T-FLEX VR — инновационные технологии проектирования

Павел Ксенофонтов, руководитель лаборатории T-FLEX VR Lab

Виртуальная реальность (далее — ВР)... Те, кто уже смог оценить эту замечательную технологию, скорее всего, с полным пониманием этих слов скажут: «Виртуальная реальность — это Будущее». Некоторое время назад технологии ВР использовались в основном в индустрии развлечений. Но время не стоит на месте, и ВР всё чаще находит профессиональное применение для эффективного решения постоянно расширяющегося круга задач.

Что такое T­FLEX VR

Компания «Топ Системы», являясь одним из ведущих российских разработчиков САПР, впервые продемонстрировала свои разработки в области ВР в мае 2017 года в рамках проводимого ею ежегодного IT­Форума T­FLEX PLM. Именно тогда широкой общественности был показан T­FLEX VR — новый модуль, добавляющий поддержку ВР в один из флагманских продуктов компании «Топ Системы» — САПР T­FLEX CAD. В мае 2017 года модуль T­FLEX VR всё еще находился на раннем этапе разработки и поэтому обладал достаточно ограниченным набором функций. Однако разработка модуля не прекращалась, и в настоящее время функциональность модуля T­FLEX VR стала настолько широкой, что вполне заслуживает для ее описания отдельной статьи.

Рис. 1. T-FLEX CAD VR — инновационные технологии проектирования

Прежде всего, стоит сказать о том, что T­FLEX VR взаимодействует с ВР­устройствами через программный интерфейс OpenVR. Это позволяет модулю поддерживать работу с широким спектром ВР­оборудования, представленного на рынке, в том числе, конечно же, с самыми распространенными из них — HTC Vive и Oculus Rift.

Модуль T­FLEX VR напрямую встраивается в систему проектирования T­FLEX CAD, что позволяет, кликнув по одной лишь кнопке, сразу же отобразить открытую 3D­модель в ВР. При этом 3D­модель не требует какой­либо специальной подготовки — пользователь увидит в ВР ту же самую сцену, что и в обычном 3D­окне T­FLEX CAD (рис. 1). О преимуществах такого подхода будет сказано далее.

Навигация внутри ВР­пространства

Навигация внутри ВР­пространства производится с помощью 3D­манипуляторов. Перемещение, вращение и масштабирование — это те навигационные команды, которые доступны пользователям в любой момент. Другие команды, доступные пользователям в ВР, вызываются выбором соответствующего пункта из ВР­меню. Выбор доступных команд достаточно богат,
и на этом стоит остановиться более подробно.

Прежде всего, рассмотрим, какие дополнительные возможности навигации в ВР­пространстве доступны для пользователя, а именно:

• Телепортация. Это «Классический» режим, при котором пользователь указывает на определенную точку «пола» и «телепортируется» (то есть мгновенно переносится) в эту точку так, чтобы создалось впечатление, что пользователь «стоит» именно в указанном месте. Этот режим навигации наиболее удобен при работе с архитектурными моделями, когда пользователь хочет «ходить» внутри виртуальных объектов;
• Переместиться к объекту. В этом режиме пользователь указывает на ту часть 3D­модели, которую он хочет увидеть ближе, и «телепортируется» так, чтобы максимально комфортно рассмотреть выбранный участок. Этот режим может быть полезен при необходимости визуальной оценки промышленных 3D­моделей с большим количеством мелких деталей, находящихся на некотором удалении друг от друга;
• Полет. В этом режиме пользователь указывает точку на 3D­модели, а затем не «телепортируется», а движется с некоторой скоростью, понемногу к этой точке приближаясь. Данный режим может пригодиться как при работе с крупными архитектурными моделями, так и при проведении визуальной оценки промышленных 3D­моделей;
• Установка масштаба изображения 1:1. После выбора данной опции масштаб изображения в ВР­пространстве приближается к естественному. Эта опция очень полезна в случае, когда воспринимаемый в ВР­пространстве масштаб 3D­модели должен соответствовать масштабу реального изделия;
• Выбор камеры. В 3D­сцене T­FLEX CAD может находиться сразу несколько камер. Опция Выбор камеры позволяет быстро переключаться между ними. Это бывает очень удобно в те моменты, когда необходимо быстро переключаться между заранее известными точками обзора в ВР­пространстве. Например, при демонстрации 3D­модели вертолета возможность выбора камеры позволяет мгновенно оказаться вне вертолета и оценить его снаружи, либо так же мгновенно «сесть» в кресло пилота (рис. 2).

Рис. 2. В виртуальном кресле пилота

Визуальная оценка виртуального прототипа

Одно из явных преимуществ ВР перед традиционными системами отображения информации — это, конечно же, возможность полностью погрузиться в ВР­сцену и действительно «увидеть» виртуальный объект, словно он уже изготовлен. Вследствие этого одним из простейших и естественных сценариев использования ВР является инженерная оценка виртуального прототипа изделия. Для этих целей T­FLEX VR, кроме описанных выше команд навигации, имеет специальные команды:

• Взять. В соответствии с названием команда позволяет выбрать объект, «взять» его в руку (объект автоматически перемещается к ВР­манипулятору) и визуально оценить. Пока объект находится в руке, его можно крутить и масштабировать вторым ВР­контроллером. По завершении команды объект занимает свое начальное положение в сцене;
• Сечение. При активации этой команды к ВР­контроллеру прикрепляется секущая плоскость, которую можно как динамически двигать, так и устанавливать в какое­то выбранное положение в ВР­пространстве. При этом у пользователя есть возможность создавать одновременно несколько секущих плоскостей.

Еще один важный сценарий использования ВР сегодня — это обучение персонала и послепродажное обслуживание изделий. Для этих целей в T­FLEX VR предусмотрена специальная команда:

•  Разборка. Данная команда позволяет запускать сценарии анимации (в том числе сценарии сборки­разборки), созданные в T­FLEX CAD. Как известно пользователям T­FLEX CAD, таких сценариев может быть сразу несколько. Пользователи T­FLEX VR могут активировать различные сценарии анимации в зависимости от выбираемых в ВР­объектов. Так, например, крупная сборка может содержать в себе отдельные сценарии для разборки разных узлов, входящих в сборку (рис. 3). Это позволяет использовать ВР для обучения обслуживающего персонала, что особенно актуально для тех случаев, когда оборудование является дорогим, опасным, либо всё еще существует только в виде виртуального прототипа.

В результате система проектирования T­FLEX CAD может легко предложить пользователю, например, следующий сценарий: пользователь движется по коридорам и палубам проектируемого судна, заходит в один из отсеков, находит интересующий его агрегат, извлекает его и разбирает для последующего ремонта.

Рис. 3. Разборка изделия

Проектирование в ВР уже сегодня

Прежде чем приступать к описанию других команд T­FLEX VR, важно понять, что 3D­модель, просматриваемая пользователем в ВР­пространстве — это не копия 3D­модели из 3D­окна T­FLEX CAD, а именно та же самая 3D­модель, находящаяся в процессе проектирования. Иными словами, даже находясь в ВР­сцене, пользователь продолжает все так же работать с параметрической моделью T­FLEX CAD. Это является важным отличием и ключевым преимуществом T­FLEX CAD и T­FLEX VR перед другими САПР с заявленной поддержкой VR: пользователь T­FLEX CAD может использовать ВР как инструмент не только для просмотра 3D­моделей, визуализации и виртуального обучения, но и для проектирования, ведь любые манипуляции с моделью, которые пользователь делает в ВР, приводят к изменению этой 3D­модели (и наоборот). Именно благодаря этому факту, а также за счет уникальных средств параметризации T­FLEX CAD, у пользователей T­FLEX VR есть уникальный набор команд, принципиально недоступных в других системах САПР:

• Сопряжения. Если 3D­сборка построена с помощью механизма сопряжений, пользователь T­FLEX VR может «хватать» и двигать выбранные элементы проектируемой конструкции в ВР­пространстве 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 вовлечен 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, то есть пользователь может видеть движение механизма в разрезе;
• Манипуляторы. Как известно, САПР T­FLEX CAD, изначально основанная на принципах параметризации, является сегодня одним из самых совершенных средств параметрического проектирования в мире. Чертеж, 3D­модель, редактор переменных, базы данных, и даже, если это необходимо, программный код — столь уникальные возможности T­FLEX CAD позволяют связать все это воедино и заставить функционировать в соответствии с заложенной в модель логикой. Манипуляторы — это специальные объекты 3D­модели, позволяющие изменять значение переменных T­FLEX CAD и посредством этого менять геометрию деталей и сборок. Данный уникальный механизм в полной мере доступен пользователям T­FLEX VR. Находясь в ВР­пространстве, можно использовать ВР­контроллеры для перемещения манипуляторов в новое положение. В соответствии с новым положением манипуляторов, а следовательно, новым значением переменных, обновляется и параметрическая модель T­FLEX CAD, что может приводить к изменению 3D­геометрии деталей и сборок, автоматическому изменению чертежей и спецификаций. Таким образом, T­FLEX VR выступает совершенно реальным средством проектирования, выводя этот процесс на новый технологический уровень (рис. 4).

Рис. 4. Управление виртуальным пространством

T­FLEX VR — гибкое средство для решения широкого спектра задач

Модуль T­FLEX VR, в соответствии с идеологией T­FLEX CAD, изначально разрабатывался максимально гибким, настраиваемым под самый широкий спектр задач. Поэтому для пользователей доступно большое количество параметров, позволяющих настроить работу T­FLEX VR в целом и его отдельные команды в частности. Например, для команд навигации можно включать/выключать масштабирование и вращение, фиксировать вертикальную ось, указывать скорость перемещения в режиме Полет; кроме того, доступны некоторые другие параметры. Еще один пример гибкости настроек модуля T­FLEX VR — это широкие возможности по настройке ВР­контроллеров, используемых для навигации и работы с командами в ВР­пространстве. Каждый из двух используемых контроллеров можно настроить отдельно, выбрав тот состав команд, который пользователь предпочитает иметь в левой или правой руке. Более того, «продвинутые» пользователи могут с помощью специального файла в формате XML менять как состав команд, так и внешний вид ВР­меню, в котором они появляются.

T­FLEX VR на всех этапах процесса проектирования

Уже сейчас T­FLEX VR может применяться на всех этапах подготовки изделия: планирования, проектирования, согласования и приемки, послепродажного обслуживания и обучения. При этом T­FLEX VR дает пользователям возможность не только проводить визуальный анализ изделия, проверять его эргономичность, оценивать дизайн, но и вести реальное проектирование в виртуальном пространстве. Кроме того, теперь пользователи T­FLEX CAD могут использовать ВР как среду для обучения обслуживающего персонала. Большое количество различных опций и конфигурируемые ВР­контроллеры позволят удобно настроить ВР­среду под личные нужды и предпочтения каждого конкретного пользователя. А прямая интеграция T­FLEX VR и T­FLEX CAD обеспечивает проектировщиков уникальными инструментами для решения самых разных задач на самом современном технологическом уровне.

T­FLEX VR — это действительно очень интересная и современная технология, еще больше расширяющая возможности комплекса T­FLEX PLM. Как и другие продукты линейки T­FLEX, модуль T­FLEX VR будет активно развиваться и «обрастать» все большим количеством функциональных возможностей.

Рис. 5. В лаборатории виртуальной реальности

Остается добавить, что любой желающий лично ознакомиться с возможностями нового решения может приехать в офис компании «Топ Системы» и посетить постоянно действующий демонстрационный стенд в лаборатории виртуальной реальности T­FLEX VR Lab (рис. 5). Для этого достаточно оставить заявку на сайте компании «Топ Системы»:
www.tflex.ru/mail