, первыми на ум приходят видеоигры, но нет, видеоигры появились относительно недавно.
На картинке изображен один из первых шлемов, практически стационарный. Отойти далеко от этого устройства было нельзя, терялось изображение, шлем переставал работать, человек был «привязан» к нему.
Сейчас виртуальная реальность применяется достаточно широко. В первую очередь это конечно совершенно разные видеоигры. Целые вселенные делают в играх виртуальной реальности, и они достаточно красиво прорисованы, и даже иногда, как мы знаем из публикации, служат причиной того, что человек перестаёт делать что-либо, и только играет в игры.
Считается что просмотр зрелищных мероприятий также имеет успех, спортивные мероприятия, концерты.
В Третьяковской галерее был проанонсирован проект, в котором можно создать свою картину в виртуальном пространстве, на примере известных полотен можно погрузиться в картину.
Виртуальная реальность нашла применение в маркетинге. Чтобы продать что-то красивое, например, мебель, есть приложения виртуальной и дополненной реальности, с помощью которых можно увидеть, как ваш будущий диван будет выглядеть в конкретно в вашем пространстве. Или как всё пространство будет выглядеть, как оно обставлено, в какой цветовой гамме, будет ли вам там уютно.
Виртуальная реальность применяется в медицине. Например, в реабилитации травмированных лежачих пациентов, или при обучении хирургическим операциям, для наглядной демонстрации последовательности действий. Недостаток применения VR в медицине, как говорят сами врачи, которые проходили такое обучение – нет тактильного ощущения давления на скальпель, то есть все можно сделать правильно с точки зрения последовательности, но нельзя почувствовать руками, с какой силой, например, нужно надавить на скальпель. И вот передача тактильных ощущений из виртуальной реальности или в виртуальную реальность является одним из перспективных направлений развития программно-аппаратного обеспечения. Мы знаем, что есть перчатки, даже уже есть перчатки с передачей температуры, то есть если вы в виртуальной реальности опустите пальчик в таз с горячей водой, вам станет горячо.
Достаточно хорошо показывает себя применение виртуальной реальности в реабилитации пациентов, которые перенесли тяжёлую травму и плохо двигаются, или у пациентов с нарушением опорно-двигательного аппарата. Говорят, при просмотре тренировок в виртуальной реальности, пациенты восстанавливаются быстрее.
Виртуальная реальность применяется в обучении.
Если вы изучаете какой-то объект в виртуальной реальности вы можете открутить гаечку, выдернуть какой-то проводочек, и вам за это ничего не будет. То есть вы можете нарушить технологический режим, и это не привлечет к нарушению работы реального оборудования.
Виртуальные тренажеры бывают разными.
Например, тренажер отработки действий в офисе при пожаре. Мы видим, что у нас имитируется даже сужение зрения. Когда человек проходит через задымленные помещения, он видит не все. Такие же тренажеры есть для отработки действий на высоте, для отработки действий при эвакуации.
Не все можно сделать с помощью виртуальной реальности. Типичная проблема виртуальной реальности — мы можем пройти сквозь стену. И для того, чтобы прописать сценарий, в котором нельзя пройти сквозь стену, нужно очень сильно постараться, потому что нужно учесть очень много параметров. В реальной жизни вы не можете пройти сквозь стены, вы должны пробежать 100 метров до спасительной двери, и это нужно учитывать при создании тренажеров для действий при эвакуации.
Виртуальная реальность достаточно тесно связана с проектированием.
На профессиональном уровне виртуальную реальность используют для проверки коллизий (несоотвествий, несостыковок), особенно сложных объектов (подводных лодок, космических аппаратов, где пространство заполнено всем возможным, чем только можно – коммуникациями, трубами, при этом еще должно остаться место для выхода человека). На этапе проверки таких проектов с помощью виртуальной реальности экономится очень много времени и средств.
Проверять чертеж такого объекта и увидеть своими глазами объемный объект на первом этапе – это немного отличается по восприятию, поэтому выявление коллизий на ранних этапах – одно из важных удобств виртуальной реальности. Например, вот здесь у вас спасительная дверь за трубами, и у вас всего 40 сантиметров на то, чтобы за ними пройти и убежать, а вдруг в проекте не 40, а 20 см, вот рукой вы дотянетесь до двери, а пройти за трубами уже не сможете. Такая эргономика и безопасность помещения видна при предварительном просмотре вашего проекта в виртуальной реальности даже неспециалисту.
Коллективная работа в виртуальной реальности, это тоже очень интересно, большинство современных тренажеров не допускают полноценной коллективной работы, они сделаны красиво, у них прорисованы детали, стены окрашены в приятный цвет, но вы не можете отнять предмет друг у друга, каждый работает с предметом индивидуально, даже если все находятся в одной сцене. А отечественная разработка VR Concept позволяет осуществлять совместную работу с одним объектом. То есть, если у вас в руках будет виртуальный редуктор, я могу подойти и его отобрать, и вы это увидите, и можете потом отобрать его у меня. Такое взаимодействие в виртуальной реальности, имитирующее взаимодействие в реальности, оно тоже достаточно перспективно.
Некоторое время назад зарубежные заказчики атомных станций стали запрашивать предоставить еще до строительства реальной АЭС ее виртуальный аналог, с которым можно было бы войти и посмотреть, как там все устроено. Почему это важно? Опять-таки для удобства восприятия заказчиком того, что будет. То есть они как бы видят заранее то, что будет. Это всегда удобно.
Для студентов-атомщиков есть и игровые тренажеры, например, виртуальный тренажер атомной станции на примере Воронежской АЭС. Есть сценарий, который нужно пройти, и если все будет правильно, то реактор заработает, над градирнями будет виться пар, если сделать неправильные действия, то можно получишь большой бум. В сценарий введен ассистент, который рассказывает, что именно нужно сделать, чтобы достичь правильного решения.
Такой тренажер применяется именно для обучения, а не для проверки технологической правильности выполнения каких-то работ. Но это тоже очень достаточно широкое применение виртуальной реальности.
Виртуальная реальность — это путь к цифровому двойнику. То есть, какие-то части на этапе проектирования, на этапе строительства, уже оцифрованы настолько, что мы можем назвать этот цифровым двойником, но не совсем.
Что я имею ввиду? В прошлом году я прочла статью о том, что в кампусе одного из зарубежных университетов были развешены датчики, простые датчики влажности и температуры, сам кампус, его чертежи были перенесены в виртуальную реальность, и данные с этих датчиков тоже поступали в виртуальную реальность. Соответственно, надевая очки и проходя по этому кампусу, можно было видеть на виртуальном датчике именно тот показатель, который в данную минуту показывает реальный датчик.
Это такое совмещение технологий интернета вещей и виртуальной реальности, и уже близко по смыслу к тому, что мы называем «цифровой двойник». Цифровой двойник и виртуальный двойник, это, конечно, разные вещи. Но когда мы говорим «цифровой двойник», мы представляем, что мы видим и объект в объеме, и те данные, которые он показывает, происходят в реальном времени.
Еще один из интересных проектов, достаточно давний, над ним работали Microsoft и NASA. Данных от марсоходов мы получаем достаточно много, они в хорошем разрешении, их можно состыковывать, сделать красивую виртуальную картинку. Крупные корпорации работали над тем, чтобы ученые, сидя на земле в разных странах в своих кабинетах, могли бы надеть виртуальные очки, ступить на виртуальный Марс и в режиме совместной работы рассматривать камни на его поверхности, делать какие-то заключения.
Виртуальный тренажеры.
Вот этот тренажер сборки-разборки делал на втором курсе магистратуры наш студент, Александр Говорухин. Слева у нас картинка, которую мы видим на экране, а справа то же самое, но он видит это в очках виртуальной реальности. Что ребята делали? Они брали CAD-модель и технологическую карту. Технологическая карта – это последовательность операций, например, при техобслуживании и ремонте. Прописывали этот сценарий. Что значит прописать сценарий? Это означает, что вы не можете открыть дверь, не повернув ручку. Вы не можете снять деталь, не отвинтив гайку.
Когда эта последовательность операции прописана, тогда виртуальный объект действительно становится тренажером, а не просто деталью, которую можно единовременно разобрать, раздергивая все элементы в разные стороны. Они работали в среде VR Concept. Что хорошо в VR-концепт? Он не требует программирования. То есть вы берете и затягиваете напрямую CAD-модель, и она возникает в виртуальной сцене такой, какой ее задумал проектировщик. Если это BIM-модель столовой, она возникнет у вас целиком, со всеми элементами (например, столами и стульями). Эти стулья будут отдельными элементами, как в цифровом чертеже. Вы сразу же можете надеть очки, взять пульт, поднять этот стул, подвигать его. То есть как это представлено в CAD или BIM- модели, так это и появится в среде виртуальной реальности. Несложные объекты затягиваются быстро, со сложными иногда придется поработать час-два, может быть, день. Но тем не менее, это существенно быстрее, чем программировать объект специально для какого-либо тренажера.
Ребята написали приложение для внедрения в сцену тренажера анимационных подсказок, текстовых подсказок, с возможностью пролистывания в разных вариантах, голосовых подсказок. Мы опробовали возможность звука в шлемах, если мы находимся в разных местах, общение друг друга в шлемах через микрофоны, то есть возможность работы эксперт-ученик или эксперт-группа.
Мы ввели математические модели в VR-концепт. Один из наших студентов ввел в виртуальную среду математические формулы расчета радиационного поля, динамически меняющегося в зависимости от положения защитного свинцового экрана.
В наших дальнейших планах отработка этих технологий и внедрение в VR Concept – в программное обеспечение для работы с параметрическими моделями. Данные с датчика температуры – это тоже параметры. Мы хотим попробовать внедрить параметры датчика в реальном времени в виртуальную реальность, и это будет еще один шаг к созданию полноценного цифрового двойника.