Челябинские ученые разработали программу, родственную Pokemon go, но полезную для конструкторов

Конечно, талант машина не заменит... И все же челябинские ученые приблизили эту давнюю мечту школяров, дополнив ее виртуальными «миражами», помогающими даже новичку почти мгновенно стать мастером своего дела.

Секрет ноу-хау — в так называемой технологии дополненной реальности. В последнее время эта айтишная новинка стремительно вошла в самые разные сферы нашей жизни. К примеру, она завладела умами миллионов геймеров, увлеченно ловящих покемонов из популярной игры Pokemon go. Персонажи мультиков как бы вторгаются в реальный мир, сымитированный на дисплее смартфона...

А что дает эта компьютерная технология в разрезе реальной жизни? Об этом — наш разговор с одним из ее авторов, доцентом кафедры «Информационно-измерительная техника» ЮУрГУ, кандидатом технических наук Дмитрием Кацаем.

Отложенный старт

— Что собой представляет эта IT-технология? И почему возникла нужда приблизить ее к потребностям производства?

— Термин «дополненная реальность» появился в 90-х годах XX века. Он возник в авиакомпании «Боинг» в процессе решения задачи о быстрой и точной прокладке кабелей в фюзеляже самолетов. Но ресурсы компьютерной техники тех лет не позволили решить эту задачу, такая возможность появилась совсем недавно.

Мы поставили перед собой цель — направить дополненную реальность на службу производству. Дело в том, что на обучение слесарей-сборщиков, монтажников аппаратуры уходит масса времени, и все равно ошибки нередко случаются: никто не застрахован от человеческого фактора. Пример тому — недавняя неполадка при сборке ракеты-носителя «Союз-2.1а», из-за чего пришлось на сутки отложить ее запуск на космодроме «Восточный». Причина сбоя — в контрольно-измерительной технике, которая дала ошибочный сигнал из-за брака «...либо в кабеле, либо в сварке, или в самой ракете». Но этого вполне можно было избежать: неслучайно в ПАО «Протон-ПМ» принято решение при сборке ракетных двигателей применять технологию дополненной реальности.

Подсказка для слесаря

— А как научить сборщика, монтажника не допускать таких просчетов?

— Обычно процесс сборки отнимает массу времени. Сборщик изучает целую кипу бумаг: техническую документацию, монтажную, электрическую схемы... Как ускорить этот процесс? Мы справились с этой задачей, заложив с помощью технологии дополненной реальности подсказки, накладываемые на изображение места сборки и отображаемой в очках монтажника. Формирование графических образов деталей выполняется в программах 3D-проектирования (например, «Компас», SolidWorks, Ansys).

Оснастив рабочее место монтажника компьютером, видеоочками с видеокамерой, мы получили качественно новое устройство, с помощью которого можно в реальном времени распознавать изображения и дополнять их полезной информацией. Это текстовые и звуковые сообщения, картинки, видеоролики.

Ловушка для бракоделов

— В чем изюминка вашей технологии? И что она реально дает?

— В наш вариант технологии дополненной реальности заложена система распознавания характерных деталей объекта или маркеров, устанавливаемых в специальных зонах рабочего места сборщика, монтажника. Маркеры позволяют привязать к нужному месту текстовую и графическую информацию. На месте черно-белых символов-маркеров появляется изображение нужной детали, а также подсказки, что нужно сделать. Например, сформировать своего рода «виртуальную модель»  затяжки резьбового соединения, просчитать нужное усилие и сравнить его с фактическим значением, получаемым от тензометрического ключа.

Дополнительный эффект от технологии: если на рабочем месте установлена видеокамера, то она может выполнять роль видеорегистратора. По такой видеозаписи можно проконтролировать сборку и выяснить причины брака. А главный плюс в том, что эта технология ускоряет процессы сборки, монтажа, повышает надежность эксплуатации изделия. Наличие маркеров упрощает их выявление в видеопотоке, обеспечивает высокую надежность их распознавания.

— А какая роль при этом отводится человеку?

— По задумке конструктор, проектируя изделие, сам определяет, какими иллюстрациями он будет наполнять программу. Процесс наполнения иллюстративной базы для разработанной нами программы дополненной реальности не требует специальных знаний, достаточно уровня компетенций, формируемых в рамках базового курса информатики. Сформированы простые правила наполнения базы, которая является открытой для редактирования и дополнения на любом этапе разработки, изготовления и эксплуатации изделия. Такой подход позволяет использовать программу не только в производстве, но и в его техобслуживании и ремонте. Поэтому разработку можно назвать универсальной.

Уйти «в натуру»

— Предел совершенству есть?

— Как известно, нет. Сейчас мы с аспиранткой Татьяной Исуповой продолжаем модернизацию нашей технологии, чтобы сделать ее более гибкой, уйти от маркеров. Особенность «приближенной к натуре» технологии дополненной реальности в том, что роль маркеров в ней играет все, что попало в поле зрения видеокамеры. То есть любые детали «картинки», так называемые естественные ориентиры — характерные элементы отдельных деталей или их совокупность. Образы этих объектов оперативно сохраняются в компьютерной памяти, что позволит в режиме реального времени формировать базу иллюстративных материалов.

—Сборка не единственная сфера применения вашего ноу-хау?

— Спектр его применения очень широк. Технологию дополненной реальности используют в медицине, военной промышленности, архитектуре и во многих других областях.

В перспективе технологию дополненной реальности можно будет применять при тушении пожаров, в антитеррористических операциях, при разминировании. Робот-сапер сразу определит и обезвредит любую бомбу, а человек будет управлять им из безопасного места.
 
Сегодня по поводу будущего применения этой технологии ведется немало споров, высказываются самые фантастические идеи. Но кто знает, возможно, завтра они уже не  покажутся таковыми...

Невозможное возможно?

— То есть дополненная реальность — это технология будущего?

— Для меня в этом сомнений нет. Дополненная реальность имеет двойственный, гибридный характер: это совокупность реального видеопотока и виртуальных объектов. На изображение реального мира мы накладываем виртуальные образы, и это позволяет моделировать даже, казалось бы, невозможные ситуации. На мой взгляд, в ближайшее время развитие этой инновационной технологии получит новый мощный толчок. Этого требует применение безмаркерных технологий, 3D-моделей. Правда, для «приближения к реальности» нужны компьютеры с большей вычислительной мощностью. Но не исключено, что уже следующее поколение общедоступных «персоналок» выйдет на новый уровень погружения в дополненную реальность.

У нас много перспективных задумок, планов, но, к сожалению, наши производственники пока не проявляют большого интереса к этой прорывной технологии, не спешат вкладывать средства для ее продвижения. Сейчас мы подыскиваем инвесторов для выхода на производство, и хочется верить, что они все же пойдут на сотрудничество с наукой. Хотелось бы, чтобы на наши проблемы обратили внимание и на государственном уровне. Если мы не ускорим вхождение наших ноу-хау в заводскую стадию, то нас опередят зарубежные конкуренты, и придется платить  втридорога за аналоги-суррогаты того, что уже наработано в родной стране.