Zobrazit článek ve formátu PDF

VYUŽITÍ MODERNÍCH ALTERNATIVNÍCH PROSTŘEDKŮ VIZUALIZACE A
INTERAKCE V PROSTŘEDÍ DIGITÁLNÍ TOVÁRNY
SVOČ – FST 2011
Jiří Polcar
Chelčického 1198
Rakovník 269 01
Česká republika
ABSTRAKT
Cílem této práce je zjistit, do jaké míry se dá využít engine běžné počítačové hry pro tvorbu modelu interaktivní
digitální továrny a pak tyto nabyté vědomosti využít k tvorbě právě takového modelu. Ten by zahrnoval budovu
nějakého podniku i se zázemím, funkční linkou a interaktivními prvky. Pro tento účel sice existují specializované
komerční programy, jejich pořízení je však velmi nákladné, stejně jako tvorba takového modelu na zakázku. Tento
model má tedy demonstrovat, zda a jak lze využít herní engine jako alternativa ke konvenčním způsobům.
KLÍČOVÁ SLOVA
Source, engine, digitální, továrna
ÚVOD
Technologie virtuální reality v poslední době udělaly obrovský pokrok a začínají se stále více využívat ve výrobě i
celém průmyslu. S touto technikou je možné dosáhnout mnohem kvalitnějších a promyšlenějších výrobků a služeb při
výrazně menších nákladech na vývoj. Virtuální realita se využívá nejen pro zkoušení částí a dílů nebo celých výrobků,
například při pevnostních zkouškách nebo nárazových testech automobilů. Využívá se i na úrovni montáže (obrázek 1),
logistiky, marketingu atd. Tedy prakticky během celého životního cyklu výrobku.
Obrázek 1: Ukázka konvenčního modelu digitální továrny
Virtuální realita zahrnuje takzvané serious games – volně přeloženo jako vážné hry. Ač je vyžadována jistá míra
zábavnosti, smyslem těchto her není bavit hráče. Jejich smyslem je hráče vzdělávat, zapojit ho do řešení nějakého
problému, propagovat nějakou myšlenku nebo výrobek, informovat. Využívají se i v medicíně a tréninku. Časté je
použití při různých terapiích nebo při výcviku pilotů. [1]
Výstupem tohoto projektu bude jednak taková vážná hra, která bude demonstrovat možnosti použití Source Engine a
zároveň může sloužit jako prezentace továrny s montážní linkou. Druhým výstupem budou návody a materiály k tvorbě
právě takovýchto interaktivních modelů.
ZVOLENÝ ENGINE
Engine je v podstatě jádro, na kterém běží nějaký počítačový program. Pro tvorbu modelu digitální továrny byl zvolen
Source Engine od společnosti Valve Corporation v podobě počítačové hry Half-Life 2, která jej využívá. Logo Sourcu
je na obrázku 2.
Obrázek 2: Logo Source Engine [2]
Výhodou tohoto enginu je dobrá dostupnost potřebných softwarových nástrojů k jeho modifikaci. Oficiální Software
Developer’s Kit (doslova balíček softwarového vývojáře, dále jen SDK) je zdarma ke stažení po instalaci originální
kopie hry, která stojí kolem 400 Kč. SDK obsahuje většinu potřebných nástrojů pro tvorbu, další jsou k dispozici jako
zásuvné modely pro ostatní používané programy nebo jako freeware od tvůrců. Nespornou výhodou Source Engine je
jeho značná podobnost s předchůdci (enginy her Half-Life a Quake 1) a široká internetová komunita [3] [4] [5], která
poskytuje velmi kvalitní zázemí ve formě zdrojů informací, návodů a materiálů ke tvorbě. Tvorba v Source Engine je
sice poněkud zdlouhavá, nástroje jsou však uživatelsky vcelku přívětivé.
NOVÝ PŘEDMĚT
Na Katedře průmyslového inženýrství a managementu Fakulty strojní Západočeské univerzity je připravován nový
předmět Digitální továrna a virtuální realita. Cílem tohoto předmětu bude mimo jiné naučit studenty vytvářet v Source
Engine model digitálního podniku.
K tomu byl zřízen tým studentů s názvem HL2Team, který se zabývá tvorbou e-booku (ukázka je na obrázku 3), který
bude návodem ke tvorbě takového modelu od instalace hry a SDK až po samotnou tvorbu. Další náplní práce tohoto
týmu je tvorba knihovny modelů (obrázek 4) a textur. To by mělo zajistit dostatečné zázemí pro studenty, kteří si
předmět zapíší a budou tvořit svoje vlastní modely.
Obrázek 3: Ukázka tvořeného e-booku
Obrázek 4: Ukázka převedených modelů
POUŽÍVANÉ PROGRAMY
Pro práci v moderním herním 3D enginu je zapotřebí zpravidla level-editor, který se používá k tvorbě herního světa.
K tomu však potřebujeme ještě zásobu textur a modelů. Textury se tvoří převodem obrázku a napsáním řídícího kódu
pro texturu, model se tvoří poněkud složitěji. Zpravidla používáme nějaký 3D modelovací program a pak model
kompilujeme do formátu, který je možné použít v enginu. Následuje popis používaných programů.
Valve Hammer Editor
Valve Hammer Editor (dále VHE) je oficiální level-editor pro Source engine. Vyvinula jej firma Valve Software pro
svoje použití a je uvolněn pro veřejnost jako součást Source SDK. Level (mapa) je prostředí, ve kterém se hráč
pohybuje a je tedy základním nástrojem pro tvorbu téměř čehokoli v Source Engine. Ukázka vytvořeného modelu
digitální továrny v různých pohledech ve VHE je na obrázku 5.
Obrázek 5: Půdorys, drátěný model a otexturovaný model digitální továrny v programu VHE
VHE je 3D modelovací program, který umožňuje tvořit a prohlížet mapu ve 2D nebo 3D. Zdrojový kód mapy je ve
formátu VMF (Valve Map File). Ten se kompiluje do formátu BSP, který se přímo spouští ve hře. O kompilaci a běh
těchto programů se stará VHE sám.
VTFEdit
VTFEdit je open source program, který slouží ke konverzi většiny běžně užívaných obrázkových formátů do formátu
VTF (Valve Texture File). Nejdříve se importuje obrázek, dále jsou nabídnuta různá nastavení renderů, převodu a
výstupního formátu. Program umí mimo jiné vypočítat přímo i bump mapu pro danou texturu.
NX 7
NX, též NX Unigraphics, od firmy Siemens PLM Software je komerční vyspělý CAD/CAM/CAE nástroj pro tvorbu
trojrozměrných modelů určených pro podporu konstrukce a výroby. Katedra průmyslového inženýrství a managementu
má knihovnu modelů vytvořených pomocí NX, které posloužily jako zdroje pro převod do Source engine. Ukázka
původního modelu pásového dopravníku v NX je na obrázku 6 vlevo.
3dsMAX 2010
AutoDesk 3d Studio MAX 2010 slouží pro 3D modelování, na rozdíl od NX je však určen pro účely grafické tvorby.
V této práci byl program využit k importu modelu z programu NX ve formátu VRML ke zpracování, aby se mohla
provést závěrečná kompilace. Na obrázku 6 vpravo je ukázka toho samého dopravníku ve 3ds.
Obrázek 6: Ukázka modelu dopravníku v NX (vlevo) a toho samého modelu ve 3ds (vpravo)
GUIStudioMDL
GUIStudioMDL je freeware nástavba pro StudioMDL. StudioMDL je program určený ke kompilaci souborů QC a
SMD do konečného formátu MDL, který se dá použít v Source Engine jako model. StudioMDL nemá žádné uživatelské
rozhraní a vše se provádí přes spouštěcí parametry. GUIStudioMDL toto uživatelské rozhraní poskytuje a umožňuje
snadnou kompilaci modelu.
MODEL DIGITÁLNÍ TOVÁRNY
Model digitální továrny momentálně obsahuje přízemí se zázemím a výrobní linkou. Pohled zvenku je na obrázku 7.
Dále obsahuje patro s kancelářemi. Model je stále v pracovním stadiu a přednost prozatím měla funkční stránka před
tou vizuální. Model se zaměřuje na demonstraci možností interakce z funkčního hlediska. Zde se ukázaly hranice
možností enginu, který nebyl určen k tvorbě takovýchto modelů. Byl problém přimět funkční prvky pracovat tak, jak by
měly.
Obrázek 7:Pohled na budovu zvenku ve hře
Základem pro tvorbu tohoto modelu byl již rozpracovaný model továrny, který obsahoval pouze nevybavenou budovu
kromě přízemí, kde byly hotové jídelna (obrázek 8), toalety, konferenční místnost, vstupní hala a jedna kancelář.
Obrázek 8: Jídelna v přízemí
Jako první byly doplněny kanceláře v patře (obrázek 9). Byly vytvořeny místnosti a ty byly naplněny nábytkem. Nyní
zde lze nalézt kancelář ředitele, jeho sekretářky, konstrukčních pracovníků atd. Kanceláře zatím nejsou interaktivně
zařízeny.
Obrázek 9: Kancelář v patře
Do konferenční místnosti po pravé straně od vchodu byla převedena PowerPoint prezentace, která byla následně
otitulkována. Z každého slajdu prezentace byla vytvořena textura. Prezentace jako taková funguje na principu výměny
celých bloků, z nichž každý nese texturu jednoho slajdu. Ke každému slajdu náleží titulky. Pro spuštění prezentace stačí
v místnosti zhasnout (zmáčknout klávesu „použít“ při přiblížení k vypínači). Celá prezentace je odladěná proti chybám
způsobených tím, že by hráč vyšel z místnosti a opět do ní vstoupil nebo vícekrát zmáčknul vypínač. Jak už bylo
zmíněno, model je v pracovní verzi a zbývá vyřešit věci estetického charakteru jako je třeba namluvení, vytvoření
lepšího modelu přednášejícího a tak podobně.
Při tvorbě výrobní haly bylo nutné převést modely z NX 7 do MDL. Dále byli doplněni dělníci a byl vytvořen předmět,
který se může po dopravníku pohybovat s tím, že hráč si jej může kdykoli vzít, prohlídnout a vrátit zpět na místo na
pásu, odkud jej vzal. Dělníci při průjezdu předmětu kolem nich spustí animaci, kde předvádějí, jako že pracují. Vidět to
lze na obrázku 10.
Obrázek 10: Pohled na výrobek projíždějící okolo dělníka, který na něm pracuje
DALŠÍ POSTUP
Jak již bylo řečeno výše, model této digitální továrny je zatím takřka v počátečním stadiu. I tak však do něj bylo
investováno hodně přes 200 hodin práce včetně ladění chyb, tvorby modelů a textur a návrhu algoritmů, jak který
interaktivní prvek vytvořit.
K použití je připraven v tomto modelu zatím neimplementovaný, ale odladěný dialogový strom. [6]
Cílem dalšího postupu je vytvořit montážní halu s širokým rozsahem interakce. Po odladění funkčních prvků bude
vylepšena estetická stránka. To bude spočívat ve vytvoření lepších modelů postav, lepších textur pro zařízení a celkově
lepší grafice. Dělníkům kolem pásu budou přidány lepší animace. Na pásu se bude skládat model auta na dálkové
ovládání, přičemž hráč bude moci sledovat postup montáže, případně se do ní v některých místech zapojit. Po vchodu
do budovy nás přivítá slečna recepční.
ZÁVĚR
Po dosavadních zkušenostech nabytých během řešení tohoto projektu lze vyvodit závěr, že konvenční herní engine je
přes jisté nedostatky vhodný k vytváření modelů digitálních továren. Největší problém je nepřipravenost Source Engine
pro tento účel, díky čemuž je vkládání interaktivních prvků poměrně pracné. Tento projekt není zdaleka hotov a ještě na
něm bude mnoho práce, především co se dalších interaktivních prvků týče a také vylepšení estetické stránky.
V budoucnu se počítá i se zásahem do kódu pro vytvoření snáze implementovatelných interaktivních prvků.
PODĚKOVÁNÍ
Za zadání tohoto pro mě velmi zajímavého projektu a usměrnění mého postupu bych chtěl poděkovat panu Ing. Petru
Hořejšímu, PhD. Za poskytnutí knihovny zdrojových modelů továrního vybavení v Siemens NX bych chtěl kromě p.
Hořejšího poděkovat i panu Ing. Ondřejovi Kurkinovi.
LITERATURA
Internetové zdroje:
[1]
Virtual
reality
–
Wikipedia,
the
free
encyclopaedia.
[2011-04-13]
Dostupné
online:
<http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_reality>
[2]
Source
Engine
–
Wikipedia,
the
free
encyclopaediea.
[2011-04-13]
Dostupné
online:
<http://en.wikipedia.org/wiki/Source_(game_engine)>
[3]
SDK
Docs
–
Valve
Developer
Community.
[2011-04-13]
Dostupné
online:
<http://developer.valvesoftware.com/wiki/SDK_Docs>
[4] INTERLOPERS.NET – Half-Life News & Tutorials. [2011-04-13] Dostupné online: <http://www.interlopers.net>
[5] HALFWIT-2.com – Source Mapping. [2011-04-13] Dostupné online: <http://halfwit-2.com/>
[6] Adventure Game Dialogue Trees. [2011-04-13] Dostupné online: <http://www.interlopers.net/tutorials/30686>