CC BY
7
УДК 004.928 : 339.137 : 81.92.86
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА 3D АНИМАЦИИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ, СВЯЗАННЫХ С ПОВЫШЕНИЕМ УРОВНЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Максим Павлович Мучин
Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 630102, Россия, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86, студент кафедры систем автоматизированного проектирования, тел. (951)382-45-19, e-mail: maxim.sibguti@yandex.ru
Никита Александрович Тимофеев
Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 630102, Россия, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86, студент кафедры систем автоматизированного проектирования, тел. (993)017-43-27, e-mail: stanhelsing54@yandex.ru
Павел Васильевич Мучин
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доцент кафедры техносферной безопасности, тел. (383)344-42-00, e-mail: p.v.muchin@ssga.ru
Показаны возможности применения современных информационных технологий, реализующих 3D анимацию, при решении вопросов обеспечения комплексной производственной безопасности на уровне предприятия. Детально проработана процедура разработки анимационного ролика, отражающего решение задачи повышения уровня пожарной безопасности.
Ключевые слова: производственная безопасность, пожарная безопасность, нормативные правовые акты, конкурентоспособность, сайт организации, 3D анимация
INVESTIGATION OF THE POSSIBILITIES OF USING THE 3D ANIMATION METHOD TO SOLVE APPLIED PROBLEMS RELATED TO IMPROVING THE LEVEL OF INDUSTRIAL SAFETY
Maxim P. Muchin
Siberian state University of Telecommunications and Informatics, 86, Kirova St., Novosibirsk, 630102, Russia, Student, phone: (951)382-45-19, e-mail: maxim.sibguti@yandex.ru
Nikita A. Timofeev
Siberian state University of Telecommunications and Informatics, 86, Kirova St., Novosibirsk, 630102, Russia, Student, phone: (993)017-43-27, e-mail: e-mail: stanhelsing54@yandex.ru
Pavel V. Muchin
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Associate Professor of Technosphere Safety Department, phone: (383)343-42-00, e-mail: p.v.muchin@ssga.ru
The possibilities of using modern information technologies that implement 3D animation in solving issues of ensuring integrated industrial safety at the enterprise level are shown. The procedure for the development of an animation video was worked out in detail, reflecting the solution to the problem of increasing the level of fire safety.
Keywords: industrial safety, fire safety, regulatory legal acts, competitiveness, organization website, 3D animation
Введение
Настоящая исследовательская работа выполнена в соответствии с заданием Центра безопасности труда Сибирского государственного университета геосистем и технологий. Была поставлена задача показать возможности современных программных продуктов, реализующих 3D анимацию, при разработке ситуации, связанной с пожарной опасностью.
В ходе решения поставленной задачи, стало очевидным, что имеются возможности использовать 3D анимацию для решения разных направлений производственной безопасности.
Далее введём ряд определений.
Существует множество определений понятия «безопасность», например -«Безопасность, это состояние защищённости жизненно важных интересов личности и общества от каких-либо воздействий, которые могут привести к нежелательным последствиям». [1]
В соответствии с Трудовым кодексом Российской Федерации (ТК РФ): «Производственная деятельность - совокупность действий работников с применением средств труда, необходимых для превращения ресурсов в готовую продукцию, включающих в себя производство и переработку различных видов сырья, строительство, оказание различных видов услуг».
Очевидно, что производственная безопасность будет определяться обеспечением: охраны труда; электро- и пожарной безопасности; промышленной безопасности; экологической безопасности; безопасности в чрезвычайных ситуациях и др. [2]
Исследование программ, реализующих 3D анимацию, позволяет определить возможность их применения в решении следующих задач производственной безопасности:
1. Популяризация в рекламных целях отдельных компонентов системы производственной безопасности: технических устройств; средств индивидуальной защиты; средств коллективной защиты и др.;
2. Использование 3D анимации в учебном процессе, например, при разработке лабораторных работ, где выполняется имитация производственных процессов на ПЭВМ;
3. Разработка тематических 3D анимационных роликов, включаемых в официальные сайты организаций с целью повышения их конкурентоспособности.
Отметим, что возможны и другие направления использования 3D анимации при обеспечении комплексной производственной безопасности.
Для выполнения поставленной проблемы мы решили объединить две задачи из указанных выше:
- популяризация в рекламных целях датчиков дыма при обеспечении пожарной безопасности;
- разработка 3D анимационного ролика, показывающего высокий уровень пожарной безопасности, с целью повышения конкурентоспособности условной организации, предлагающей гостиничные услуги.
Актуальность выбранного нами направления определяется следующим.
Хозяйствующие субъекты, предлагающие «потребителю», свои товары или услуги, в условиях нормально работающего «рынка», испытывают постоянное влияние «соперников», работающих в той же нише экономической деятельности. Такая ситуация приводит к понятию «конкуренция» и, соответственно, к понятию «конкурентоспособность», как способность выдерживать производителя товара (услуг) конкуренцию с себе подобными.
С развитием информационных технологий, практически все хозяйствующие субъекты, в том числе и в нашем государстве, имеют свои «сайты», включённые в систему интернет. При разработке сайтов обычно ограничиваются контактной информацией, характеристикой товара (услуг), отзывами клиентов. Вопросы производственной безопасности можно встретить только на сайтах очень крупных компаний.
Между тем, сайт организации, это первое знакомство с фирмой от которого зависит и конкурентоспособность. Обычный потребитель не задумается, например, о состоянии пожарной безопасности, но при знакомстве с сайтом организации его заинтересует анимационный ролик, показывающий уровень обеспечения пожарной безопасности, тем более, если это гостиничные услуги или обслуживание покупателей в крупных магазинах.
Методы и материалы
В настоящей работе покажем возможности 3D анимации, при разработке ситуации, связанной с пожарной опасностью в комнате гостиницы.
Основные этапы создания анимационного ролика включили:
1. Разработку пожароопасной ситуации (сценария);
2. Выбор объектов, включённых в пожароопасную ситуацию;
3. Начало и развитие пожароопасной ситуации;
4. Повышение концентрации паро-дымовой смеси и срабатывание фотоэлектрического датчика (извещателя).
Очевидно, что от эффективной работы противопожарного извещателя зависит очень много. Позднее срабатывание датчиков извещателей может привести к жертвам среди людей и большим материальным потерям.
Работа над созданием 3D анимационного ролика велась в программном обеспечении 3ds Max версии 2020 года для моделирования, анимации и рендеринга. Для проработки 3D анимационного ролика была использована оболочка визуализатор Arnold программы 3ds Max. Ниже описаны основные этапы создания, сборки и цветокоррекции 3D анимационного ролика. [3, 4]
Сцена, показанная в 3D анимации, включает в себя комнату отдыха в гостинице. Основные объекты сцены: стол со скатертью, включённая в сеть электропитания 220 В микроволновка, датчик дыма, прикреплённый к потолку, стулья,
тарелки и бутылка с водой. В качестве интерьера и дополнения к сцене представлены: картина, маятник «Шары Ньютона».
Модель бытового прибора в виде микроволновки и ниже описанные объекты 3D анимационного ролика созданы на основе стандартных примитивов (простейших параметрических форм) программного обеспечения 3ds Max версии 2020 года. При создании модели микроволновки использованы примитивы (Box) и цилиндр (Cylinder) с помощью модификатора работы с полигонами (Edit Poly). Все составляющие модели микроволновки, не участвующие в анимации, объединены в цельный объект.
Провод микроволновки создан из примитива цилиндр (Cylinder), с помощью модификатора изгиба (Bend) изменен внешний вид провода.
Электрический удлинитель выполнен из примитива (Box) с использованием булевой (Boolean) операции пересечения с объектами цилиндров (Cylinder). Провод электрического удлинителя создан схожим методом как провод микроволновки.
Показанные в ролике модели стульев и стола созданы тем же методом на основе примитива (Box). Модели тарелок и бутылки созданы из примитива цилиндр (Cylinder), с применением модификатора работы с полигонами (Edit Poly). Тарелки на микроволновке продублированы с помощью инструмента создания массивов (Array) в количестве 4 штук.
Модель датчика дыма выполнена из примитива цилиндр (Cylinder) и (Box) с помощью модификатора работы с полигонами (Edit Poly). Добавлен модификатор сглаживания (TurboSmooth), позволяющий сглаживать высоко-полигональные модели.
Модель маятника «Шары Ньютона» в основе имеет несколько объектов:
1. Шары с нитями состоят из примитива сферы (Sphere) и двух примитивов цилиндров (Cylinder). Элементы продублированы инструментом создания массивов (Array) в количестве 5 штук;
2. Подставка создана из объектов примитивов (Box) и цилиндр (Cylinder), с применением модификатора изгиба (Bend).
Скелет модели маятника «Шары Ньютона» создан из объектов вспомогательных точек (Point). Для каждого шара по ключевым кадрам настроена анимация движения. Геометрия и точки каждого Шара привязаны к главной точке.
Анимация падения бутылки реализована с использованием плагина создания физических симуляций MassFX. Для бутылки установлен тип динамического объекта (Dynamic Body), в качестве плоскости добавлен примитив (Plane).
Добавлен объект симуляции ветра (Wind), по ключевым кадрам настроено изменение его силы с 0 до 1,1, в момент, когда бутылка падает и вода попадает на розетку электрического удлинителя. Объекту бутылки задана зависимость от силы (Force), выбран объект ветра (Wind). Кадры, не участвующие в анимации падения бутылки удалены.
Для создания модели развития событий, в сцену добавлен инструмент «камера», позволяющая «оживить» анимацию через настройку положения и поворотов камеры и ее цели (Target) по ключевым кадрам.
Частицы, показанные в 3D анимационном ролике в виде дыма созданы с помощью источника потока частиц (PF Source). Появление (Birth) частиц ограничено временным интервалом с 320 по 500 кадр (в момент возгорания электропроводки). В качестве объекта, на который направлены частицы (Shape Facing), выбрана рабочая камера сцены.
Скатерть для стола создана из объекта плоскость (Plane), применён модификатор имитирования ткани (Cloth), выбран тип ткани - хлопок (Cotton). Объект стол добавлен в качестве объекта столкновения (Collision object).
Все материалы объектов 3D анимационного ролика созданы при помощи инструментария окна Slate Material Editor. Функционал программного обеспечения 3ds Max содержит несколько типов материала, каждый из которых включает в себя специфические настройки, с изменяемыми параметрами, такими как: параметр металла (Metalness), шероховатость (Roughness) и др.
Материал микроволновки создан на основе мультиматериала (Multi/Sub object). Каналы:
1. Основной материал - матовый черный металл. Параметр металла (Metalness) = 1,1. Шероховатость (Roughness) = 0,68. Базовый цвет (Base Color) выбран серый;
2. Дополнительный материал - полуматовая сталь. Параметр металла (Metalness) = 1,1. Базовый цвет (Base Color) - серый;
3. Материал для свечения микроволновки. Параметр свечения (Emission) = 1,01. Выбранный цвет - оранжевый;
4. Материал стекла микроволновки. В канал карты базового цвета (Base Color Map) и карты прозрачности (Transmission Map) добавлена текстура сетки.
Материал для шаров Ньютона создан при помощи мультиматериала (Multi/Sub object):
1 канал - хромированный металл. Параметр металла (Metalness) = 1,02. Для достижения эффекта хрома параметр шероховатости убран;
2 канал - материал полуматового пластика, выполненного под дерево. Основной цвет - темно-коричневый, шероховатость (Roughness) = 0,56.
Материал скатерти создан при помощи физического материала (Physical Material).
Индикатору задымления на фотоэлектрическом датчике дыма добавлен материал свечения. Параметр свечения (Emission) настроен так, что на кадре с его столкновением с частицами дыма значение становится равным 1 (в остальное время 0). Каждые 10 кадров цвет свечения меняется с красного на желтый и обратно.
Симуляция жидкости разработана с использованием одноименного инструмента (Liquids).
На обработку полностью заполненного жидкостью сосуда и динамики внутри необходимо в разы большее количество времени и достаточная мощность стационарного компьютера.
Опытным путём выявлено, что при работе с трёхмерным объектом сосуда с жидкостью (в данном случае с бутылкой) наиболее производительным, и в то
же время реалистичным вариантом использования инструмента является добавление небольшого контейнера (Solver) с жидкостью в области горлышка.
Для объекта контейнера в соответствии с анимацией падения объекта бутылки задан диапазон кадров для генерации жидкости.
В настройках инструмента симуляции жидкости (Liquids) добавлены объекты столкновения: бутылка, скатерть стола и розетка удлинителя.
Для симуляции воды задана соответствующая предустановка (изменена плотность, время разложения и поверхностное натяжение), добавлен новый материал с заданной прозрачностью (Transparency) = 1.0, цвет - белый.
Полученная симуляция максимально проявляет физику и внешние свойства воды и не тратит излишне большое количество ресурсов компьютера.
Финальное, качественное изображение анимационного ролика было получено через процесс «рендеринга» с параметрами: разрешение (1280х720); тип визуализации - производственная (Production Rendering Mode).
Цветокоррекция и финальная сборка выполнена в программном обеспечении для видеомонтажа DaVinci Resolve с параметрами: повышенная контрастность, цветовая температура настроена в холодном тоне. Итоговый ролик отрен-дерен в формате .mp4, с установленными настройками разрешения (1280х720), количеством кадров (24), выбран формат видео (.mp4). Итоговый объем видеофайла - 28 мегабайт.
Ниже, на рис. 1, 2 и 3, представлены три кадра из анимационного ролика, показывающие основные этапы развития запланированной пожароопасной ситуации.
Рис. 1. Общий вид ситуации (сцены) 3Б анимации и ключевых объектов
Рис. 2. Фрагмент (кадр) 3Б анимации «На розетку пролилась жидкость»
Сделай правильный выбор
Установи датчик дыма
Рис. 3. Фрагмент (кадр) 3Б анимации «Срабатывание датчика дыма»
Заключение
В настоящей работе показаны возможности использования современных программных продуктов, реализующих 3D анимацию, при обеспечении производственной безопасности на уровне предприятия.
Детально проработано одно из направлений производственной безопасности - повышение уровня пожарной опасности. Разработанный анимационный ролик может быть использован любой организацией при создании своего официального сайта. Вопрос популяризации пожарной безопасности особенно актуален для организаций, предлагающих гостиничные услуги, одновременно достигается и цель - повышения своей конкурентоспособности.
Учитывая актуальность рассмотренной темы, представляется возможным продолжение заявленных исследований, в том числе на договорных началах с заинтересованными хозяйствующими субъектами.
Поскольку ТК РФ допускает отсутствие штатного специалиста по охране труда в организациях (предприятиях, учреждениях) с численностью персонала до 50 человек, появляется возможность организации проектного обучения, например, при реализации «Организационного проекта по обеспечению комплексной безопасности», где так же могут быть реализованы технологии 3D анимации.
Так же отмечена возможность применения 3D анимации для практического обеспечения лабораторных работ при проведении дисциплин, связанных с организацией производственной безопасности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ГОСТ 12.0.002-2014 ССБТ. Термины и определения [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200125989.
2. Мучин П.В., Мучин М.П. Концепция формирования содержания учебника по дисциплине «Надзор и контроль в сфере безопасности» // Международная научно-методическая конференции «Актуальные вопросы образования. Современные тренды непрерывного образования в России» : сб. материалов В 3 Ч., Новосибирск, 25-28 февраля 2019 г. - Новосибирск : СГУГиТ, 2019. - Ч. 2. С. 133-137.
3. Как сделать анимацию камеры в 3ds max [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://repetitor3d.ru/3dsmax/animaciya-kamery-v-3d-max.
4. TyFlow. Сборник видеоуроков по динамике и симуляции в 3Ds Max на русском языке. CG-School [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://cg-school.org/tyflow.
© М. П. Мучин, Н. А. Тимофеев, П. В. Мучин, 2021
