ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО

Transcription

1 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Брзите промени на пазарот налагаат пократок производствен циклус за многу нови производи. Традиционалниот развој на производи е базиран на итерации во дизајнот и градење на скапи и долготрајни физички прототипови. Системите за геометриско моделирање значајно напредувале во последната деценија, така да современите CAD системи се во состојба да работаат особено софистицирани геометрии и склопување на модели на делови. Склопувањето може да се визуелизира, евалуира и модифицира како целина, и неговото движење може да се симулира како што тоа може и со физичкиот прототип. Понатамошен напредок е остварен во областа на анализата на конечни елементи (FEA).

2 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Со помош на FEA можe да се прогнозираат механичките особини и да се мерат перформансите како напрегање, деформација, температура, или притисок во комплексните делови и системи Произведувачите на CAD софтвери се обидуваат во своите софтвери да го интегрираат геометриското моделирање и FEA. Оваа интеграција обезбедува континуиран тек на циклусот на дизајнот и анализата, со што се заштедува драгоцено време и трошоци кои во спротивно би се појавиле во случаи на редизајн и корекции. Овие трендови во инженерството конвергираат кон нов инженерски концепт: ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО.

3 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - дефиниција Виртуелното инженерство е метод базиран на симулации кој се користи да му помогне на инженерите да можат да донесуваат одлуки и воспоставуваат контрола над развојните процеси. Во виртуелната околина прецизно и точно се симулираат геометриските и физичките особини на реалните објекти. Виртуелното инженерство вклучува симулација на различни инженерски активности како што се: машинската обработка, склопувањето, операциите на производствената линија, проверката и евалуацијата и процесот на дизајн

4 Архитектура на виртуелен производен систем

5 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - дефиниција Овие симулации даваат оптимизиран финален прототип и производствени постапки кои потоа служат како основа за покасно воспоставување и на реалниот физички систем на производство. Користењето на симулациите ги елиминира скапите физички прототипови и физичките експерименти. Времето на развој значително се намалува, се тестираат и разгледуваат повеќе развојни алтернативи. Виртуелното инженерство обезбедува и извонредна поддршка на купувачот, како резултат на тоа што тој може да го види производот како 3D модел уште во фазата на развој и да бара модификации во дизајнот според неговите желби.

6 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - дефиниција Центар за виртуелно инженерство

7 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - компоненти Виртуелно производство (ВП) ВП со акцент на дизајнот (design-centered) е симулациона околина за дизајнирање и евалуација на производноста на производот (manufacturability - дизјанирање на производи кои лесно ќе се произведат). ВП со акцент на производствто (production-centered) е симулациона околина за генерирање на планови за процесите и производството. ВП соакцент на контролата (control-centered) е симулациона околина за активноститe во самите производствени погони (shop floor).

8 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО класификација според термините на животен циклус Виртуелен дизајн, Дигитална симулација, Виртуелно прототипирање и Виртуелна фабрика.

9 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - класификација според термините на животен циклус Виртуелен дизајн Виртуелниот дизајн се извршува во виртуелна околина, користејќи ја технологијата на виртуелна реалност. Со користење на технологијата на виртуелна реалност, дизајнерите можат да се внесат во виртуелната околина, да ги градат компоненти, да ги модифицираат, да управуваат со уредите и да интерактираат со виртуелните објекти за да ги спроведуваат дизајнерските активности. Дизајнерите може да чујат просторен реален звук. Од допирот на виртуелниот објект дизајнерот добива повратна информација.

10 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - класификација според термините на животен циклус Виртуелен дизајн Виртуелен дизајн

11 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - класификација според термините на животен циклус Виртуелен дизајн Кај системите за геометриско моделирање, и покрај тоа што современите CAD системи нудат софистицирани алати за моделирање, интеракцијата на дизајнерот со моделот е ограничена. Гледањето на дизајнерот е ограничено на слика проектирана на монитор. Природна интеракција со објектот се добива со технологиите на виртуелна реалност кои на дизајнерот му даваат повеќе слобода и креативност во работата со моделот.

12 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - класификација според термините на животен циклус Виртуелен дизајн Друга намена на виртуелниот дизајн е да го инкорпорира мислењето на потенцијалниот корисник на производот кој го развива, во раната фаза на процесот на дизајн. Особините како што се пристапност и манипулативност можат да се разгледуваат во целост за време на процесот на дизајн. Трета намена е во процесот на дизајн да се вклучат експертските вештини и способности во склопувањето на деловите и работата со нив.

13 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - класификација според термините на животен циклус Дигитална симулација Верификацијата на процесот е една од најважните цели на дигиталните симулации. Операциите на машината мора внимателно да се испитаат пред да започне вистинската работа на неа. Доколку постои грешка во контролниот код, таа може да предизвика сериозно оштетување на производствената машина.

14 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - класификација според термините на животен циклус Дигитална симулација

15 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - класификација според термините на животен циклус Дигитална симулација Со дигиталната симулација, корисникот може да ја верифицира: траекторијата на алатот на NC машината, траекторијата на сондата на машината за мерење на координатите (coordinate measuring machine-cmm), или движењето на раката на роботот пред вистинските операции.

16 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - класификација според термините на животен циклус Дигитална симулација Континуираната контрола на отстранување на материјал кој се одзема од парчето кое се обработува му овозможува на корисникот да ги открие условите кои може да доведат до кршење на алатот. Со симулациите, корисникот исто така може да ја открие колизијата помеѓу алатот и држачот на парчето кое се обработува како и со самото парче на обработка.

17 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - класификација според термините на животен циклус Виртуелно прототипирање Виртуелното прототипирање се однесува на изградбата на комплетен прототип на склоп, со геометриските модели на индивидуалните делови. Виртуелниот прототип понекогаш се нарекува Digital Mock-Up (DMU). Примарна функција на ВП е проверка на остварливоста на операциите на склопување, вклучувајќи ги ограничувањата на склопот и барањата за зјај. Последователноста на склопувањето и траекторијата на деловите се верифицираат. Често се спроведуваат кинематски и динамички симулации на прототипот.

18 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - класификација според термините на животен циклус Виртуелно прототипирање Виртуелен прототип или digital mock-up

19 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - класификација според термините на животен циклус Виртуелна фабрика Виртуелната фабрика е симулација на комплетниот производствен систем. Системот на виртуелната фабрика го симулира: дизајнот на работните ќелии (workcell), производствените процеси, системите за складирање, автоматизираните уреди во погонот како што се роботите, транспортните системи

20 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - класификација според термините на животен циклус Виртуелна фабрика Го анализира производствениот модел од гледна точка на: работната снага, погонските трошоци, производствените трошоци и времето на циклусот. Виртуелната фабрика го симулира комплетниот ланец на обезбедување на влезни суровини (supply chain), овозможувајќи валидација и оптимизација на комплетните ресурси.

21 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - класификација според термините на животен циклус Виртуелна фабрика Реалистична 3D визуелизација на фабриката е предвиденa за корисниците како и за оние кои донесуваат одлуки за да ја разберат, истражуваат и експериментираа со виртуелната фабрика. Виртуелната фабрика се изградува со интегрирање на: симулација на одделните настани и 3D визуелизација. Според описот на производниот процес, се креира 2D симулационен модел на производствениот систем со помош комецијален симулатор.

22 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - класификација според термините на животен циклус Виртуелна фабрика

23 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - класификација според термините на животен циклус Виртуелна фабрика

24 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО примена Дизајнерски алат Виртуелниот дизајн обезбедува потполно различен пристап на процесот на дизајн. Неговиот различен кориснички интерфејс овозможува поинтерактивна и подетална развојна околина. Му помага на дизајнерот подобро да го разбере деталот кој што го дизајнира и да биде покреативен. Од виртуелниот прототип, фино подесување на дизајнот се постигнува со помош на интерфејсот со FEA и другите софтверски пакети за анализа.

25 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО примена Дизајнерски алат Целосната симулација на функционалноста на производот може да ги открие грешките во дизајнот и можните подобрувања. Уште еден аспект на процесот, кој виртуелното инженерство го олеснува е top-down дизајнот. За разлика од реалните прототипови, виртуелниот прототип може да се склопува дури и кога не се на располагање сите детални компоненти. По валидацијата на дизајнот на база на виртуелниот прототип, може да се направи детален дизајн на деловите, во рамките на виртуелниот прототип.

26 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО примена Видови на пристапи на дизајн на склопување Bottom-up пристап. Овој пристап е традиционален и најшироко префериран пристап на дизајн на склоп. При овој пристап сите компоненти се креирани во одделни part документи. По креирањето и зачувувањето на сите компоненти кои ќе го сочинуваат склопот, потребно е да се отвори нов документ за склопување (assembly document) (.sldasm) и да се внесат компонентите, а нивното склопување се врши со примена на зависностите (mate). Доколку е потребно да се едитираат компонетите потребно е да се пристапи во документите во кои се креирани (part).

27 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО примена Видови на пристапи на дизајн на склопување Top-down пристап. При овој пристап, компонентите се креирани во ист документ (assembly document), a зачувани како посебни part документи. Затоа овој пристап е сосема различен од bottom-up пристапот. При овој пристап, работата започнува во документот за склопување (assembly document) и геометријата на еден дел ќе помогне во дефинирањето на геометријата на друг.

28 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО примена Видови на пристапи на дизајн на склопување Top-down пристап

29 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО примена Оценка на производноста Оваа оценка дава информации за: времето за производство на деловите, трошоците и квалитетот на производот времето потребно за подготовка на производството (setup time), времето на траење на производството (run time) и трошоците за работната рака

30 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО примена База на знаења (knowledge based engineering) Кај виртуелното инженерство, се акумулира голема база на експертско знаење и сите инженерски информации се зачувуваат и обработуваат. Со овие бази на податоци и можностите на визуелизација на податоците, можат да раководат и општи инженери кои работаат во тимови со специјалисти и да управуваат со дизајнот на производот и неговите модификации. KBE може да се дефинира како: примена на напредни софтверски техники за стекнување на информации (искуство, знаење) за производите и процесите и нивно повторно користење на интегриран начин.

31 KBE (knowledge base engineering) систем

32 Knowledge-Based CAD to support collaboration:

33 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО примена Паралелно инженерство Дигиталните податоци за производот можат лесно да се разменуваат помеѓу инженерите и дизајнерите кои работаат на ист проект. Му овозможува на инженерите на далечни локации да го проучуваат виртелниот прототип заедно и истовремено со соработниците во центарот каде што се развива производот. Овозможува дизајнерите подобро да го разберат производот, да го подобрат неговиот квалитет и да обезбедат дека дизајнот е коректен од самиот почеток, намалувајќи ја потребата за скапи доработки во касните фази на развој.

34 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО примена Паралелно инженерство Паралелната работа може да се прошири и надвор од компанијата делејќи ги притоа информациите за виртуелниот производ со снабдувачите на влезни суровини и делови. Паралелното инженерство не е неоходно да ја намали работната рака потребна за одреден проект, тоа драстично го намалува времето за развој, а со тоа и времето за влез на пазарот.

35 Паралелно инженерство

36 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО примена Интеграција на CAD пакетот и симулација Пред да може да се употреби софтверот за FEA анализа или симулација, мора да се креира геометријата на моделот. Значи, дизајнерот работи со системот за геометриско моделирање за да го креира моделот и потоа да го пренесе моделот во софтвер за анализа или симулација. Преносот од еден софтверски систем во друг, користејќи ги стандардните формати на податоци често како резултат има губење на некои податоци. Со цел да се разрешат овие потешкотии, денешните CAD системи нудат опциони модули за анализа и симулации кои се тесно интегрирани со системот на геометриско моделирање.

37 Проток на податоците при МКЕ (FEA) процеси за едноцилиндричен мотор со коленесто вратило

38

39 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО софтверски техники Брзината на графиката е најголема препрека при развојот на виртуелното инженерство. И со ограничен хардвер, брзината на графиката може да се подобри со софтверските техники како што се: ниво на деталност LOD (level of detail) и отстранување (culling).

40 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО софтверски техники Ниво на деталност LOD (level of detail) LOD се однесува на контролата на квалитетот на сенчање. Нелинеарните површини се претставени со рамни површини, типично во облик на триаголници. Колку вакви површини повеќе се користат, толку повеќе ќе биде реалистична претставата на тие површини на дисплејот, но ќе се успори времето на прикажување. Бидејќи нивото на деталност кое корисникот може да го забележи, или кое хардверот може да го прикаже е ограничено, обидот да се исцрта и премногу детална слика само го зголемува времето за пресметка.

41 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО софтверски техники Ниво на деталност LOD (level of detail) LOD се контролира на два начини: статички и динамички.

42 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО софтверски техники Ниво на деталност LOD (level of detail) Статичката контрола го менува LOD во согласност со големината на моделот. Кога објектот е блиску, се прикажува високо ниво на деталност, но кога објектот е оддалечен се прикажува ниско ниво на деталност.

43 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО софтверски техники Ниво на деталност LOD (level of detail) Динамичката контрола го менува LOD восогласност со брзината на моделот. Кога објектот е статичен се прикажува високо ниво на деталност, а кога објектот се движи се прикажува ниско ниво на деталот.

44 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО софтверски техники Отстранување (culling) Отстранувањето (culling) е селективен дисплеј на објектите. Во секој момент на пратење на сцената, само дел од целокупната група на модели е видливa за посматрачот. Со тоа, испраќањето на сите информации за објектите на сцената кон графичкиот хардвер за да се прикажат на екранот е непотребно. Постојат два типови на отстранување: view frustum 1 и оcclusion culling. 1 (дел од прирамидата што останува откако нејзиниот горен дел ќе биде отсечен)

45 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО софтверски техники (view frustum) гиотстранува објектите кои се наоѓаат надвор од видливото поле на поблиската и подалечната рамнина.

46

47

48 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО софтверски техники Кај другиот метод на отстранување (Occlusion culling), се игнорираат објектите кои се скриени зад другите објекти (што се затворени од нив). На пример, ако е прикажан комплетен склоп на автомобил, делот од моторот нема да се исцртува бидејќи не е видлив затоа што е покриен со капакот на моторот. Со растечката софистикација во виртуелното инженерство и примената на виртуелна реалност, се зголемува и барањето за високо квалитетна графика и симулации со голема брзина на фрејмовите.

49

50 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО примери Боинг 777 е првиот комерцијален авион, кој бил дизајниран со овој пристап. За да биде дизајниран Боинг 777, Boing имал организирано работници во 238 развојно производни тимови, кои биле одговорни за специфичните производи. Boing го користел CАТIA CAD софтверскиот систем од Dessault/IBM. Ниту еден физички прототип не бил направен, освен носот на авионот, пред да почне склопувањето на првиот авион. Виртуелното прототипирање било толку успешно така што грешката при склопувањето во порамнувањето при приклучувањето на крилата кон трупот била само 0.03 mm (30 m).

51 Boeing 777 прв прототип.

52 Дигитален модел применет при развивање на Boeing 777

53 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО примери GM виртуелен прототип на мотор на локомотива. Одделот за електромотори во General Motors го развил GM16V265H моторот за локомотива со моќ од 6300 коњски сили од "виртуелен развој на производ'', заедно со Unigraphics Solution. Сите делови биле претставени во три-димензионални модели, и натамошните анализи, оптимизација на дизајнот, како и програмирањето на алатните машини за машинска обработка како и разните држачи, биле поврзани со овие модели. Моделирањето овозможило брза испорака на прототип (rapid prototyping), така што првиот мотор се појавил по 18 месеци во споредба со претходното вообичаено траење од 36 месеци.

54 Модел на целиот мотор

55 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО примери Дизајнот на внатрешноста на автомобил на Chrysler. Внатрешноста на автомобилот Dodge Durango 1999, модел на Chrysler e исто така развиен со помош на пристапот со виртуелен дизајн. На наредната слика е прикажан член на дизајнерскиот тим кој седи во ентериерот на возилото. Гледајќи во дисплејот на виртуелна реалност и носејќи дигитални нараквици (со софтвер за пратење на движењата MAS) и системот за пратење, дизајнерот ги гледа и интерактира со виртуелниот прототип на компонентите од внатрешноста на возилото т.е. со командната табла, радио, CD и.т.н. Промените на дизајнот лесно може да се извршуваат на виртуелниот прототип, како и да се испитува видливоста, пристапноста и естетиката. Ваквиот пристап овозможува брза верификација на различните опции на дизајнот.

56 Внатрешноста на автомобил на Chrysler

57 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО примери Метрото 2000 во Стокхолм. Metrocar 2000 е нов систем за јавен транспорт во Стокхолм кој е дизајниран од страна на фирмата Adtranz во Шведска. Користејќи сопствен софтвер dvise, Adtranz демонстрирала виртуелно прототипирање на воз кое вклучувало потполно опремена внатрешност на вагоните со тапацирани седишта, подови, огласни паноа како и дисплеи. Набљудувачите можеа да добијат чувство на димензионалност, просторните односи, естетиката на дизајнот и.т.н. Ова на набавувачот и инженерите му овозможи заедно да дискутираат за дизајнот на метрото уште во раната фаза на развој.

58 Виртуелниот прототип на воз

59 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО софтвери Софтверски производи Компаниите кои произведуваат софтвери за виртуелно инженерство доживуваат огромна експанзија на активности. Повеќето од нив нудат софтверски пакети со повеќе модули, така што купувачите може да бираат модули и истите да ги конфигурираат согласно нивните потреби. Модулите вклучуваат виртуелно склопување, дигитална симулација на машините во производствените ќелии и симулации на производство бибилиотеки со модели на NC машини, роботи, машински компоненти и.т.н.

60 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО софтвери Адамс софтвер од MSC Adams e софтверски пакет за анализа и симулација на авомобилот и неговата динамика. Негова предност се состои во тоа што ја вклучува комплетната линија на моделирање и анализа, вклучувајќи ја кинематиката, статиката, динамиката и симулационите модули. Deneb Robotics Inc. Софтвер Нуди виртуелен дизајн, виртуелно прототипирање и симулации за производни ќелии и фабрики. Симулациите вклучуваат визуелизација, детекција на колизии и евалуација на времињата на циклусот.

61 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО софтвери Софтверските производи се: ENVISION за виртуелен дизајн и прототипирање, IGRIP за дизајн на роботи и планирање на движењата, ERGO за симулација и анализа за ергономските односи и човечкиот фактор.

62 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО софтвери Модул Ultraspot (симулација и офлајн програмирање на роботи за точкесто заварување)

63 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО софтвери Division Inc. софтвер Софтверот обезбедува алати за импортирање на постоечките CAD податоци и конструкција на виртуелниот прототип. Можностите на dvise софтверот вклучуваат детекција на колизии и проверка на зјаеви во текот на креирањето и анализата на прототипот. Предност на софтверот е неговата системска архитектура која е дистрибуирана, има можност да ја користат повеќе корисници и е отворена. Дистрибуираната системска архитектура на софтверот дозволува симулационите процеси да се извршуваат на различни сервери.

64 dvise софтверот за виртуелно прототипирање

65 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - хардвер Виртуелното инженерство е софтвер и по природа не бара некој специфичен хардвер. Хардверот се состои од влезни и излезни уреди. Излезните уреди му даваат на корисникот чувство за виртуелна реалност. Бидејќи најефективната сензорска перфекција кај човекот е визулена, системите со екран се главни компоненти на системот на виртуелна реалност. Денес расположивата опрема вклучува: Дисплеj монтиран на глава (head mounted display-hmd) Бинокуларен монитор (Binocular omni oriented monitors) Дисплеj за просторно задлабочување/потопување (Spatial immersive displays) и Очила (Shutter glasses)

66 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - хардвер Дисплеј монтиран на глава (head mounted display-hmd) 1 Овој уред овозможува потполно задлабочување/потопување. Шлемот кој ги покрива очите овозможува корисникот да гледа само пред себе. Малиот дисплеj кој е монтиран пред очите на корисникот дава стерео слика. Безжичниот систем за пратење кој е вклучен во шлемот овозможува погледот на дисплејот да се менува заедно со позицијата и ориентацијата на главата на корисникот. Постојат повеќе типови на вакви шлемови дадени на наредната слика. Ваквите уреди може да бидат опремени со слушалки и сензори за положба и ориентација. 1) уред за прикажување на компјутерски генерирана слика која се проектира пред очите на корисникот.

67 Рaзлични видови на HMD

68 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - хардвер Бинокуларен монитор со произволна ориентација - (Binocular omni oriented monitors) Бинокуларниот монитор со произволна ориентација е механичка верзија на HMD. Се состои од кутија со дисплеj чија тежина е избалансирана со поврзување на лост кој може да се движи слободно. Со гледањето во кутијата корисникот ја гледа 3D околината стереоскопски, а движењата на главата на корисникот се пратат со помош на системот за механичко поврзување. Главна предност на BOOM е брзото и прецизно пратење на движењата на главата во споредба со HMD.

69 Бинокуларен монитор со произволна ориентација

70 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - хардвер Дисплеj за просторно задлабочување/потопување (Spatial immersive displays-sid) Со овој дисплеј корисникот се чувствува како да е опкружен со виртуелна средина. SID обезбедува широко поле на гледање и му дава на корисникот слобода да оди или да се движи наоколу во виртуелната околина. Најчест пример на SID е CAVE (cave automatic virtual environment). Левиот и десниот дисплеј монитани на главата се заменети со многубројно подигнати дисплеи на кои се проектира и кои ги формираат ѕидовите на околината на коцка.

71 Шематски и вистински приказ на CAVE

72 Tри површини на прикажување и три проектори за слики Дополнителна четврта површина (подот) и четири проектори корситејќи рефлектирачко огледало

73 CAVE конфигурација со сите 6 дисплеи површини

74

75

76 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - хардвер CAVE Движењата на корисникот кај системот CAVE се пратат со помош на сензори вообичаено прицврстени на 3D наочарите и видеото континуирано се координира да ја задржи перспективата на гледачите. Со помош на компјутерите се контролираат овие два аспекти како и аудио аспектот. Вообичаено повеќе звучници се поставени во повеќе агли обезбедувајќи 3D звук како надополнување на 3D видеото. Вистинскиот визуелен приказ е креиран со проектори поставени од надворешната страна на CAVE и контролирани со помош на физичките движења на корисникот во внатрешноста на CAVE. Стереоскопските очила со LCD екрани пренесуваат 3D слика.

77 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - хардвер CAVE Бидејќи проекторите се позиционирани од надворешната страна на коцката, често се применуваат огледала за намалување на неопходното растојание од проекторите до екраните. Проекторите се управувани од страна на еден или повеќе компјутери. За покренување на CAVE се применуваат десктоп компјутери како резултат на тоа што чинат помалку и се стартоваат побрзо.

78 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - хардвер Очила (shutter glasses) Shutter 3D системот е техника на прикажување на стереоскопски 3D слики. Работи на принципот на прикажување на слика наменета за левото око додека се блокира погледот на десното око, потоа прикажувајќи слика на десното око додека се блокира левото око и повторување на овој процес толку брзо, така што прекинувањата не го попречуваат соединувањето на двете слики во една 3D слика. (Поради релативно високата брзина на освежување (> 60 кадри во секунда), човечкиот мозок на гледачот ќе ги третира сликите како да пристигнуваат од двете очи истовремено и да ги комбинира за формирање на 3D слики кои произведуваат индиции на длабочината).

79

80 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО - хардвер Очила (shutter glasses) Kaj oчилата од овој тип (shutter glasses) секое стакло пред окото содржи слој од течен кристал (LCD) со што има својство да се претвори во нетранспарентно или во спротивно транспарентно со помош на синхронизиран електричен сигнал. Синхронизираниот сигнал (синхронизацијата помеѓу проекторот или дисплејот и стаклата) може да биде постигнат преку жичен сигнал или безжично било со инфраред или радио фреквентен предавател (на пример, Wi-Fi, Bluetooth, DLP линк).

81

82 Област од Марс (2D слика од NASA)

83 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО виртуелна реалност Виртуелната реалност е форма на интеракција на човекот со компјутерот (што е спротивно на тастатура, глувче и монитор) обезбедувајќи виртуелната околина, така што може да се истражува преку директна интеракција со нашите сетила. За да се интерактира со околината, мора да има повратна информација. На пример, корисникот треба да бидете во можност да допре виртуелен објект и почувствуваат одговор од него. Овој вид на повратна информација се нарекува хаптичка повратна информација.

84 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО виртуелна реалност Хаптиката е наука на допир. Зборот потекнува од грчкиот збор haptikos што значи "да се биде во можност да се стапи во контакт со". Проучувањето за хаптиката се појави со напредокот на виртуелната реалност. При интеракција човек-компјутер, хаптичка повратна информација значи повратна информација за: допир и сила.

85 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО хаптички уреди Хаптичките уреди (или хаптички интерфејси) се механички уреди кои посредуваат во комуникацијата помеѓу корисникот и компјутерот. Хаптичките уреди му овозможуваат на корисниците да ги допрат, почувствуваат и да манипулира со три-димензионалните објекти во виртуелните околини. Повеќето, најчести компјутерски интерфејс уреди, како што се основните глувци и џојстиците, се само влезни уреди, што значи дека тие ги пратат физичките манипулации на корисникот, но не обезбедуваат повратна информација. Како резултат на тоа, протокот на информации се одвива само во една насока, од периферниот уред кон компјутерот.

86 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО хаптички уреди Хаптичките уреди овозможуваат симулација на допирот и/или силата со што кај корисникот се создава чувство за контакт (допир) со виртуелниот предмет. Симулацијата на допир (tactile feedback) обично се темели на вибрирачки или термички елементи кои корисникот ги носи на прстите и кои се активираат кога корисникот ќе го допре виртуелниот предмет за што е потребно прецизно пратење на положбата на корисникот, односно раката.

87 Микроелементи кои вибрираат или се греат

88 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО хаптички уреди Симилацијата на сила (force feedback) вклучува пратење на положбата со вклучување на активни елементи (мотори, електромагнети, серво мотори) кои создаваат сила на раката на корисникот, деловите од телото или на алатот кој го користи. Подвижни платформи се хаптички состави со кои се симулира позицијата на корисникот со движење на целата платформа во која тој стои или седи. Усогласеноста на позицијата со визуелната информација (со помош на големиот интегриран екран) го зголемува чувството за потопување во симулацијата. Овој тип на хаптички состави најчесто се користат во сложените симулатори, симулатори за возење на автомобил, авион, итн.

89 CyberGrasp систем за добивање на повратна информација за сила

90 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО хаптички уреди CyberGrasp системот е иновативен систем за повратна сила на прстите и раката. Истиот ни овозможува допир во компјутерот и фаќање на компјутерски генерираните објекти. CyberGrasp уредот е лесен, егзоскелет кои се поставува над дигиталната ракавица и создава повратна информација за сила на секој прст. Со помош на овој систем корисникот е во можност да ја почувствува големината и формата на компјутерски генерираните 3D објекти во симулиран виртуелен свет. Силите за фаќање се генерирани од мрежа на тетиви насочени кон врвот на прстите преку егзоскелетот. Постојат 5 актуатори, по еден за секој прст, така што секој може поединечно да биде програмиран за да го спречи продирањето на прстите на корисникот или уништувањето на виртуелниот солид модел.

91 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО хаптички уреди Системот применува сили на фаќање кои приближно се нормални на врвот на прстите во текот на опсегот на движење и силите може да се одредат поединечно. CyberGrasp систем овозможува целосен опсег на движење на раката и не го попречува движењето на носителот. Уредот е целосно прилагодлив и дизајниран да се вклопи со широк спектар на раце.

92 CyberGrasp систем за добивање на повратна информација за сила

93 CyberGrasp систем за добивање на повратна информација за сила

94 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО хаптички уреди Уред за добивање на повратна информација (сила) Хаптичките интерфејси се релативно софистицирани уреди. Како корисникот управува со крајниот ефектор (палецот или дршката на хаптичкиот уред), излезната информација од енкодерот се пренесува до контролерот со многу голема брзина. Тука се обработува информацијата за да се утврди позицијата на крајниот ефектор. Позицијата потоа се праќа до компјутерот кој ја стартова софтверската апликација. Ако софтверот утврди дека е потребна сила на реакција, компјутерот до уредот испраќа повратна информација за сила. Актуаторите (моторите во рамките на уредот) ги применуваат овие сили врз основа на математички модели кои ги симулираат саканите чувства.

95 PHANTOM Omni from Sensable Technologies, Inc.

96 Подвижна платформа симулатор за возење

97 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО сензори Овој систем ја следи позицијата и ориентацијата на корисникот во виртуелната околина. Целта на уредите за следење е да се одреди x, y и z позицијата и ориентацијата (yaw, pitch, and roll) на одреден дел од телото на корисникот во однос на фиксна точка. Повеќето типови на интерактивни уреди за виртулена реалност имаат вградено таков уред. HMD имаат потреба од таков уред така што погледот може да се ажурира за тековната ориентација наглавата накорисникот.

98 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО сензори Дигиталните ракавици (data gloves) и џојстиците за летање вообичаено имаат уреди за следење така што иконата со виртуелна рака ќе ги следи промените на позицијата и ориентацијата на вистинската рака на корисникот. Дигиталните костимите за целото тело на нив имаат по неколку уреди за следење така што виртуелните стапала, половина, раце и глава го одразуваат корисникот. Уредите за следење користат: механички, електромагнетни, ултразвучни, оптички и инерциски сензори.

99 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО сензори Механички сензори Механичките сензори концептуално се наједноставни. Постои механичка конструкција со одреден број на зглобови во кој се мери аголот на ротација на зглобот. Од овие агли и познатите должини на сегментите помеѓу зглобовите, со едноставно решавање на равенка од кинематика се добива положбата на задниот сегмент во однос на првиот фиксен сегмент на конструкцијата.

100 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО сензори Механички сензори - егзоскелет Користењето на т.н. егзоскелет (механичка конструкција монтирана на телото) може да се користи за следење на позицијата на зглобовите во телото, а со тоа и позицијата на целото тело. Предностите на овие уреди се: висока прецизност но недостаток е непрактичната изведба предизвикана од големината.

101 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО сензори Електромагнетни сензори Електромагнетните сензори користат извор на електромагнетно поле и електромагнетни сензори, така што положбата на изворот е фиксна и позната. Сензорите кои се наоѓаат на главата и рацете на корисникот примаат електромагнетен сигнал и го проследуваат до централната процесорска единица (CPU) која врз основа на примениот сигнал ја пресметува положбата и ориентацијата на сензорот во рамките на електромагнетното поле, односно положбата и ориентацијата во однос на изворот. Изворот и сензорот со CPU поврзани се со помош на кабли.

102

103 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО сензори Електромагнетни сензори Предности: работаат во реално време, поставување е едноставно, а цената релативно прифатлива Недостатоци: присуството на кабел го ограничува движењето на корисникот. Иако постојат и безжични системи кај кои радио врската ги заменува каблите, истите се значително поскапи од обичните, имаат ограничен опсег на електромагнетно поле и се доста чувствителни на метални предмети во околината.

104 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО сензори Ултразвучни сензори Ултразвучните сензори работаат на сличен принцип како и електромагнетните, само што наместо електромагнетните бранови секој предавателот емитува звук со висока фреквенција кои го добиваат приемници - специјални микрофони. Предности: прифатлива цена и добар опсег Недостатоци: помеѓу предавателот и приемникот не смее да има пречки, системот не може да поддржува поголем број на истовремени сензори, точноста е полоша од магнетни сензори, димензиите на примачот се потешкотија за одредени апликации.

105

106 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО сензори Оптички сензори Оптичките сензори (motion tracking, optical motion capture) со користење на повеќе камери ги следат маркерите, така што со комбинирање на позицијата на маркерите во видното поле на секоја камера ја пресметуваат позицијата намаркерот вопросторот (3D). Во работата на овие системи се користат различни принципи на следење, најчесто се применуваат маркери од сјаен материјал. Камерите, чувствителни на инфрацрвена светлина ги следат маркерите, односно движењата на телото во просторот. Камерите мора да се калибрирани, односно утврдени нивните меѓусебни позиции и ориентации.

107

108 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО сензори Оптички сензори Со комбинирање на податоците за 2D позицијата на маркерите (од сите камери), заедно со информациите за позициите и карактеристиките на камерите, прецизно се одредува 3D позицијата на маркерот. Предности: значително голема точност, можноста за истовремена употреба на голем број на сензори (до сто)

109

110 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО сензори Дигитална (сензорска) ракавица Еден од првите итерактивни уреди креиран да ги инкорпорира предностите на гестикулациите на рецете е дигиталната ракавица. Различни технологии на сензори се применуваат за да ги претстават физичките податоци како што е свиткувањето на прстите. Уредот за следење на движењето (магнетен или инерцијален) е поставен за да се добијат податоци запозицијата/ротацијата наракавицата. Овие движења потоа се интерпретирани со помош на софтвер кој ја прати ракавицата. Информациите кои се генерираат од страна на дигиталната ракавица графички се генерираат во виртуелната околина и покажуваат динамички променлив облик на раката кој се позиционира заедно со движењето на раката на корисникот.

111

112

113 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Virtual Reality Modeling Language VRML e програмски јазик за креирање и прикажување (рендерирање) на тридимензионални (3-D) објекти, анимации и простори на веб. Се користи за симулирање на реалистични погледи од внатрешноста и надворешноста на згради, мостови, тунели и др; овие погледи се менуваат во реално време во согласност со движењата на корисникот на компјутер или клик на маусот. VRML околините може да содржат хиперлинкови до аудио и видео датотеки и растерски слики. Равиен во CАД, VRML е отворен интернет стандард. VRLM датотеките се наречени зборови и имаат наставка.wrl. Првата VRLM верзија се појавила во ноември Последната официјална верзија на VRLM била VRLM97.

114 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Virtual Reality Modeling Language Наследник на VRML е X3D. Вo 2001, X3D се појави како XML кодирање на VRLM. X3D додава сенки, гео-локации и други важни 3D карактеристики со прилагодлива поддршка за корисниците од медицина, CAD, GIS и други важни кориснички области.

115 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Обратно инженерство Reverse engineering (RE) Обратно инженерство Претставува процес на дигитализација на постоечки дел, склоп или цел производ, со прецизно мерење или сканирање. Примената на оваа технологија е особено корисна кога електронски модели на техничката документација не се достапни. За процесот na RE карактеристични се две фази: прва која се состои од дигитализирање на податоците и втора, во рамките на која се врши 3D моделирање на објектот, врз основа на добиените податоци.

116 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Обратно инженерство Исходот од првата фаза на процесот на RE претставува дигитален опис на објектот во тродимензионален простор, кој е наречен облак од точки (point cloud), добиен од уредите за мерење. Во три-димензионален координатен систем овие точки вообичаено се дефинирани со X, Y и Z координати и често се наменети за да ја прикажат надворешната површина на објектот. Облак од точки за торус

117 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Обратно инженерство Денес, на располагање се голем број на методи за 3D дигитализирање. Меѓу најпознатите и со најголема примена во практиката може да се нумерираат следните системи за 3D дигитализирање: машини за мерење на координатите (со контакт или без контакт), рачно управуваните 3D пантографи (во денешно време особено се популарни), интерферометри фотогравиметри и во последно време особено користената компјутерска томографија (CT).

118 Машини за мерење на координатите

119 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Обратно инженерство На пазарот постојат голем број на технологии за сканирање за прибирање на податоци без контакт со физичкиот дел. Уредите без контакт користат ласери, оптика и сензори за прибирање на податоци за точките. Иако со овие уреди се добива голема количина на податоци за релативно краток период на време, постојат голем број на прашања поврзани со технологијата на сканирање. Оптички уред за сканирање

120 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Обратно инженерство Вообичаено толеранцијата на неконтактното сканирање е ±0.025 to 0.2 mm. Некои неконтактни системи имаат проблеми со генерирањето на податоци при опишувањето на површини кои се паралелни со оската на ласерот. Неконтактните уреди применуваат светлина при процесот на добивање на податоци. Со ова се создаваат проблеми кога светлината влијае на светли површини, па затоа одредени површини мора да бидат обложени со привремен слој на фин прав пред сканирањето.

121 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Обратно инженерство Дигиталните податоци, вообичаено претставени како облак од точки, не ги содржат потребните тополошки информации. Тие понатаму се обработени и моделирани во некој по погоден формат, од аспект на понатамошна апликација. За обработка на точките од облакот се применуваат различни софтвери како Imageware, Rapidform или Geomagic. Тие ги пренесуваат точките од облакот во форма која е повеќе погодна како инпут во другите системи (CAD/CAM/CAE, RP/RT/RM) или визуелизација.

122 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Управување со податоците за производот Product data management (PDM) Управување со податоците за производот Сложеноста на моделите и анализите кои во основа имаат мноштво на различни типови на податоци може да доведат до проблеми во дигиталните информации и протокот на податоци. PDM технологијата нуди решение за сигурно складирање и следење на податоците, на тој начин што информациите и податоците се пласиранат до правилна личност од дизајнерскиот тим во право време. Покрај тоа, електронските податоци мора да бидат на располагање во различни формати, и на тој начин да бидат пренесувани без потешкотии помеѓу подсистемите на околината на виртуелното инженерство, преку соодветни интерфејси.

123 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Управување со податоците за производот PDM подразбира примена на софтвер за следење и контрола на податоците поврзани со одреден производ. Податоците кои се следат обично вклучуваат: техничките спецификации на производот, спецификации за производство, како и видовите на материјали кои ќе бидат потребни за да се произведе производот. Употребата на PDM му овозможува на компанијата да ги следи трошоците поврзани со создавање и лансирање на производот. PDM е дел од PLM, а главно се користи од страна на инженерите.

124 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Управување со животниот циклус на производот Product life cycle management (PLM) Управување со животниот циклус на производот Водечките производители го прифатиле PLM како средство за моќно и сигурно спроведување на бизнис стратегија и поддршка на иновациите во процесот на развој на производот. Поддржувајќи го процесот на донесување на одлуки во развојот на производот, DMU претставува клучна компонента на PLM системот. DMU на проектниот тим му овозможува да создаде дигитален модел на производот и неговата околина во реално време, да го анализира навлегувајќи притоа во суштината на клучните фактори кои го одредуваат неговиот квалитет, карактеристики и цена. Ова значително го намалува времето и трошоците за развој на производот, со истовремено оптимизирање на квалитетот на производот и производноста.

125 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Управување со животниот циклус на производот Фаза на воведување (Introduction Stage) Фаза на раст (Growth stage) Maturity Stage (Фаза на зрелост) Decline Stage (Фаза на опаѓање)

126 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Виртуелна контрола на квалитетот Virtual quality control and verification Виртуелна контрола на квалитетот и верификација Мерењата се извршуваат без физички дел врз база на виртуелен модел. Откако виртуелниот свет е креиран добива команди од џојстик. Корисникот ја опишува патеката на виртуелната сонда со движење на џојстикот и со тоа ги дефинира мерните точки исто како да работи со реална CMM.

127 VRML модел на Computer Measurement machine (CMM) Сонда во контакт со работно парче

128 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Физички прототипови Брза изработка на прототипови/производство (RPM) Physical prototyping Rapid prototyping/manufacturing (RPM) - Физички прототипови Брза изработка на прототипови/производство (RPM). Rapid Prototyping (RP) е термин кој најчесто се користи за да се опишат различни процеси, кои се во насока на брзо креирање на три-димензионални физички делови од виртуелен 3D компјутерски модел со примена на атоматски машини. Деловите се изградуваат директно од 3D CAD моделот така што добиениот физички дел е со прецизни димензии, во зависност од израниот процес. Rapid Prototyping е различен од традиционалното производство по тоа што е можно само преку употреба на компјутери да се генерираат податоци за 3D CAD моделот така и да се контролираат механичките системи на машините кои ги изградуваат деловите.

129 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Физички прототипови Брза изработка на прототипови/производство (RPM) Сите RP техники применуваат исти процес кои се одвива во пет чекори: Креирање на CAD модел: најпрво објектот кој треба да биде произведен е моделиран со примена на CAD софтверски пакет. Солид моделерите имаат тенденција да ги претстават 3D објектите поточно од жичаните модели и како резултат на тоа се постигнуваат подобри резултати. Овој процес е идентичен за сите RP техники. Конвертирање на CAD моделот во STL формат: За да се воспостави конзистентност, STL (стереолитографија, првата RP техника) форматoт е усвоен како стандард за RP индустрија. Вториот чекор, според тоа, е да се конвертира CAD датотека воstl формат. Овој формат три-димензионалните површини ги претставува како склоп од рамни триаголници.

130

131 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Физички прототипови Брза изработка на прототипови/производство (RPM) Исекување на STL фајлот: Во третиот чекор, софтверот го подготвува STL фајлот кој ќе се изградува, односно го исекува STL моделот во одреден број на слоеви со дебелина од 0,01 mm до 0.7 mm дебелина, во зависност од техниката на изградување. Изградување чекор по чекор: Четвртиот чекор претставува изградување на делот. RP машините го изградуваат слојот од полимери, хартија или метален прашок. Повеќето машини се прилично автономни, односно имаат потреба од мала човечка интервенција.

132 ВИРТУЕЛНО ИНЖЕНЕРСТВО Физички прототипови Брза изработка на прототипови/производство (RPM) Selective Laser Sintering (SLS) - Селективно ласерско синтерување Оваа технологија била развиена во Универзитет во Тексас во 1980 година. Во овој процес за спојување на материјалот (пластика, метал, керамика) во слоеви се применува ласер со голема моќност. Одредена количина од необработениот прав се нанесува вослој над претходно споениот материјал со помош на ваљак. Помошен материјал во процесот на SLS не е потребен. Како резултат на применетиот материјал добиениот дел со овој метод е поцврст во споредба со другите RP методи.

133 Selective Laser Sintering (SLS) - Селективно ласерско синтерување

134

135

136 Проширена реалност (Augment reality-аr) Проширена реалност (АR) е комбинација од вистинска сцена видена од корисникот и вештачка сцена која ја проширува сцената со дополнителна информација. Во виртуелниот простор апсолутно сите компоненти се компјутерски генерирани, од просторот до подвижните елементи, кои на корисникот му се понудени интерактивно на делува на нив со помош на интерактивни уреди. Кај проширената реалност најчесто станува збор за реален физички простор, најчесто посматран со камера, во кој со помош на специјализирани технологии може да се сместат виртуелни објекти.

137 Проширена реалност (Augment reality-аr) Системот за проширена реалност се состои од: Камера Компјутерска единица Екран Камерата снима слика, а потоа системот го зголемува виртуелниот објект на врвот на сликата и го прикажува резултатот. На сликата прикажан е пример на едноставен систем на проширена реалност базиран на маркер. Системот снима слика од околината, го открива маркерот и ја утврдува локацијата и ориентацијата на камерата, а потоа го зголемува виртуелниот објект на врвот на сликата и го прикажува на екранот.

138 Пример на едноставен систем за проширена реалност

139 Графикон на едноставен систем за проширена реалност Модулот за земање (capturing module) ја зема сликата од камерата. Модулот за следење (tracking module) ja пресметува точната локација и ориентација за виртуелно преклопување. Модулот за рендерирање (rendering module) ја комбинира оригиналната слика и виртуелните компоненти користејќи ја пресметаната поза и потоа ја рендерира проширената слика на екран.

140 Reality with a bit of virtual in it Virtual World with a bit of Reality in it Мешана реалност (Mixed Reality): технологија која во даден простор и време ги комбинира физичките елементи од реалниот свет и компјутерски генерираните објекти

141

142 Проширена реалност (Augment reality-аr) AR во рамките на повеќе општиот контекст се нарекува и Мешана реалност (МR) кој се однесува на спектар oд повеќе области, кои ги покриваат Виртуелната реалност (VR), Проширената реалност (AR), телеприсуството (група на технологии кои на личноста му овозможуваат да се чувствува како да е присутен) и други сродни технологии. Мошне слично на виртуелната реалност, во која се стремиме да се постигне илузијата на присуство во рамките на компјутерска симулација, телеприсуството има за цел да се постигне илузија на присуство на далечинска локација.

143

144 Проширена реалност (Augment reality-аr) - карактеристики Основни карактеристики на системите на проширена реалност се: Kомбинацијата на реалното и виртуелното овозможува збогатување на реалниот простор со што се постигнува визуелен впечаток дека виртуелните елементи се дел од реалниот свет. Интеракција во реално време Регистрирање во 3D Регистрирањето се однесува на точно усогласување на реалните и виртуелните објекти. Без прецизна регистрација, илузијата дека виртуелните објекти постојат во реалната околина е нарушена.

145 Проширена реалност (Augment reality-аr) - карактеристики Интеракција во реално време

146 Проширена реалност (Augment reality-аr) - уреди Според типот на дисплеј се разликуваат следните основни класи нa АR уреди: Оптички провидни HMD Виртуелно ретинални системи Видео HMD AR базирана на монитор АR базирана на проектор

147 Проширена реалност (Augment reality-аr) - уреди Оптички провиден HMD (Optical see through HMD) оптички провидната проширена реалност користи транспарентен HMD за да ја прикаже виртуелната околина директно над реалниот свет. Работаат со поставување на оптички комбинатори (апаратура која комбинира две слики заедно, било од иста страна на комбинаторот или од две различни страни на комбинаторот) пред очите на корисникот. Овие комбинатори се делумно провидни, така што корисникот може да гледа директно низ нив за да го види реалниот свет. Комбинаторите се исто така делумно рефлективни, така што корисникот гледа виртуелни слики кои ќе се појават на комбинаторите, од мониторите поставени на глава.

148 Optical see through HMD

149 Проширена реалност (Augment reality-аr) - уреди Виртуелно ретинални системи VRD (Virtual Retinal Display) биле измислени на Универзитетот во Вашингтон во Целта била да се произведи максимална боја, широко поле на гледање, висока резолуција, висока осветленост и виртуелен дисплеј со ниска цена. Microvision Inc. имала ексклузивна лиценца да ја комерцијализира VRD технологијата.

150 Проширена реалност (Augment reality-аr) - уреди Видео HMD (Video HMD) работаат со комбинирање на затворен HMD со една или две монтирани видео камери. Видео камерите на корисникот му обезбедуваат поглед од реалниот свет. Видеото од тие камери е комбинирано со графички слики креирани од генераторот на сцена, со што настанува спојување на реалното со виртуелното. Резултатот е пратен до мониторите пред очите на корисникот во затворениот HMD.

151 Video see through HMD

152 Проширена реалност (Augment reality-аr) - уреди АR базирана на монитор проширената реалност базирана на монитор применува една или две камери за поглед од околината. Камерите може да бидат статични или подвижни. Доколку се подвижни, камерите се поставени на робот и се движат заедно со сензорот за локацијата. Видеото од реалниот свет и графичките слики генерирани од генераторот на сцена се комбинираат на ист начин како и видео HMD. Во овој случај дисплејот е коневнционален десктоп монитор или дисплеј кои се држи во рака. Ова е можеби најлесниот уред за АR бидејќи ги елиминира прашањата поврзани со HMD. Princeton Video Image, Inc. развиле ваков тип на техника.

153 Monitor Based Augmented Reality

154 Проширена реалност (Augment reality-аr) - уреди АR базирана на проектор овој тип на проширена релност користи реални тридимензионални објекти врз кои се проектира компјутерската слика со цел да се добие пореалистичен изглед. AR базирана на проектор е исто така погодна за повеќе кориснички ситуации. Порамнувањето на проекторите и проекционите површини се од особено значење за успешни апликации.

155 Projector Based Augmented Reality

156 Проширена реалност (Augment reality-аr) - маркери АR базирана на проектор овој тип на проширена релност користи реални тридимензионални објекти врз кои се проектира компјутерската слика со цел да се добие пореалистичен изглед. AR базирана на проектор е исто така погодна за повеќе кориснички ситуации. Порамнувањето на проекторите и проекционите површини се од особено значење за успешни апликации.

157 Проширена реалност (Augment reality-аr) - маркери Маркерите се користат за да се утврди погледот на камерата, со цел виртуелниот објект правилно да се појави над маркерот. На почетокот камерата фаќа слика од просторот и ја праќа сликата до компјутерот (video stream from camera). Потоа реалната слика се претвора во бинарна (бела или црна) за да се поедностави обработката. AR софтверот ја пребарува секоја примена слика за да ја утврди рамката која го означува маркерот (search for markers). Oткако се детектира маркерот AR софтверот ја пресметува 3D позицијата и ориентацијата на маркерот во однос на камерата така што податоците се внесуваат во трансформациска матрица (find marker 3D position and orientation).

158 Проширена реалност (Augment reality-аr) - маркери AR софтверот го идентифицира маркерот така што го гледа симболот во црната рамка и го споредува со шаблоните во меморијата (identify markers). Користејќи ја трансформациската матрица за совпаѓање на 3D виртуелниот објект со маркерот, виртуелниот објект се позиционира на маркерот (position and orient objects). Моделот се прикажува над сликата од реалниот свет добиена со камерата, така што се чини дека е залепен за маркерот (render 3D objects in video frame). На крајот софтверот испраќа слика од виртуелниот 3D модел на екранот на корисникот (video stream to the user HMD).

159 Процес на креирање на AR со примена на маркер

160 Примери на разни маркери

161 Проширена виртуелност (Augment virtuality-аv) - уреди AV ги опфаќа сите случаи каде реален објект е внесен во компјутерски генерирана околина. Систем во кој се применуваат повеќе сензори со кои се надополнува визуелно претставената виртуелна околина. Примери на АV - Визуелни примери: Внесување на реално видео (пр. видео конференција) во виртуелна околина.

162 Проширена виртуелност (Augment virtuality-аv) - уреди - Примери на мирис: Насочување на мирисот на кафе на корисникот кога тој/таа минува покрај виртуелен кафемат во виртуелната околина. - Хаптички примери: Вклучување на топлинска ламба над корисникот кога тој/таа пристапува на место во виртуелната околина кое е изложено на сонце. Вклучување на вентилатор пред корисникот кога тој/таа пристапува на место во виртуелната околина кое е изложено на ветер.

163 Meta Cookie setup: наместо неутрален вкус на колачиња, корисникот ги гледа колачињата и се добиваат соодветни мириси

164 Хибридни прототипови Хибридните прототипови ја комбинираат физичката претстава за објектот и физички повратната информација со компјутерски генерираната информација за да се анализираат особините на идните производи. Земањето на некој објект, чувството за неговата тежина или неговото движење, чувство за повратната сила (force feedback) дава по директен и интуитивен пристап отколку само визуелно базираната виртеулна реалност.. Наредната слика покажува користење на HMD кој на предната страна има вклучено две камери кои испаѓаат слика (поглед од левото и десното око на мониторите во позадина). Одредувањето на соодветната позиција и ориентација е базирано на препознавање на маркерот на сликата со користење на AR софтвер. Кога лицето го ротира или го придвижува објектот временски зависната визуелизација на деформираниот лим ги следи движењата.

165 АR визуелизација на симулирање на процес на обликување на металот околу физичкиот прототип

166 Хибридни прототипови Друга комбинација на физичко и виртуелно претставување е користено во хибридниот прототип на наредната слика, физичко седиште на автомобил со виртуелно прикажана контролна табла. Ова седиште е поставено во CAVE така што е симулиран протокот на воздух низ отворите на контролната табла. Инженерот кој го дизајнира и тестира системот носи HMD.

167 Hybrid Prototype / Air Conditioning Simulation

168 Проширена реалност (Augment reality-аr) - примена Проширена реалност на ентериер Кај ентериерот, AR му овозможува на корисниците виртуелно да испитуваат како дел од мебелот се вклопува во нивната дневна соба. Интеракциите со корисникот настануваат во реално време и аугментацијата е во 3D.

169 Outdoor visualization (Надворешна визуелизација): корисникот (долу-десно) ја гледа реалната околина (горе-десно) и проширената реалност со новата зграда низ дисплеј (долу-лево). Проширената реалност е адаптирана според осветлувањето на околината (горе-лево)

170 Проширена реалност (Augment reality-аr) - примена 3D CAD Model

171 been broken down into modules such as positioning, scaling, databases (i.e. GIS, GPS, etc.), and occlusion. Interconnections Between Various Components of the AR System

172 Проширена реалност (Augment reality-аr) - примена При склопувањето, апликациите на AR може да претстават инструкции за склопување при секоја фаза. Системот може да ги претстави инструкциите на дисплеј монтиран на глава, на мобилен телефон или на нормален дисплеј. Предноста на инструкциите на AR споредено со печатените прирачници е јасна. AR при инструкции за склопување Корисникот може да ги види инструкциите од сите гледни точки и да се концентрира на склопот без да прелистува низ прирачниците.

173 Проширена реалност (Augment reality-аr) - примена AR при одржување и поправка

174 Проширена реалност (Augment reality-аr) - примена AR при одржување и поправка

175

176 Проширена реалност (Augment reality-аr) - примена AR при детски игри

177 АR базирана на информации за локацијата. Таков пример е Wikitude World Browser, кој користи GPS, компас и камера од мобилниот уред за да ја прошири локацијата со информации за корисникот. Функционира на повеќе платформи (Symbian, Android и iphone)

178

179 Проширена реалност (Augment reality-аr) примена АR е погодна за рекламирање. Во 2010 година, различни компании започнале кампањи за рекламирање со помош на AR. Една од нив е Бенетон кампањата IT S:MY:TIME. Таа ги поврзува своите рекламирања во весници, билборди и каталози со производи со проширена реалност. Тие ги користат истите симболи во сите од нив. Малите икони покажуваат дека корисникот може да користи веб камера или да ја преземе апликација од App Store. AR апликација потоа го зголемува видеото на врвот на маркер, односно каталогот. PC верзијата користи Adobe Flash Player, која повеќето корисници веќе ја имаат инсталирано на компјутерот и со тоа не треба да преземаат нешто ново.

180 Benetton s AR campaign. Користи исти симболи за да ја прикаже виртуелната околина

181 AR книги. Корисникот ги следи анимациите со примена на веб камера.

182 AR во медицината

183 Look Tel апликација за паметни телефони за лица со оштетен вид. Апликацијата ги препознава објектите и карактерите (со помош на системот за оптичко препознавање на знаци (OCR) и техниките на компјутерската визија) и ги чита гласно кога корисникот го насочува врз нив мобилниот телефон.

184 Проширена реалност (Augment reality-аr) примена мулти-сензори Pömpeli мулти-сензорски простор со мулти-допир видео, аудио, мирис, ветер и светла на аеродромот во Хелсинки.