Обзор трехмерных графических движков для создания виртуального тренажера Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 621.592

А.А. Луцковский, A.A. Lutskovsky, e-mail: [email protected] И.В. Капицев, I.V. Kapitsev, e-mail: [email protected] Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia

ОБЗОР ТРЕХМЕРНЫХ ГРАФИЧЕСКИХ ДВИЖКОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВИРТУАЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРА

REVIEW OF A 3D GRAPHICK ENGINES FOR DEVELOPMING OF VIRTUAL TRAINING STATIONS

В данной статье рассмотрены популярные графические движки для создания виртуального тренажера. This article describes the popular graphical engines to create a virtual machine.

Ключевые слова: виртуальный тренажер, 3D графика, графические движки Keywords: virtual simulator, 3D graphics, graphics engines

Виртуальная реальность - высокоразвитая форма компьютерного моделирования, которая позволяет пользователю погрузиться в искусственный мир и непосредственно дейст-

10

Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014

вовать в нем с помощью специальных сенсорных устройств, которые связывают его движения с аудиовизуальными эффектами. При этом зрительные, слуховые, осязательные и моторные ощущения пользователя заменяются их имитацией, генерируемой компьютером. Характерными признаками виртуальной реальности являются:

- моделирование в реальном масштабе времени;

- имитация окружающей обстановки с высокой степенью реализма;

- возможность воздействовать на окружающую обстановку и иметь при этом обратную связь.

Использование виртуальной реальности, созданной с помощью современных компьютерных технологий, в образовательном процессе обеспечивает качественную подготовку студентов к работе на реальном оборудовании, и с измерительной аппаратурой, а также открывает возможность углубленного изучения рассматриваемых процессов.

Виртуальный тренажер - идеальная обучающая среда. Восприятие виртуальной модели с высокой степенью достоверности позволяет качественно и быстро готовить специалистов в различных областях. В целом, возможности технологий виртуальной реальности для обучения и исследований имеют чрезвычайно высокий потенциал применения.

Виртуальный тренажер «СТО ОмГТУ» предназначен для изучения студентами методов определения неисправностей в работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС), проведения диагностики работы узлов газораспределения и оборудования в целом, и нахождения путей их устранения. Для создания тренажера необходимо:

- создать компьютерную модель, имитирующую реальный объект;

- разработать и применить сценарии поведения объекта в виртуальной среде.

При этом работа на тренажере должна выполняться в режиме реального времени, что позволит моделировать любые «нештатные» ситуации, которые возникают при проведении изучаемого процесса в реальных промышленных условиях.

Для создания достоверного объекта исследования или виртуального тренажера используются мощные трехмерные графические движки, которые позволяют создавать модели объектов по заданным характеристикам. Рассмотрим популярные графические движки: Unity 3D; Unreal Engine; CryEngine.

Unity 3D - это мультиплатформенный инструмент для разработки двух- и трёхмерных приложений и игр, сочетает легкость и интуитивность как интерфейса, так и в целом системы конструирования приложения. Большое количество русскоязычных видеоуроков и официальная документация дают дополнительную возможность самостоятельно освоить данный

движок. В работе Unity 3D довольно производителен и стабилен.

Движок Unity 3D обладает следующими возможностями:

1. Мультиплатформенность приложения и самого движка. Поддерживаются операционные системы Android, iOS, Blackberry, Windows XP/Vista/7, OSX, Wii, Playstation 3, Xbox, Flash, Web Player. Интегрированный веб-плагин даёт возможность использовать созданный 3D контент прямо в браузере.

2. Упрощенный импорт текстур, звуков, шрифтов. Поддерживаемые форматы: JPEG, PNG, GIF, BMP, TGA, IFF, PICT, PSD, TIFF (изображения); FBX, COLLADA, 3DS, DXF (3D модели); MP3, OGG, AIFF, WAV, MOD, IT, S3M, XM (аудио).

3. Программирование - написание сценариев поведения, так называемые скрипты. Скрипты можно писать на JavaScript, C# и диалект Python под названием Boo. Чаще всего код пишут на JavaScript, к тому же, практически вся справка к Unity 3D содержит примеры именно на JavaScript. Проверить работу скрипта можно сразу, не покидая окна Unity 3D.

Графическая система хорошо оптимизирована и работает на DirectX (включает поддержку DirectX 11) и OpenGL. Есть поддержка отлаженного освещения (Deferred Shading) и теней в реальном времени. Так же присутствуют встроенный генератор ландшафтов и встроенный редактор построения теней (Shader).

11

Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014

Для разработки проекта в команде, в движке предусмотрена система совместной разработки - Asset Server.

Unreal Engine - игровой движок, разрабатываемый и поддерживаемый компанией Epic Games.

Движок Unreal Engine обладает следующими возможностями:

1. Кроссплатформенный движок, поддерживает IBM PC-совместимый компьютеры, Xbox 360, PlayStation 3, Wii, Android. Если быть точнее, разработанное приложение на Windows, а запустить полученный продукт на вышеописанных игровых консолях и, конечно же, самой Windows.

Изначально движок приспособлен под создание игр в жанре «Shooter», но также подходит для других жанров, например, MMORPG игр.

2. Графика на очень высоком уровне. Высокая детализация теней и света. Присутствует система расчета освещения Unreal Lightmass.

3. Встроенный редактор имеет огромный набор встроенных инструментов, среди них FaceFX Studio (анимация лица), редактор Editable Mesh, Unreal Facade (разработка архитектуры и зданий), Unreal PhAT (работа с физикой) а также редакторы анимации, текстур, звуков, уровней, ландшафта и прочие.

4. Программирование осуществляется на языке Unreal Script, который включает в себя множество функций, упрощающих разработку 3D контента. Несмотря на некоторые трудности вроде наследования классов, внешний вид кода на Unreal Script похож на тот же C/C++.

CryENGINE — бесплатный игровой движок, созданный компанией Crytek. Мировая известность этого движка оправдана потрясающими графическими показателями выпускаемых продуктов, некоторые из которых выглядят невероятно фотореалистично.

Движок CryENGINE обладает следующими возможностями:

1. CryEngine является кроссплатформенным движком и поддерживает PC, PlayStation ® 3 и Xbox 360 ™.

2. Импортировать текстуры можно из Autodesk 3Ds Max, Autodesk Maya, а также из предыдущих версий движка.

3. Программирование в CryEngine осуществляется на языке высокого уровня С++, а затем автоматически компилируются под каждую платформу. Вывод шейдеров оптимизируется через настройки художника и под ту трёхмерную среду, в которой данный шейдер будет использоваться. Благодаря этому становится возможным создание таких эффектов, как: «эффект невидимости», мокрые, грязные и замороженные поверхности, которые могут быть «наслоены» одна на другую и объединены с другими шейдерами, симулирующими такие эффекты, как металл, стекло и другие.

Рассмотрев выше представленные графические движки подведем общую характеристику (табл. 1).

Характеристики трехмерных движков

Таблица 1

Характеристики Unity3D Unreal Engine CryEngine

Платформа Windows, Mac OS, Xbox360, PS3, Nintendo Wii, Iphone, браузерная платформа, google Android Windows, Mac OS Windows, Linux, PS3

Язык программирования C#, JavaScript, BOO (Python) C/C++ C/C++

Графический API OpenGL, DirectX OpenGL, DirectX OpenGL, DirectX

Архитектура многопользовательского режима Client-server Client-server, peer-to-peer, master server Client-server

12

Динамика систем, механизмов и машин, № 2, 2014

Окончание табл. 1

Характеристики Unity3D Unreal Engine CryEngine

Звуковая поддержка stereo, 3D, потоковый звук. используется технология FMOD звуковая поддержка -stereo, 3D, потоковый звуковая поддержка -stereo, 3D, потоковый

Физика базовая физика, обнаружение столкновений, физика твердотельных объектов, физика автомобилей базовая физика, обнаружение столкновений, физика твёрдого тела базовая, физика твердотельных объектов, физика автомобилей

Система искусственного интеллекта Скриптовый поиск пути, принятие решений, скрипты Скриптовый

Общие с подробной документацией, движок постоянно поддерживается. обновление с сервера Unity 3D Объектно-ориентированное программирование, поддержка плагинов, встроенные редакторы, поддержка скриптов, загрузка/сохранение WYSIWYG редактор физики, редактор ландшафта

Рассмотрев возможности движков, для реализации виртуального тренажера «СТО ОмГТУ» был выбран трехмерный движок Unity 3D, возможности которого позволят осуществить разработку в соответствии с требованиями по функциональности.

Библиографический список

1. Сайт разработчиков 3D контента URL: http://developerpro.ru/ (дата обращения: 01.06.2014)

2. Миронов Д. Ф. Компьютерная графика в дизайне: учебник. - СПб.: БХВ-Петер-бург, 2008. - 560 с.: ил.

3. Технологии виртуальной реальности Ve group. URL: http://ve-group.ru/ (дата обращения: 01.06.2014)

4. Unity: официальный сайт URL: http://unity3d.com/ (дата обращения: 01.06.2014)

5. Unrealenigine: официальный сайт URL: https://www.unrealengine.com/blog (дата обращения: 01.06.2014)

6. CryEnigne: официальный сайт URL: http://cryengine.com/. (дата обращения: 01.06.2014)