Опыт разработки VR тренажеров в 2021 году на базе HTC Vive. Часть 1

Приветствую читателей Habr. В данной статье хотелось бы поделиться опытом разработки VR тренажеров, разработанных нашей командой в этом году.

Для начала предлагаю определиться с терминами, т.е. что именно мы понимаем под «тренажерами» . Компьютерный имитационный тренажер представляет собой программное обеспечение для персональных компьютеров и является средством профессиональной подготовки персонала, предназначенным для формирования и совершенствования у обучаемых профессиональных навыков и умений.

Компьютерные имитационные тренажеры используются для систематического обучения, т.е. для обеспечения усвоения определенной совокупности знаний, навыков, умений и процедур. Решаемая задача — обеспечить соответствие усваиваемых материалов или навыков требованиям предстоящей работы, эффективность учебного процесса, а также добиться того, чтобы усвоенные при обучении стереотипы были успешно перенесены на условия реальной работы.

Комплекс по обучению колеровке автокрасок и покраске авто

Виртуальный тренажер покраски предназначен для обучения специалистов малярно-кузовного участка в условиях учебного класса без необходимости расходования реальных лакокрасочных материалов. Служит целям развития образовательного процесса, дает возможность масштабирования тренинговой базы, безопасной симуляции реальных процессов, экономит расходные материалы и автоматизирует контроль  знаний.

Какие задачи были поставлены:

• Изучение технологических карт

• Подбор и смешивание компонентов лакокрасочных материалов

• Изучение процедуры настройки краскопульта

• Изучение механики покраски

• Изучить процедуру выполнения покрасочных работ

• Изучить процедуру выдачи транспортного средства

• Использование полного спектра средств для снижения утомляемости при использовании шлема (например). 

 Созданные 3D модели — объекты для взаимодействия в VR:

• Детали автомобиля для окрашивания

• Средства индивидуальной защиты — перчатки для защиты рук, маска-респиратор, костюм маляра.

• Линейка для перемешивания.

• Весы

• Воздушный компрессор для обеспечения работы пневмо-инструментов.

• Стол для выполнения колеровочных работ.

• Спектофотометр.

• Набор пигментов и компонентов Duxone (54 шт.)

• Зона подготовки к окраске автомобиля. В верхней части расположены система вентиляции, освещение и выдвигаемые до пола шторки.

• Покрасочная камера. Включает системы освещения, приточную и вытяжную вентиляцию. Дополнительно оснащена системой нагрева и фильтрации воздуха для ускорения процесса сушки.

• Краскопульт пневматический.

• Респиратор-полумаска и респиратор-маска 3М. Защищает органы дыхания от газов, паров, аэрозолей и т.д. 

• Оборудование зоны подготовки к покраске.

• Инфракрасный аппарат для сушки.

• Держатели покрасочных деталей в процессе окраски (типа «вертолет»).

• Посуда для смешивания компонентов.

• Шкаф для выполнения работ по окраске тестовых образцов и тестовые образцы

• Термометр

• Ткань для протирки образцов

• Световой шкаф

Что было сделано:

1. Тренажер использует реальные коды и названия лакокрасочных материалов в соответствии с линейками производителей, что упрощает процесс обучения маляров и технологов.

2. Математическая модель смешивания компонентов лакокрасочных материалов, таких как растворители, загустители, основы, а также подбирать цвет из пигментов. Правильность пропорции смеси влияет на качество и визуализацию процесса покраски.

3. Реализованы следующие настройки: смена дюзы, изменение давления в краскопульте, изменение радиусов факела.

4. Имитированы сопутствующие этапы технологического процесса покраски: обезжиривание поверхности, сушку окрашенной детали, шлифовку детали.

5. Создана математическая модель физика факела. Физическая модель факела краскопульта максимально достоверна, учтены основные аспекты, которые влияют на качество и визуализацию окраски: расстояние от дюзы до поверхности, — угол отклонения направления факела от нормали к окрашиваемой поверхности, скорость движения краскопульта, — касание окрашиваемых поверхностей. Расчет объема лакокрасочного материала, использованного в процессе покраски толщину нанесенного слоя на каждом участке поверхности.

6. Визуальное отображение избыточной/недостаточной прокраски поверхности (нормы расхода лакокрасочных материалов для поверхностей задаются согласно технологическим картам)

7. Собран аппаратный комплекс на базе системы HTC Vive 

Почему именно HTC Vive?

Мы не смогли найти альтернативу трекерам HTC Vive Tracker. Удобная штука, которую можно прикрепить, например, на покрасочный пистолет и при помощи микрика на курке и втроенным пинам (pogo pins) передавать сигнал о нажатии.

Что в итоге получилось:

Ссылка

В чем мы ошиблись и переделали

Сборка стенда на «офисной стойке для ТВ» была не лучшей идеей команды. В итоге огромное количество проводов и вид в целом получились «не очень», что немного портило общее впечатление о продукте, несмотря на отличное решение с ПО.

В следующих проектах мы будем пробовать уже «специализированные» стенды для VR, как раз такие мы нашли у фирмы, у которой, кстати, всегда закупали VR-оборудование).