Раздел 4. Компьютерная графика и геометрическое моделирование
на отслеживать во времени 3 координаты (х, у, z) расположения
каждого объекта и 3 угла, задающие его ориентацию в простран-
стве {а,р,у). Для реализации трекинга применяются датчики
и приборы, действующие на электромагнитном, ультразвуковом
инерционном, а также оптическом принципе.
Компьютерная (информационная) перчатка (Date Glove)
име
ет на каждом суставе пальцев руки датчики, измеряющие изгиб
пальца. Положение руки в целом определяется следящей систе
мой, прикрепленной к перчатке. Обычно информация, полу
чаемая с перчатки, преобразуется в виртуальной среде обратно
в изображение, форма и положение которого динамически
изменяются, следуя за движениями руки пользователя (рис.
4.10.4).
Устройства осязания. Аппаратура осязания представляет со
бой датчики и приборы с силовой обратной связью. Устройство
осязания призвано дать ощущение реального тактильного при
косновения. Такое устройство позволяет пользователям ощу
щать присутствие виртуального объекта через систему силовой
обратной связи, создающую иллюзию управления реальным тех
ническим объектом.
Джойстик с силовой обратной связью, через который пользо
ватель может ощущать реалистически смоделированную и реа
лизованную с помощью механических устройств силу реакции
органов управления.
Компьютерная перчатка с обратной связью (Power Glove) может
быть оснащена небольшими подушечкам, которые под управ
лением компьютера надуваются и давят с разной силой на раз
личные участки ладони пользователя, создавая иллюзию сжатия
предмета.
Дальнейшим развитием технологий, реализованных в ком
пьютерных перчатках, являются компьютерные (информацион
ные) костюмы (Date Suit),
предназначенные для отслеживания
комплекса движений человека, и экзоскелеты — механические
каркасы, которые надеваются на руку или тело человека, так
что каждый оснащенный приборами орган и сустав получают
силовую обратную связь. Экзоскелет объединяет в себе устрой
ство управления и устройство осязания одновременно (см. рис-
4.10.4а).
244
Рис. 4.10.4. Устройства управления и осязания:
а - устройство слежения; б -цифровая перчатка;
в, г- фрагменты работы с компьютерной перчаткой;
д - комплексная система виртуальной реальности
с перчатками и экзоскелетом
245
Раздел 4. Компьютерная графика и геометрическое моделирование
4.10.3. Виртуальная инженерия
В технике виртуальная реальность используется в одном из
самых актуальных направлений развития новых технологий раз
работки и подготовки производства сложной наукоемкой про
дукции, получившей на Западе название VPD (Virtual Product
Development) - виртуальная разработка изделий, или виртуаль
ная инженерия (Virtual engineering).
Виртуальная инженерия (ВИ) - это комплекс технологий,
появившихся благодаря развитию систем автоматизированного
проектирования (САПР - CAD/CAM/CAE), позволяющих про
вести все стадии разработки нового технического объекта пол
ностью на компьютере, не прибегая к традиционным «бумажно-
ориентирванным» методам проектирования и расчета [32].
Как правило, в промышленных системах геометрического
моделирования взаимодействие конструктора с моделью огра
ничено использованием стандартных технических средств и тех
нологий ввода-вывода. Компьютерная графика ограничивается
рендерингом полученной геометрической модели на монитор
персонального компьютера, а интерактивное взаимодействие
сводится к манипуляциям с мышью. Но даже в этом случае воз
можности визуальной имитации позволяют существенно повы
сить эффективность автоматизации процессов технической под
готовки производства изделий машиностроения.
Методы виртуальной реальности используются в машино
строительных САПР для работы с электронными макетами из
делий.
ГОСТ определяет электронный макет изделия (ЭМК) как спе
циальную электронную модель, описывающую его внешнюю
форму и размеры и позволяющую полностью или частично оце
нить его взаимодействие с элементами производственного и/или
эксплуатационного окружения, служащую для принятия реше
ний при разработке изделия и процессов его изготовления и ис
пользования [81].
Как правило, Э М К выполняется на основании и с использова
нием мультимедийных технологий и анимации, показывающих
динамику перемещения и крайние положения перемещающихся,
246
4.10. Виртуальная реальность и виртуальная инженерия
выдвигаемых или откидываемых частей, рычагов, кареток, кры-
шек на петлях и т.п. Э М К разрабатывается на проектных стадиях
работ и не предназначается для изготовления или сборки по ним
и д л й з е и , а нужен для удобства анализа и принятия проектных
и управленческих решений человеком.
Средства виртуального макетирования должны обеспечить
реалистичные представления того, как в действительности будет
выглядеть и функционировать проектируемый объект. Приме
нение виртуального макетирования способствует значительному
сокращению времени, затрачиваемого на просмотр, модифика
цию и доводку сложных машиностроительных изделий.
Виртуальное макетирование расширяет возможности исполь
зования мастер-моделей изделий, распространяя их применение
также на сферу маркетинга, продаж, сопровождения и обучения.
Например, применение фотореалистической визуализации зна
чительно ускоряет процесс согласования проекта с заказчиками
и принятие решений специалистами смежных отделов и под
разделений, при этом дизайнеры, специалисты по маркетингу,
рекламе и промышленным патентам получают возможность
использовать виртуальный макет будущего изделия еще до из
готовления самого прототипа и заранее подготовить рынок к по
явлению нового товара [163].
Средства виртуального макетирования поддерживают кол
лективную работу в системах управления жизненным циклом
изделий (PLM системы). Это позволяет разработчикам изделия,
специалистам служб маркетинга, управления, производственной
логистики, а также заказчикам вести совместную работу по ана
лизу и тестированию виртуального макета проектируемого из
делия параллельно и на самых ранних стадиях проектирования.
В данном случае каждый пользователь системы, имеющий право
Доступа к текущей версии макета, может самостоятельно выби
рать точку наблюдения и задавать свои параметры просмотра
и Даже фактуру объекта и окружающей среды.
В рамках подготовки производства, средства виртуального
моделирования позволяют в реальном времени проконтроли
ровать все технологические этапы изготовления узлов и сборок,
оценить качество разработанной оснастки.
247
4.10. Виртуальная реальность и виртуальная инженерия