Virtuálny závod

3D obsah v rámci virtuálneho prostredia si na vytvorenie základnej scény vyžaduje CAD súbory. Tie môžu byť buď v štandardnom 2D tvare, alebo v niektorom z pokročilejších formátov (vytvorené napr. v softvérových aplikáciách ako COMOSFEED™, SMARTPLAN® alebo AUTOCAD®). Tieto programy dokážu vytvoriť 3D CAD® súbory zrýchľujúce proces konverzie potrebný na vytvorenie obrazovo realistickej grafiky v reálnom čase. Na začiatku sa vytvorí základná 3D zostava zohľadňujúca špecifikácie závodu a následne softvérová aplikácia ako 3dStudioMax® alebo Maya® dotvorí grafické detaily. Softvérová aplikácia pridá detaily a malé nastavenia potrebné na premenu „plochého“ CAD na fotorealistický produkt. Na optimalizáciu povrchov a nasvietenia, ktoré ešte zvyšujú efektnosť scény, sa používajú ďalšie nástroje a aplikácie.

Na rozdiel od tradičného vytvárania scény nie v reálnom čase umožňujú programy pracujúce v reálnom čase svojim používateľom presúvať sa a slobodne interagovať s virtuálnym prostredím. Špeciálne grafické technológie umožňujú generovanie prostredia s rýchlosťou 60 obrázkov za sekundu v porovnaní s jedným obrázkom za sekundu pri tradičných systémoch. Špeciálne optimalizačné techniky umožňujú dosiahnuť rýchlosť 60 obrázkov za sekundu a navyše obsahujú:

  • zostavu na úrovni detailov (Level of detail geometry), ktorá sa používa vtedy, keď detaily nie sú potrebné,
  • komprimovanie UV máp pre údaje o osvetlení, ktoré sa následne „nahrávajú“ na textúry,
  • pokrytie povrchov, aby sa zabránilo „plytvaniu“ pixelov,
  • vytvorenie BSP/portálov pre rozsiahle prostredia.

Keď je grafika vygenerovaná, nasledujúcim krokom je oddelenie štruktúr, ktoré reprezentujú aktívne interaktívne postavy. To je dôležité kvôli oddeleniu dynamických štruktúr (tie, ktoré sa môžu hýbať alebo nejako s nimi interagovať) od statických. Posledným krokom je vytvorenie kolíznej štruktúry, ktorá sa podobá na grafickú štruktúru. Vďaka nej dokáže používateľ „narážať“ aj vo virtuálnom prostredí a neobmedzení sa len na prechádzanie.

VR platformy a architektúra

Interaktívny VR systém je distribuovaná serverová aplikácia, ktorá vykonáva aktualizáciu scény. Vďaka tomu možno generovať scénu na viacerých oddelených staniciach. Tento server sa priamo synchronizuje so simulačným softvérom (napr. SIM4ME®SimSci-Esscor) tak, že vlastnosti každého prvku závodu sa vo VR scéne priebežne aktualizujú zároveň so simuláciou procesov. Ďalšie stanice majú rôzne ďalšie úlohy týkajúce sa simulácie, pričom dokážu navzájom komunikovať prostredníctvom siete s použitím protokolu TCP/IP. Serverová aplikácia riadi komunikáciu medzi rôznymi modulmi a je zodpovedná za aktualizáciu parametrov scén. Tým sa zachová kópia grafiky scény – hierarchická reprezentácia 3D scény, ktorá je synchronizovaná s tými, ktoré bežia v satelitných aplikáciách. Aplikačný server trvale aktualizuje grafické údaje scény a potvrdzuje zmeny cez sieťový protokol aj satelitným aplikáciám. Tieto satelitné aplikácie sú priamo určené na vizualizáciu údajov a poskytovanie ďalšej funkcionality pre používateľov. Hlavná klientska stanica zatiaľ zregeneruje (zobrazí) prostredie závodu a umožní používateľovi vykonať nejaké činnosti s prevádzkovými zariadeniami (napr. otvoriť ventil), čím zohráva úlohu prevádzkového operátora (Field Operator). Všetky činnosti vykonávané virtuálnym prevádzkovým operátorom sú zaznamenávané a synchronizované s ostatnými prvkami platformy vrátane simulátora procesu. Výstupy možno zobraziť na rôznych systémoch, od štandardných stolných monitorov a displejov v okuliaroch na virtuálnu realitu až po vnorené projekčné systémy. Použiť tak možno aj stereoskopické videnie.

Systém VR vyžaduje monitorovaciu stanicu, ktorá zhromažďuje všetky informácie z prebiehajúcich simulácií. Informácie sa týkajú počtu a typu staníc pripojených k používanému 3D modelu, ako aj špecifických školiacich cvičení, ktoré sa uskutočnili počas simulácie. Monitorovacia stanica môže byť prepojená s inštruktorskou stanicou s tradičným systémom OTS (Operator Training Simulator), čo vytvorí jednotné miesto na riadenie komplexných školiacich kurzov. Udalosti a školiace cvičenia sú vyvolané inštruktorskou stanicou a prenášané do simulátora SIM4ME aj do VR platformy.
Nástroje ako DYNSIM® a FSIM Plus® sú priamo prepojené s hlavnými simulačnými modulmi VR systému. Poskytujú úplné synchronizované prepojenie medzi 3D svetom a simuláciou procesov/riadenia, takže každá akcia, ktorú v 3D prostredí vykoná prevádzkový operátor, okamžite sa prejaví v DYNSIM. A naopak každá hodnota aktualizovaná v rámci DYNSIM sa rovnako zaktualizuje aj vo VR platforme.

Vplyv VR na školenie

Hlavnou výhodou, ktorú VR prináša pri teoretickom aj praktickom školení, je, že účastníci školenia sú v podstate viac stotožnení s usporiadaním a činnosťou prevádzky/závodu. Školenie na konkrétnom zariadení zahŕňa napr. nielen 3D model, ktorý si možno pozrieť zo všetkých strán, ale takisto umožňuje uviesť toto virtuálne zariadenie do chodu. Pri vzájomne prepojených systémoch, ako sú napr. zložitejšie procesy, umožňuje VR účastníkom školenia prechádzať sa okolo 3D modelu a zlepšiť tak svoje priestorové vnímanie prevádzky.

Navyše ak sa toto všetko skombinuje s detailným simulačným prostredím vytvoreným v DYNSIM, možno VR techniky použiť na rozšírenú reprezentáciu správania danej procesnej jednotky. Je dobré si všimnúť, že ak poskytneme používateľom úplne interaktívny pohľad a prostredie, niekedy to môže odvádzať pozornosť od samotného školenia a učenia. Základnými prvkami školenia by mali byť:

  • nastavenie cieľov,
  • zadefinovanie obsahu,
  • voľba metodológie,
  • vyhodnotenie.

VR platforma by mala viesť používateľa cez vývoj nasledujúcich prvkov:

  1. Nastavenie cieľo školenia definuje, čomu sa budeme venovať:
    1. technické školenia zameraná na prenos technických znalostí,
    2. prevádzkové školenia zamerané na zručnosti a postupy,
    3. bezpečnostné školenia zamerané na možné riziíká,
    4. núdzové školenia - ako reagovať na kritické situácie
  2. Väčšina školení bude zameraná na naučenie sa špecifických úloh. Obsah je zvyčajne rozdelený dlo podobny detailného opisu školenia.
  3. VR platforma zahŕňa dobré postupy školení tým, že školitelia sa prispôsobujú individuálnym požiadavkám účastníkov školenia pomocou rôznych postupov a metód školenia, ktoré im najviac vyhovujú. Z tohto dôvodu môžu niektorí školitelia preberať úlohy pomalšie, zatiaľ čo iní môžu preferovať, aby školiteľ prešiel komplet celú problematiku v celej jej zložitosti (vedenie krok za krokom/režim vedenia cez úlohy).
  4. Školenia s využitím VR umožňujú presun zručností namiesto jednoduchého presunu znalostí. Dôležité je, že VR platforma zároveň umožňuje testovanie týchto zručností. Vyhodnotenie výkonu účastníkov kurzu sa tak stáva jednoduchou záležitosťou. VR platforma navyše obsahuje aj alternatívne režimy na vyhodnotenie výsledkov školení.

V poslednej časti seriálu sa budeme zaoberať využitím VR pri návrhu procesov v rámci úloh spojených s údržbou a bezpečnosťou.

Zdroj:

Rovaglio, M. – Scheele, T.: The Role of Virtual Reality in theProcess Industry. Schneider Electric (Invensys). WhitePaper. [online]. Citované 20. 4. 2016. Dostupné na: http://software.schneider-electric.com/pdf/white-paper/the-role-of-virtual-reality-in-the-process-industry/ .

-tog-