Как VR, AR и 3D-печать работают вместе: опыт VR Concept

Рассказываем о преимуществах применения технологий VR и AR в производстве и профессиональном обучении, в том числе — об их взаимодействии с 3D-печатью.

Представленный материал — лекция Ильи Вигора, руководителя компании VR Concept, с которой он выступил на одной из конференций Top 3D Expo.

Видео

Выступление

Здравствуйте! Меня зовут Илья Вигор. Я представляю компанию VR Concept, разрабатывающую программное обеспечение для виртуальной и дополненной реальности.

О компании

На рынке мы с начала нулевых, а ПО для VR начали разрабатывать в 2013 году. В основном оно применяется для коллективной работы с VR-моделями, для инженерного и архитектурно-строительного образования, для реальной работы в промышленности и для VR-тренажеров.

Новые технологии в России

Сейчас я хотел бы поговорить о том, зачем школы, вузы и так далее интересуются образованием и такими инструментами, как 3D-печать, дроны, блокчейн, прочие модные фишки, где фигурирует и виртуальная реальность, и дополненная реальность, и так далее.

Здесь представлен график компании PwC (ПрайсуотерхаусКуперс), это результат опроса — какие российские компании что-то внедряют из всех этих модных фишек. Там, что называется, индустрия 4.0, цифровая индустрия, фабрики будущего и так далее. В результатах данного опроса российская действительность выглядит не лучшим образом. Только одиннадцать процентов компаний смотрят в сторону 3D-печати, гораздо меньше — в сторону виртуальной и дополненной реальности. Но, так или иначе, процесс идет. Двигателем являются промышленные компании, образовательные учреждения — вузы, кванториумы, школы и так далее. Они также начинают смотреть в сторону обучения студентов работе с этими инструментами.

В образовании и промышленности

Это презентация по цифровой трансформации для одной из наших крупнейших нефтегазовых компаний. Она заказала себе консалтинг в области цифровой трансформации и смотрит, куда инвестировать деньги в плане развития своих компетенций. Здесь есть даже такие направления, как цифровой персонал, 3D-печать, VR-решения и куча других фишек, которые ассоциируются с индустрией 4.0. Это подтверждает, что все-таки образование займется обучением этим инструментам.

С точки зрения виртуальной реальности, все на самом деле крутится вокруг термина цифрового двойника. Данный термин пока не устоялся и каждая компания, в данном случае General Electric, под цифровым двойником понимает что-то свое. В него входят и САПР-модели, и инженерные расчеты, и предиктивный анализ по сервису, и управляющий софт, которого сейчас все больше и больше в любом инженерном изделии. Но нет общего понимания чему учить. Встречаясь с разными образовательными организациями мы не видим понимания в какую сторону двигаться. Хотя, если говорить про наполненность современных инженерных устройств, недавно читал про автомобиль Porsche — там где-то 120 процессоров и несколько тысяч строк кода. В данном случае, цифровой двойник — не инженерная модель этого автомобиля, а его управляющий код.

Есть достаточно известный график компании Gartner по зрелости технологий. Они пытаются спрогнозировать — какие технологии дошли до своей зрелости и будут потихоньку внедряться уже в промышленность и образование в ближайшей перспективе — десять лет, два года, пять лет. Соответственно вот это график на 2017 год.

Виртуальная реальность, по их мнению, на подходе — в течение двух-пяти лет она начнет более-менее массово внедряться. Но, можно вспомнить график пятнадцатого года. Если не ошибаюсь, там, как раз на месте виртуальной реальности, была 3D-печать.

Что такое VR и AR

У многих возникает стандартный вопрос: что такое виртуальная реальность? Потому что терминология новая. Встречается терминология XR, AR,MR и так далее. Виртуальная реальность, VR — то, что полностью сгенерировано на компьютере. Соответственно, дополненная реальность, AR — это что-то сгенерированное на компьютере и наложенное на окружающую действительность.

Применение

Как применяется VR в цифровой индустрии, соответственно, в образовании? В VR можно воспринимать объект, с которым идет работа, в масштабе 1:1 или любом удобном. Раньше для этого использовали натурные или полунатурные макеты, или, например, что-то напечатанное на 3D-принтере. В качестве объекта VR может быть автомобиль, может быть здание. Работать с ним можно коллективно, но при этом в шлемах VR, воспринимая все в объеме. Собственно говоря, это основной эффект, который позволяет замещать физические макеты, физические прототипы.

Оборудование VR

Используется различное оборудование VR — всем известные шлемы виртуальной реальности от различных производителей, которых сейчас достаточно много на рынке. В основном, конечно, эти шлемы применяются для игровых задач. Но никто не мешает их использовать и для обучения, либо для реальной работы в конструкторском бюро. Есть еще профессиональные системы, так называемые комнаты VR, “кадволлы”, панорамные системы. Это достаточно специфические устройства, которые применяются, в основном, в каких то больших организациях, которые делают финишную сборку сложных изделий, например, подводной лодки или самолета.

На графике Gartner нарисована дополненная реальность, технология еще достаточно молодая, скажем так — зеленая, но ее достаточно активно пробуют использовать как в образовании, так и в реальной индустрии. Это технология, которая позволяет накладывать на окружающую действительность какую-то компьютерную графику. С помощью этой графики можно что-то подсказывать, обучать, двигаться в сторону виртуального ассистента. Пока еще каких-то существенных промышленных решений нет, но технология обещают быть достаточно перспективной.

Оборудование AR

Также используется различное оборудование дополненной реальности. В том числе и стандартные шлемы, которые продаются для игровых задач. Можно использовать встроенные в шлемы камеры. Есть ряд шлемов дополненной реальности: Microsoft Hololens, A-DATA и так далее. Есть, опять же, похожие устройства сделанные на базе промышленных ноутбуков, промышленных тачпадов и совсем промышленные системы, как на картинке — это такие промышленные проектора, которые позволяют делать подсказку рабочим — как что размечать или что делать, для больших поверхностей.

Плюсы для образования

Если говорить про образование — есть достаточно известное исследование консалтинговой компании Haskett Consulting International по запоминаемости. То есть, какой тип преподнесения информации усваивается лучше всего. На первом месте лекция — порядка пяти процентов, на втором — чтение, на третьем — аудио и видео, на четвертом — демонстрация чего-то, пятое — это групповое обсуждение, групповое взаимодействие, когда человек уже запоминает практически 50 процентов предоставленного материала. На шестом месте — это выполнение каких-то практических занятий — 75 процентов запоминаемость и, соответственно, когда человек уже сам обучает других, то это — максимальная запоминаемость — порядка 90 процентов. Естественно, все хотят от инструмента, который применяется в образовании, максимального эффекта — максимальной запоминаемости. И здесь очень неплохо подходит виртуальная реальность, потому что она позволяет максимально реалистично проводить групповые обсуждения, проводить занятия, более того — учить других людей.

Можно провести сравнение стандартного средства обучения и обучение в VR. В VR можно проводить практические и теоретические занятия одновременно. Стандартное обучение — это стандартные книжки и занятия, а в случае промышленных предприятий это командировки. Если обучение идет на реальных объектах, всегда есть риск получения травм сотрудником или повреждения оборудования. В VR таких проблем нет, потому что можно достаточно просто делать виртуальные макеты, какие-то методические материалы, проводить обучение абсолютно безопасно.

Виртуальная реальность и 3D-печать дополняют друг друга: в инженерном и архитектурно-строительном образовании используются достаточно давно разработанные средства проектирования: CAD, PLM, BIM, файлы которых можно использовать как исходный материал для создания виртуального цифрового двойника и дальше, уже в виртуальной реальности, с помощью нашего программного обеспечения, либо программного обеспечения наших конкурентов, дополнять существующий цикл, связанный с аддитивными технологиями. Либо использовать иначе — проводить какие-то виртуальные собрания, обсуждения, регулярные совещания макетной комиссии, обучать и делать какие-то тренажеры.

Создание полноразмерных физических прототипов крупных объектов, от метра и более, в масштабе один к одному, обычно экономически нецелесообразно, а иногда и невозможно, в силу разных причин. VR хорошо подходит для проектов связанных с большим оборудованием — это насосы и компрессоры, промышленное оборудование и строения. То есть, те случаи, когда нужно работать с прототипом, обсуждать либо изучать его, но делать физическую модель долго и дорого. В таких случаях мы можем производить любые необходимые операции с виртуальной моделью.

Еще одно важное преимущество VR — возможность коллективной работы, ведь работая в коллективе вы можете передавать свои знания. На слайде — реальные фотографии реальных проектов оборудования класса в обычной школе. Идет наработка методик использования виртуальной реальности для коллективного обучения — от школьного уровня, до профессионального.

Уже существуют достаточно недорогие системы трекинга, которые позволяют использовать эти решения для создания виртуального аватара. То есть, фактически в реальном времени снимать движение человека, преподавателя или ученика, и отправлять в трехмерную сцену. Это ранее использовалось для профессиональных задач, для отработки эргономики. Сейчас это очень хорошо подходит для обучения.

Соответственно, сейчас запускаются такие классы виртуальной реальности. В этом году нами было сделано уже несколько проектов. В следующем мы ожидаем гораздо больше.

Примеры: университет УГАТУ — комната виртуальной реальности для подготовки техпроцесса производства двигателей.

Преимущества для технического обучения

Чем полезен VR для технического обучения? Мы проводили мозговой штурм и пытались обозначить преимущества для тех, кто задействован в процессе обучения.

• VR позволяет сокращать площади, если идет обучение с помощью больших натурных макетов. В ряде вузов реактивный двигатель дается в разрезе. Естественно, сейчас промышленность уже не передает реальные объекты в таком количестве, как в советское время. То есть, зачастую их просто нет, да и места под них нет.
• При коллективном обучении в VR не нужно существенно менять текущие методики, по которым работает преподаватель, писать какие-то специальные программы.
• Возможность реализовать любые сценарии, где задействованы трехмерные макеты и трехмерные данные САПР. Все это достаточно легко вписывается в существующие методики преподавания, и это достаточно просто тиражировать.
• Для учащихся — это более высокая вовлеченность и большая возможность воспринимать информацию, потому что информация предоставляется в масштабе один к одному очень реалистично.

Итог

Инструмент виртуальной реальности достаточно нов, ему буквально несколько лет. В 2016 вышли доступные шлемы виртуальной реальности, раньше они были более дорогими, стоили десятки тысяч долларов. Сейчас это более доступные и понятные большинству инструменты, но методик и самого материала еще мало. Очень много экспериментов, пробных запусков таких проектов. Есть большой интерес со стороны реальных предприятий и вузов к этой технологии. Даже в школах, ЦМИТах, фаблабах и ПТУ сейчас идут пилотные проекты.

Можно сказать, что процесс только начинается. И сейчас, пока идут “пилоты”, сложно говорить о массовом внедрении — это дело достаточно отдаленного будущего.

*Точка зрения лектора может не совпадать с позицией редакции.