Využitie rozšírenej reality v oblasti čítania technickej dokumentácie

Vývoj technológií, ktoré sa používajú na vytváranie, zobrazovanie a manipuláciu s 3D modelmi, je v dnešnej dobe veľmi pokročilý. Stále sa stretávame so situáciami, keď treba používať technickú výkresovú dokumentáciu. Vzhľadom na rozvoj oblastí výroby a vývoja bude výkresová dokumentácia potrebná i naďalej. Tým sme nútení premýšľať o tom, ako zjednodušiť čítanie a učenie sa čítania tohto druhu dokumentácie, nakoľko technická úroveň uchádzačov je mnohokrát na nedostatočnej úrovni. Preto v tomto článku prichádzame s jednou z možností implementácie rozšírenej reality do technickej dokumentácie, čím by sme uľahčili jej čítanie a porozumenie.
Využitie rozšírenej reality v oblasti čítania technickej dokumentácie

Obr. 1 Podpora údržby pomocou rozšírenej reality


Rozšírená realita (AR) sa v priebehu pár rokov dostala do rôznych odvetví, od tých najmenších až po tie najrozvinutejšie a našla si tam pevné miesto. Jedným z mnohých odvetví je aj vzdelávanie a odborná príprava. Vzhľadom na rýchly vývoj a napredovanie rozšírenej reality softvérové a hardvérové nároky už nie sú také vysoké, čo jej umožňuje, aby sa stala súčasťou každodenného života. Vďaka mobilným smart zariadeniam sa rozšírená realita dostáva do nášho bežného života a umožňuje interpretovať informácie viacerým používateľom. V tomto článku sa budeme venovať sprostredkovaniu rozšírenej reality pomocou dát publikovaných na vzdialenom serveri, ktoré sú prezentované na smart zariadení. Pri projektovaní rozšírenej reality sa vybrala aplikácia Vuforia Studio, a to z dôvodu cieľového publika, ktoré je zamerané na výrobné technológie. Aplikácia bude slúžiť na ich vzdelávanie a odbornú prípravu.

Rozšírená realita a jej možnosti

Rozšírená realita s využitím projekcií sa stala hlavným nástrojom vo sfére výrobného priemyslu a drží si dominantné postavenie. Vďaka tomu je dnes vo väčšine svetových výrobných podnikoch považovaná za bežnú, až štandardnú technológiu, ktorá ovplyvňuje výrobné procesy. Prostredníctvom premietania virtuálneho pracovného prostredia do montážnych buniek a integrácie s týmto prostredím pomáha rozšírená realita pracovníkom pri riadení procesov spojených s výrobou a tiež prispieva k zlepšovaniu výrobných časov, vyššej presnosti a menšej nepodarkovosti.

Jednou s najviac oceniteľných výhod technológie rozšírenej reality je zlepšovanie kontroly kvality a výrobných procesov. Technológia rozšírenej reality má nespočetne veľa možností využitia, pričom tá istá technológia môže byť využitá v rôznych odvetviach inak. V článku bude popísane konkrétne využitie rozšírenej reality pre vzdelávacie účely [1].

Softvérové možnosti rozšírenej reality

Aby sme mohli rozšírenú realitu použiť na vzdelávacie účely, treba vytvoriť virtuálnu vrstvu, ktorá bude obsahovať potrebné informácie. Na tvorbu sa vybral program Vuforia Studio. Dôvodom výberu bolo okrem iného ľahké ovládanie programu a jeho kompatibilita s rôznymi smart zariadeniami založenými na platformách iOS a Android. Vďaka týmto vlastnostiam možno pokryť veľkú skupinu koncových používateľov. Vuforia Studio je aplikácia od firmy PTC, ktorá spadá pod platformu ThingWorx. Pomocou nej môžeme transformovať 3D objekty do virtuálnej vrstvy a vytvoriť „zážitok“ s využitím rozšírenej reality. Platforma ThingWorx umožňuje zobrazovať digitálne informácie, ale tiež zbierať a vyobrazovať fyzické informácie o produkte. Ďalej umožňuje zobrazovať rôzne upozornenia a chyby v 2D, ale aj 3D zobrazení.

Spravuje a ukladá všetky potrebné informácie a skúsenosti s rozšírenou realitou vytvorenou vo Vuforia Studio. Poskytuje relevantné informácie pre každý identifikovaný objekt samostatne. Na identifikovanie a správne interpretovanie objektov pomocou rozšírenej reality sa využíva softvérové riešenie Vuforia View. Aby bola identifikácia správna, treba disponovať vymeniteľným kódom ThingMark. Ide o 2D kód založený na princípe Marker-based systému, ktorý využíva na rozoznávanie špeciálny marker. Ten slúži ako identifikačný kód na pripojenie k serveru, ktorý následne poskytne základné informácie o objekte, ktoré majú byť vyobrazené v reálnom čase [2].

Príprava zostavy a technickej dokumentácie

Na vytvorenie plnohodnotnej aplikácie rozšírenej reality treba pracovať s viacerými typmi softvérov. Prvým krokom je práca v CAD softvéri, kde sa vytvoria 3D modely a výkresová dokumentácia. V tomto prípade ide o jednoduchú zostavu tlačovej hlavy pre 3D tlačiareň (obr. 3). Táto tlačová hlava poslúži na ukážku, ako možno využiť rozšírenú realitu ako inovatívny nástroj vzdelávania. Po namodelovaní kompletnej zostavy ju exportujeme do formátu .pvz, ktorý sa používa pre menší objem dát nutných na zobrazenie CAD modelu a ktorý zároveň uľahčuje a zrýchľuje vyobrazenie v rozšírenej realite [2], [3].

Po vytvorení a exportovaní zostavy treba zhotoviť výkresovú dokumentáciu, ktorá sa bude od štandardnej líšiť vloženým markerom; ten bude slúžiť ako referenčný znak na vykreslenie modelu v rámci rozšírenej reality. Ako vidieť na obr. 4, je to štandardný zostavný výkres s modelom zloženým z viacerých komponentov a vloženým markerom (v programe Thingmark) v pravom hornom rohu.

Vytváranie montážneho postupu

Po zhotovení zostavy a výkresovej dokumentácie treba vytvoriť načasovanú sekvenciu, ktorá sa bude skladať zo sekvencií obsahujúcich komponenty a popisy komponentov celej zostavy. Na vytvorenie sekvencií a ich časovanie sa použil program PTC Illustrate, do ktorého sme importovali našu zostavu vo formáte .pvz. Zostava musí obsahovať všetky časti, ktoré majú byť súčasťou vyobrazenia pomocou rozšírenej reality. Prvá časť postupu zobrazená na obr. 5 bola vytvorená ako sekvencia postupného rozloženia celej zostavy s vizuálnou interakciou jednotlivých časti zostavy. Ďalšou interaktívnou časťou je časť zostavy, ktorú možno otáčať, prípadne približovať/odďaľovať pomocou funkcií, ktoré možno priradiť do používateľského rozhrania. Pomocou tohto rozhrania možno objekt ovládať a manipulovať s ním v prostredí rozšírenej reality.

Ako môžeme vidieť na obr. 6, príprava animácie je pomerne jednoduchá. Všetky potrebné úkony, ako je vytvorenie pozície, posunu alebo interaktívneho popisu, boli zrealizované pomocou programu PTC Illustrate intuitívne a bez väčších problémov. Vďaka formátu súboru. pvz je možné, aby súbor obsahoval kompletné informácie o zostave a jej častiach, ďalej informácie o pozíciách, farbách komponentov a ich akciách, ako je napr. pohyb znázorňujúci odskrutkovanie skrutiek či zmeny umiestnenia. Všetky tieto údaje sú zakódované v danom súbore a vďaka tomu je možné ich správne vykresľovanie v prostredí rozšírenej reality [7], [8].

Po dokončení všetkých potrebných krokov dostaneme funkčnú a interaktívnu rozšírenú realitu, ktorá dokáže zobraziť rôzne informácie o technickej dokumentácii nachádzajúcej sa na výkrese. Ako vidieť na obr. 7, prvky sú umiestnené na vopred definovanom mieste v závislosti od polohy markera [5].

Týmto spôsobom sme rozšírili typickú výkresovú dokumentáciu o nové možnosti vyobrazenia. Základnou ideou tohto článku je rozšíriť možnosť vzdelávania o novodobé technológie a zvýšiť tak povedomie o alternatívnych možnostiach vzdelávania u čo najväčšieho počtu používateľov [6].

Záver

Rozšírená realita je momentálne jednou z najdiskutovanejších a najviac sa rozvíjajúcich technológií. Dostáva sa čoraz viac do oblasti výroby v priemyselnom odvetví. Vďaka dostupnosti a nižším nárokom na softvérové a hardvérové vybavenie je možné, aby bola dostupná aj v bežnom živote a prístupná širokému spektru používateľov. V tomto článku sme sa venovali súčasným problémom vzdelávania v oblasti práce s technickou dokumentáciou a priestorovým videním. Za týmto účelom bola vytvorená sekvencia s interaktívnym popisom prvkov zostavy, ktorá umožňuje jednoduchšie prezentovanie technickej dokumentácie.

Vytvorili sa jednotlivé časti potrebné na vyriešenie tohto problému, pričom výsledkom je výkresová dokumentácia doplnená o prvky rozšírenej reality. To umožňuje využívanie tejto dokumentácie pri vzdelávaní a uľahčuje prácu s dokumentáciou používateľovi, ktorý nemá skúsenosti s jej čítaním. Tento spôsob využívania rozšírenej reality je vhodný pre vzdelávacie inštitúcie aj pre podniky, ktoré potrebujú zaškoliť pracovníkov do výrobného procesu.

Tento článok vznikol vďaka podpore projektu KEGA 001TUKE-4/2018 Implementácia filozofie Concurrent engineering do vzdelávacieho nástroja v oblasti počítačovej podpory technologickej prípravy výroby.

Literatúra

[1] Brian Close. 8 Industries Denefitting from Augmented Reality. [online].
[2] Production brief. ThingWorx Studio. [online].
[3] PTC Augmented Reality Use Cases. [online].
[4] LEE, K.: Techtrends. [online]. 2013.
[5] KAUFMANN, H.: Collaborative augmented reality in education. Institute of Software Technology and Interactive Systems, Vienna University of Technology 2003.
[6] BOWER, M. et al.: Augmented Reality in education–cases, places and potentials. In: Educational Media International, 2014, 51.1, pp. 1 – 15.
[7] PASARÉTI, O. et al.: Augmented Reality in education. INFODIDACT 2011 Informatika Szakmódszertani Konferencia. Dostupné na: http://people. inf. elte. hu/tomintt/infodidact_2011.pdf.
[8] KESIM, M. – OZARSLAN, Y.: Augmented reality in education: current technologies and the potential for education. In: Procedia-Social and Behavioral Sciences, 2012, 47, pp. 297 – 302.


Ing. Jakub Kaščak
jakub.kascak@tuke.sk

doc. Ing. Petr Baron, PhD.
petr.baron@tuke.sk

Ing. Lukáš Blaško
lukas.blasko@tuke.sk

Ing. Monika Telišková, PhD.
monika.teliskova@tuke.sk

Ing. Martin Pollák, PhD.
martin.pollak@tuke.sk

Technická univerzita v Košiciach
Fakulta výrobných technológií so sídlom v Prešove
Katedra počítačovej podpri výrobných technológií