В конце 2014 года был сдан в эксплуатацию новый учебно-административный комплекс МИЭМ НИУ ВШЭ в Строгине, где реализовано много разных крутых вещей для обучения студентов. Один из таких проектов — лаборатория для прототипирования электронно-вычислительных средств. Под это дело был выделен небольшой бюджет, выбраны мы в качестве подрядчика. И дальше мы решали не совсем типичную задачу по созданию комнаты, где вокруг вас летают разные виртуальные 3D-объекты. Например, чтобы было удобно разбираться в электронных микросхемах.

Для достижения эффекта обратной проекции (это когда ты проходишь мимо экрана, но тень при этом на него не отбрасывается) пришлось применять творческое воображение и как раз ту самую математику, которую бодро осваивают студенты.

Общая картина

Опыт у нас накоплен достаточный, плюс очень хорошие связи с поставщиками и производителями. Поэтому именно в плане матобеспечения железом сложностей и сюрпризов не было — такую работу мы повторяли уже десятки раз минимум.
Единственное, потребовалось поставить дополнительно Virtalis для конвертации моделей в 3D, плюс Autodesk 3ds Max — для разработки самих 3D-моделей. В связке с Максом они позволяют делать что угодно «на коленке» для прототипирования. На текущий момент студенты с преподавателями уже полгода используют лабораторию, в основном — для практических занятий. В комнату заходит 15 человек и преподаватель со средством управления. Появляется здоровенная плата, и в реальном времени на ней что-то переключается, а преподаватель объясняет, что это и зачем. Он может изменять масштаб моделей, раскладывать их на отдельные составляющие. Это помогает наглядно разбирать ошибки, допущенные студентами при проектировании.

Что внутри

	Оборудование отображения
1.1	Инсталляционный 3D-проектор Panasonic	4
1.2	Потолочное крепление для проекторов	4
1.3	3D-очки	10
1.4	LED-монитор Philips	1
	Оборудование звукоусиления
2.1	Двухполосная потолочная акустическая система закрытого типа c фазоинвертором	4
2.2	Усилитель мощности, 4 канала	1
2.3	Сетевое устройство управления аудиовходами	1
	Программное обеспечение
3.1	Программное обеспечение GeoVisionary	1
3.2	Программное обеспечение Autodesk 3ds Max 2015 Commercial New SLM DVD	1
3.3	Программное обеспечение Autodesk 3ds Max Commercial Maintenance Subscription (1 year)	1
	Оборудование источников сигнала
4.1	Рабочая станция INTEL Core i7 3770 (3.4 GHz/8M/GPU 650/1150MHz) / 16GB / SATA. 2 TB / 2x PNY Quadro K4200 PCI-E 2.0 4096Mb 256 bit DVI+Sync, на борту — Win8 PRO	1
	Оборудование коммутации
5.1	Одноканальный видеопроцессор	4
5.2	Шкаф напольный серии SJB, 19-дюймовый (19?), 12U, 604?600?600 мм (ВхШхГ)	1
5.3	Комплект винт M6, квадратная гайка, шайба (10 шт.)	3
5.4	Полка 465?350 mm (до 100 кг), цвет чёрный	3
5.5	Блоки розеток с функциями контроля и защиты (9 европейских розеток)	2
	Оборудование управления
6.1	Центральный контроллер системы управления Crestron	1
6.3	Планшет Apple iPad Air Wi-Fi 16GB — Space Grey	1

Обратите внимание на сервер: для задач МИЭМ НИУ ВШЭ понадобилось 2 теплоэлектрообогревателя мощных видеокарты. Бойтесь людей с такими конфигурациями — их можно использовать не только для рендера и отображения готовых 3D-сцен.

Для управления всеми компонентами комплекса — система интегрированного управления Crestron. В качестве панели управления был использован планшетный ПК iPad Air, потому что это почти вдвое дешевле их «фирменных» экранов со своим ПО.

Особенности внедрения

Сложность была в том, что студентов в комнате по ТЗ может быть 15 человек. Комната представляет собой стены с проекторной сшивкой, создающие равномерное пространство, которое в очках превращается в открытую во все стороны равнину. Проблема в том, что люди отбрасывают тени. Обычно в таких ситуациях проекторы размещаются за экранами (например, так часто делают при демонстрации дорогих автомобилей или при мониторинге нефтяных объектов и АЭС), но у университета были очень ограничены ресурсы.


Обратите внимание на размещение проектора


Вот более крупно

Схема самого помещения:


План помещения, высота подвесных потолков 2,6 м


Готовая проекционная, вид на фронтальную стену

В дополнение мы построили перегородку (выделена красным). Система отображения информации была реализована на короткофокусных проекторах Panasonic с применением технологии мягкой сшивки изображения. Размеры изображения 7х2,3 метра для фронтальной стены (№2 на плане) и 4,9х2,3 метра для правой и левой стен. Проекционные углы были рассчитаны таким образом, чтобы зрители и операторы системы могли перемещаться по всей площади лаборатории, не отбрасывая тени на изображение. То есть по факту достигнут эффект обратной проекции, но цена такого решения за счёт использования правильной схемы размещения проекторов получилась на порядок ниже, чем при установке по классической схеме (когда проекционное оборудование устанавливается непосредственно за экраном, как уже говорил выше).

Нам пришлось просчитывать геометрию потолка так, чтобы с помощью специально пробуравленных ниш проекторы могли освещать всё и сразу, и сшивка получалась не только равномерной, но и с такой геометрией, чтобы толпы людей внутри не создавали мешающих теней. К счастью, мы застали это помещение ещё до ремонта, поэтому имели возможность делать вот такие штуки, например.

Помещение оборудовано системой звукоусиления. Изображение должно выводиться на проекторы из одного источника (управляющий ноутбук или другое подключённое устройство, либо демонстрация напрямую с сервера по плану).

Для лекционного режима предусмотрена возможность вывода одного изображения на 3 проектора и отдельных изображений на каждый проектор в формате 2D и 3D.

Стены были очень гладко выровнены (что не совсем тривиально в России) и обработаны проекционной краской Goo systems Ultra Silver 3D Pair.

Окна с моторизованными жалюзи. Управление жалюзи делается с дашборда на планшете.

Финал — обучили трёх специалистов работать со всем оборудованием и немного сопровождали, пока они разбирались и привыкали.

Практика

Во-первых, востребованной оказалась система управления со сценариями. Главное там — включение-выключение и перемена лекций (разных режимов и сцен) с помощью планшета. Спецы на месте особо не нужны, справятся даже гуманитарные преподаватели.

В системе управления есть ещё утренний прогрев и включение (за час до лекций), проверка ресурса проектора (и оповещения, если он низкий), вечерние выключения, если оборудование всё ещё работает.

Сейчас контроллер и устройство трекинга есть только у преподавателя, поскольку остальное оборудование заложено под дальнейшие закупки и развитие лаборатории. Поэтому студенты пока не могут растаскивать объекты и крутить их, могут только смотреть через очки, как это делает кто-то один.

Ссылки

• Проекты студентов 3D-лаборатории КРОК — разные варианты использования
• Разница между 3D и виртуальной реальностью
• Как косячить с контентом и какие средства отображения-контроля бывают
• Про нашу школу 3D
• Моя почта для вопросов — 4erednik@gmail.com