Holodeck-ul de la INCAS

Sunteţi pasionaţi de serialul Star Trek? Dacă răspunsul este afirmativ, sunt convins că ați fost fascinați de una dintre facilitățile de la bordul navei stelare Enterprise: holodeck-ul, acea încăpere cu totul specială în care te puteai „scufunda” în orice lume virtuală îți doreai.

Pot să vă spun că holodeck-ul nu mai este chiar de domeniul SF și că una dintre cele mai performante instalații de acest tip se află la noi, în România, la Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare Aerospațială „Elie Carafoli” – INCAS București. Am avut marea șansă să văd cu ochii mei această minunăție, la care doar visam în urmă cu câțiva ani.

Îmi amintesc cu o oarecare nostalgie de vremurile în care mă ocupam de proiectarea de sisteme giroscopice. Îmi era dragă planșeta aceea a mea, pe care desenam cu sârg și inginerește tot soiul de chestii mai mult sau mai puțin complicate. Era o muncă foarte interesantă și provocatoare. Trebuia să fiu mereu atent, nu cumva să greșesc vreo cotă. Una singură dacă era greșită se ducea pe apa sâmbetei proiectul meu.

După revoluția din 1989, lucrurile au început să se schimbe. Am primit și noi câteva PC-uri, care ne păreau a fi adevărate minuni. Puteam să folosim primele variante de AutoCAD (un program de proiectare asistată de calculator), iar munca noastră s-a ușurat dintr-o dată foarte mult, scăpându-ne de multe dintre mărunțișurile care ne transformau în salahori cu gulere albe.

După ce am plecat din zona inginerească a lumii și m-am orientat către popularizarea științei și tehnologiei, am asistat, din exterior, la o evoluție extrem de rapidă a tehnologiilor de proiectare inginerească. Planșeta aceea pe care o iubeam eu a dispărut, fiind înlocuită de monitoare din ce în ce mai mari. Timpul nu mai este risipit inutil, lăsându-se astfel mai mult loc pentru adevărata creație inginerească. Mai mult decât atât, în prezent, sunt folosite reprezentări virtuale 3D, care permit adevărate „excursii” în lumea obiectului proiectat.

Dar să nu mai lungesc vorba. Lucrurile au progresat foarte rapid, până la nivelul în care începe să fie materializat ceea ce, în urmă cu nu mulți ani, ținea de SF-ul din Star Trek. Am avut ocazia să văd la INCAS științifico-fantasticul holodeck despre care vă vorbeam la începutul acestui text. Am fost de-a dreptul copleșit.

La o primă vedere, arăta ca o cameră obişnuită. Dar, atunci când te uitai mai atent, descopereai că trei dintre pereţi sunt de fapt nişte paravane translucide pe care, din exterior, se proiectau imagini 3D. Inclusiv pe podea se proiectau, de sus, imagini 3D. În partea superioară a paravanelor, erau instalate tot soiul de dispozitive misterioase, al cărui rol aveam să îl aflu imediat.

Dl. inginer Emil Costea, care ne însoțea în vizita noastră, ne-a explicat mai multe.

Sistemul are o rezoluție de 4K. Vedeți, sunt folosiți ochelari 3D pe care sunt montate niște repere care ajută la determinarea în timp real atât a direcției în care se privește, cât și a poziției capului utilizatorului. Sistemul nostru permite o adevărată imersiune într-un univers 3D virtual

Pentru ca senzația utilizatorului să fie cât mai aproape de realitate „este purtată o mănușă haptică, echipată la rândul ei cu repere care ajută la determinarea poziției mâinii în spațiul virtual”. Pentru cei care nu au aflat încă, mănușile haptice reproduc foarte bine senzațiile tactile, astfel încât utilizatorul să aibă senzația că poate atinge cu adevărat obiectele virtuale.

Domnul inginer Emil Costea a mai adăugat, cu un zâmbet:

Sistemul de realitate virtuală instalat la INCAS este unul dintre cele mai performante din lume, fiind singurul din Europa Centrală și de Est care poate atinge rezoluții de proiecție de 4K

Cum funcționează?

Laboratorul de realitate virtuală de la INCAS face parte din sistemele de tip CAVE (acesta este acronimul de la „Cave Automatic Virtual Environment” – mediu virtual automat [de tip] grotă), care în prezent sunt cele mai performante sisteme de vizualizare tridimensională, în care utilizatorii pot vizualiza, naviga și interacționa în medii virtuale.

Bănuiesc că sunteți oarecum familiarizați cu filmele 3D. Pe ecranul din fața voastră sunt proiectate simultan două imagini ușor diferite, una pentru ochiul stâng și una pentru ochiul drept. Pentru a putea avea senzația de tridimensionalitate, este necesar ca fiecare dintre aceste imagini să ajungă la ochiul corespunzător și, din acest motiv, trebuie să purtați o pereche de ochelari, în care lentilele sunt niște filtre de polarizare. Lumina celor două imagini proiectate pe ecran este polarizată diferit, astfel încât folosind ochelarii să puteți vedea cu fiecare ochi imaginea corespunzătoare.

Ceva similar, dar mult mai sofisticat, se întâmplă și în laboratorul de realitate virtuală de la INCAS. Aici nu mai avem de-a face cu lumină polarizată. Pe pereții și podeaua laboratorului sunt proiectate alternativ imaginile corespunzătoare fiecărui ochi. Ochelarii nu mai sunt echipați cu filtre de polarizare, ci cu niște lentile cu cristale lichide, care pot fi comandate astfel încât să fie opace sau transparente.

În momentul în care intri în camera de realitate virtuală, acești ochelari trebuie sincronizați cu proiecția, astfel încât, de exemplu, lentila pentru ochiul drept să fie transparentă pe perioada în care este proiectată imaginea pentru acesta, și opacă pe perioada în care este afișată imaginea pentru ochiul stâng.

Pentru ca senzația de imersie, de scufundare, în spațiul virtual să fie și mai pregnantă, un sistem specializat urmărește mișcările utilizatorului, modificând corespunzător imaginile afișate. Pentru sporirea senzațiilor de realitate se adaugă și alte dispozitive, cum ar fi mănușa haptică, despre care vă vorbeam mai devreme, care permite manipularea obiectelor virtuale. Imaginați-vă că puteți încerca să deșurubați o piuliță virtuală, iar mâna voastră va simți forța pe care trebuie să o aplicații asupra cheii.

Pentru a atinge asemenea performanțe este folosit un sistem de calcul foarte performant care este capabil să transpună în mediul virtual interacțiunea în timp real a operatorului uman asupra obiectelor virtuale de studiu. În plus, sistemul permite importul a 32 formate de fișiere obținute cu ajutorul aplicațiilor de tip CAD (Computer Aided Design – proiectare asistata de calculator), care pot fi inserate în același mediu virtual.

Există și situații în care obiecte complicate nu posedă un proiect digital. În acest caz, este folosit un scaner de mare definiție, cu ajutorul căruia obiectul este transpus într-un format digital și astfel poate fi introdus în spațiul virtual.

Laboratorul de realitate virtuală de la INCAS are o structură modulară, ceea ce permite integrarea și altor echipamente care vor apărea pe piață. Deși este unul dintre cele mai moderne din lume, dezvoltarea domeniului realității virtuale este extrem de rapidă. An de an apar dispozitive din ce în ce mai performante, care vor putea fi integrate cu mare ușurință în laboratorul de la INCAS.

La ce poate fi folosit?

Domnul inginer Emil Costea: „Imaginați-vă o conductă care străbate un traseu foarte complicat prin structura unui avion. Totdeauna există riscul ca, deși din punct de vedere static, lucrurile să fie în regulă, în timpul zborului să apară vibrații care să ducă la apariția unor frecări între ea și unele dintre componentele avionului. Asta poate fi o mare problemă pentru integritatea conductei și, implicit, pentru siguranța zborului.

Ei bine, în laboratorul nostru de realitate virtuală vom putea identifica rapid și foarte ușor asemenea probleme. Iar acesta este numai un singur exemplu”. Aș mai adăuga că toate modificările realizate asupra modelului virtual pot fi transferate instantaneu asupra proiectului inițial.

Să vă mai dau un exemplu. Un avion este o mașinărie foarte complicată. Producerea lui implică numeroși pași tehnologici, care sunt foarte greu de optimizat în faza de proiectare, chiar dacă dispui de sisteme de tip CAD. Până în urmă cu câțiva ani aceste probleme se rezolvau în faza realizării prototipului, ceea ce mărea timpul de la lansarea în execuție până la efectuarea primului zbor.

În momentul în care dispui de un laborator de realitate virtuală, la fel de performant cum este cel de la INCAS, în care poți manipula obiecte virtuale pentru a asambla componente virtuale ale avionului virtual, lucrurile se simplifică foarte mult. Poți vedea dacă ai suficient spațiu pentru a monta diferite componente, poți stabili succesiunea optimă de asamblare și așa mai departe.

Același laborator pentru realitatea virtuală va fi folosit și pentru optimizarea posturilor de pilotaj. Tradițional se realiza o machetă fizică a acestuia, la scara 1:1, în care se poziționau diferitele elemente funcționale. Apoi urma o muncă asiduă de verificare.

De exemplu se putea întâmpla ca pilotul să nu poată acționa un anumit comutator. Se făceau modificările necesare pe machetă și se transmiteau către proiectant, care actualiza proiectul. O muncă grea și migăloasă, care va fi mult ușurată prin folosirea unei machete virtuale. Vă reamintesc că orice modificare a machetei inițiale poate fi transferată automat în proiectul de plecare.

Laboratorul de realitate virtuală mai poate fi folosit și pentru vizualizarea tridimensională a datelor obținute prin simulări avansate sau prin teste de laborator. De exemplu, este foarte util să vizualizezi tridimensional curgerea aerului în jurul unei aripi, atunci când vrei să obții cu ea cele mai bune performanțe aerodinamice cu putință. Poți realiza modificări ale suprafeței aripii și vezi imediat cum acestea afectează curgerea aerului în jurul ei.

Exemplele de acest tip sunt aproape nelimitate, totul depinde de imaginația cercetătorilor.

Și mai este ceva, ceva care apropie foarte mult laboratorul de realitate virtuală de la INCAS de holodeck-ul din Star Trek. Domnul dr. ing. Sorin Berbente, directorul de proiect Aero-VR, ne povestea cu încântare:

Nu este vorba numai despre laboratorul acesta al nostru. Imaginați-vă că undeva, la mii de kilometri distanță s-ar afla un laborator similar cu al nostru, cu care colaborăm în elaborarea unui proiect. Ambele laboratoare pot vizualiza aceleași obiecte virtuale. Avem un cercetător aici, și unul acolo, la mii de kilometri distanță. Fiecare dintre ei își va vedea colegul, tridimensional, ca și cum ar fi în aceeași încăpere. Vă dați seama, în felul acesta distanțele nu mai contează. Ele dispar în lumea laboratorului nostru virtual!

Nu vă seamănă asta cu holodeck-ul din Star Trek? Acum vă las să vă imaginați singuri ce înseamnă pentru munca de cercetare un asemenea laborator de realitate virtuală. Viitorul se naște sub ochii noștri, aici, la INCAS.