近年来,我们看到飞机及其他载具的工业设计正越来越多地采用虚拟现实技术。但是,航空航天工程师们虽然能理解在VR中进行设计的好处,可还是倾向于把自己的才能用在刀刃上:高效地开发优质的飞机和航天器。花时间学习新的VR工具可能被他们视作不必要的杂务。
这就为SkyReal提供了商机。这家总部设在巴黎的公司为空中客车、阿丽亚娜集团和STELIA Aerospace等航空航天业客户构建基于虚幻引擎的定制VR解决方案,工程师们借助这些解决方案,不需要特别的培训就能让他们以非常直观的方式编辑设计、试验和协作。“对于这类大规模的项目,实体原型机可能是复杂而昂贵的,但是工程师和其他相关利益方都希望能真切感受和触摸设计。”SkyReal的首席执行官兼创始人Hugo Falgarone说,“在VR中,他们不需要原型机就能得到同样的体验。”
除了提供准确的测试和试验平台外,SkyReal还减少了设计师与相关利益方之间的迭代,使设计周转时间缩短达30%。“他们不需要建造任何类型的微缩模型、原型机或实体机。”Falgarone说,“可以构建日常的数字化原型取而代之。”
要打造一款既能有效实现复杂大规模虚拟设计又易于使用的工具绝非易事。Falgarone和SkyReal的首席技术官Benjamin Ray最初都在空中客车公司开发VR解决方案,他们参与的是一些内部项目。大约10年后,团队自立门户生产SkyReal Suite,这是一种可以提供给空客集团以外公司的独立产品。
“如果你的工作就是设计发射台、汽车或船,你肯定不想把时间花在构建或操作复杂VR系统上。”Falgarone说,“你只想看到设计的最新修改,单击运行并和同事一起迭代。那就是我们构建SkyReal Suite的目的。”
SkyReal Suite由三个模块组成:一个用于准备和导入CAD数据,另一个用于将数据存储在用户可以探索的“空间”中,第三个用于提供VR界面和环境。这个系统设计为按1:1的比例展示模型。
虚幻引擎的导入工具集Datasmith推出已有一段时间,因此CAD数据到虚幻引擎资源的转换并不新鲜。SkyReal Suite的特点在于能将复杂的系统无缝转换为引擎中的高级VR体验,后者还能重新转换成CAD数据。这种复杂系统的提取对于实时大规模设计特别重要,在这类设计项目中的对象数量很可能达到100000以上,多边形数量往往超过200万。
也许最重要的是,当工程师在虚拟现实中更改一个部件时,更改会自动传回CAD软件,再也不需要手动导出/导入循环。这套软件的设计目的就是让用户能够在其中自发地工作,不需要接受关于数据管理或虚拟现实开发的培训,也不需要在每次更新设计时借助外部或定制服务。
“我们提供的不仅是技术,还有促成每次设计迭代的能力。”Falgarone说,“这意味着他们每星期或每天都能自己重现这种体验。”
SkyReal工作流程的另一个优点是,制造团队可以利用为设计流程创建的资源。在这之后,这些资源还可以进一步被再利用于销售、支持和培训。因为资源都在虚幻引擎中,所以培训工具可以利用游戏逻辑,根据实际设计实现丰富的VR培训环境,而材质和光照可以用于创建达到广告要求的营销和销售用模型。
由于SkyReal Suite按1:1的比例展示模型,它可以用于任何大规模设计项目——已经有客户用它对地面载具、船只乃至工厂机械背后的工程设计进行可视化。
更重要的是,它能帮助工程师及早发现设计问题,以免它们产生昂贵成本乃至使设计全面失败。“通过使用SkyReal,我们的合作伙伴可以在很早的阶段就发现和验证错误,最终找到解决问题的方法。”?KP的高级顾问Jan B?rre Rydningen说。他的公司将SkyReal用于船舶建造:“他们能够避免和预测可能给项目造成致命影响的连锁错误。”
在开发SkyReal Suite时,Falgarone和Ray考虑了多种实时引擎,最终还是看中了虚幻引擎丰富的功能。“在SkyReal内部,协作非常重要,而虚幻通过复制图表等工具很好地支持了协作。”Ray,“我们也需要支持远程访问和控制的引擎。”
他还指出,准确模拟物理规律的功能也是许多项目中必不可少的方面。不仅如此,虚幻引擎的nDisplay技术使他们的客户能够方便地使用多屏幕和多投影仪显示VR,例如投影墙和CAVE。
虽然SkyReal可以创建他们自己的自定义源代码分支——任何虚幻引擎开发者都可以免费使用这一方法——但SkyReal选择始终使用最新发行版本,同时提供用于工程的专用体验。这样做的好处是,SkyReal总是能获得最新的功能,而且在虚幻引擎的每个重要版本发行时都能用这些功能更新他们的软件。
当被问及SkyReal Suite最重要的目标时,Falgarone迅速作出回答。“可靠性!无论项目多大,我们都要做到100%可靠。”他说,“我们的客户总在挑战极限——他们想把越来越多的模型放进同一个模拟里。
“我们必须善于创新才能跟上他们的需求。”他接着说,“虚幻引擎为我们提供了创新的条件。”
与10年前相比,如今英国铁路每天运送的旅客数量增加了50%,日客运量已达400万人左右。鉴于这些数字必然会继续增长,为了提供更高效、安全、可靠的服务,在尽量减少对旅客干扰的前提下对线路进行现代化改造就势在必行。
对于负责维护英国众多铁路的国有基础设施管理商Network Rail来说,这就意味着必须精心规划和设计线路大修工程,避免造成严重的服务中断。
现在为了实现这一目标,设计线路大修工程的工程团队使用了索尔福德大学的THINKlab开发的一种采用UE4技术的虚拟工具。通过在虚拟模拟环境中评估铁路工作,Network
Rail得以显著改善项目的效率、成本和交付时间。“过去我们要花整整一周时间来规划一个周末的工作量。”Network Rail South
Alliance的转型主管Steve Naybour说,“现在有了新工具,这些规划工作可以缩短到几个小时。”
(本视频转载自Vimeo:视频原址)
THINKlab属于索尔福德大学的科学工程与环境学院(SEE),是个先进的“未来中心”。它引领着众多领域的研究,包括用于城市复兴、工程和智能城市应用的ICT平台,而且特别强调产业与跨学科协作。
THINKlab开发的模拟工具使Network
Rail能够依靠多种数据源构建任何工地的3D模型。他们可以根据CAD或激光扫描的轨道数据将虚拟铁轨放到3D数字化地形上;或是导入架空线路设备、道碴、枕木、铁轨和信号装置的建筑信息建模(BIM)模型,获得更准确的实际工地表示。他们还可以使用工地设备资源库,其提供可包含在模拟中的打洞机和挖掘机。
用户可以定义完成项目所需的资源,并构建各种活动的时间轴,映射任务相关性。软件中的成本计算功能让用户准确了解各种选择对财务的影响。随着用户做出规划决定和输入数据,该软件会自动模拟工作,提供多种摄像机角度的视图,还能按不同的放大级别和速度显示。
规划输入的任何更改都会立即在模拟中表现出来。这使得反馈循环比传统的计算机建模方法大大缩短,因为工程师、设计师和规划师不必依靠计算机建模专家就能看到计划更改的影响。
实践证明,这种工具在为Network
Rail的大修工程分配适量资源方面具有重大价值。“虽然我们可能曾使用五台设备来做某项工作,但通常只需要两三台。”S&C
Alliance South East的开发主管Stephen Kearney说,“有了这套软件,我们就能提前预见并验证自己需要哪些设备。”
虚幻引擎几乎是THINKlab所有可视化工作的首选解决方案。“UE4公开发行后不久,我们就开始把大部分项目迁移到UE4中,因为它提供立等可取且大大优于其他引擎的图像质量,而且大大方便和加快了场景的迭代。”THINKlab的首席开发员Michal
Cieciura说,“许可证模式真是太棒了,我们几乎以零成本获得了一款顶级引擎。”
通过访问引擎的源代码,该团队的开发者熟悉框架的速度显著加快,这使他们在早期就能更大程度地优化机制。
他们还充分利用了蓝图可视化脚本系统,这种脚本语言使通常只有程序员才能使用的工具也能为设计师和其他非程序员所用。“蓝图系统不仅使得原型设计和试验性设计对程序员变成小菜一碟,还让不会编程的团队成员也有了更强的独立工作能力,因为他们可以自己构建所需的功能部件。”Cieciura说,“而这又使我们的工作流程总体上变得更高效。”
这个项目的团队成员都曾在各自的建模软件包中使用过基于节点的界面,他们发现虚幻引擎的材质编辑器很容易掌握。“而且,PBR材质——与虚幻引擎的光照解决方案相结合——不仅实时提高了视觉逼真度,还省去了离线渲染的需求。”Cieciura说。
Network Rail的基础设施大修工程在转型时正好赶上英国政府启动一系列计划,这些计划旨在使用数字化技术振兴英国的建筑部门。
这些计划的关键目标之一是促进BIM的采用,从而更好地规划、建设、维护和使用基础设施。通过利用实时模拟以及BIM模型的力量,THINKlab开发的这种虚拟模拟环境为这一数字化转型运动的下一步发展指明了方向。
对Network Rail来说,实践已证明这种创新的价值堪比黄金。“这种工具减少了增加额外成本和延长工作交付时间的风险。”Network Rail的项目经理Ameet Masania说,“它正在成为我们完成铁路工作时必不可少的工具。”