Виртуальная гондола воздушного шара

Задача

В марте 2024 года знаменитый путешественник Федор Конюхов вместе с Иваном Меняйло планирует полет на воздушном шаре от Мурманской области до Чукотки, преодолев расстояние более 5 тысяч километров в суровых природно-климатических условиях.

Конструкцию гондолы воздушного шара разработала группа студентов и инженеров Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» СПбПУ. При проектировании они использовали лучшие мировые практики и учли опыт, накопленный в ходе других воздушных экспедиций - в 2016 году Федор Конюхов установил мировой рекорд, облетев на аэростате вокруг Земли за 11 дней 4 часа 20 минут. Воздушный шар «Мортон», на котором путешественник преодолел более 35 тысяч километров, был спроектирован известной английской компанией Morton Company. Для достижения новых воздухоплавательных рекордов инженеры ПИШ СПбПУ создали модернизированную конструкцию гондолы.

Перед разработчиками Лаборатории ПСПОД ПИШ СПбПУ стояла задача разработать интерактивную VR-версию гондолы с целью сокращения сроков тестирования и доработки кабины.

Решение

Модель гондолы была разработана студентами Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» СПбПУ с участием инженеров Инжинирингового центра «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab®) ПИШ СПбПУ.

Обязательные требования к конструкции на основе собственного уникального опыта перелетов Федор Конюхов обозначил во время визита в ПИШ СПбПУ в мае 2023 года. Для решения задачи проектирования была сформирована группа студентов ПИШ СПбПУ с участием инженеров ИЦ ЦКИ (CompMechLab®). Инженеры провели анализ поставленной задачи, сформулировали требования и разработали детальное техническое задание инженерной части проекта. Студенты с участием инженеров, разработали математические и компьютерные модели, выполнили математическое и компьютерное моделирование, провели многовариантные цифровые испытания и разработали рабочую конструкторскую документацию для изготовления изделия из композиционных материалов. Особое внимание было уделено вопросам удобного и безопасного управления, а также мягкого приземления, чтобы сделать полет безопасным и комфортным.

При выборе формы гондолы остановились на квадратной форме в горизонтальной плоскости. Снаружи по нижним углам гондолы оборудована дополнительная защита, которая при приземлении примет на себя первый удар и сработает как гаситель энергии удара с тем, чтобы посадка была мягкой и люди, которые находятся внутри, не получили травм. На случай приводнения в конструкции предусмотрены элементы, которые предотвратят опрокидывание гондолы.

VR-приложение было создано разработчиками Лаборатории ПСПОД в двух вариантах:

Инженерная версия, созданная в соответствии с технической документацией от инженеров CompMechLab^®;
«Дизайнерская» версия: модель приведена в соответствие с элементами концепций молодых дизайнеров - победителей федерального конкурса «Дизайн молодых / Young Design-2023» в номинации «На Север!», учрежденной Передовой инженерной школой СПбПУ.

С помощью VR-визуализации путешественник смог увидеть интерьер от первого лица, проверить доступность расположенного оборудования, оценить эргономику кабины и дать комментарии по улучшению пространства.

Версия 1. Вид снаружи

Версия 1. Интерьер

Версия 1. Вид снаружи

Версия 2. Интерьер

Этапы разработки

Выполнена детализированная 3D-модель гондолы и модели второстепенных предметов (создание геометрии, настройка UV-разверток и текстурирование).
Проведена настройка виртуальной сцены, в частности расстановка всех моделей, настройка физических границ, запечка света.
Реализован VR-режим управления, возможность интерактива с окружением (перемещение объектов и действия с ними), интерактив, а также логика оператора.

VR-приложение представлено в двух вариантах исполнения – на отечественном движке UNIGINE и на движке Unity.

Технологии

Среда разработки 3D	Blender, Substance 3D Painter, Marmoset Toolbag
Среда разработки ПО	Unity, UNIGINE, Visual Studio, JetBrains Rider
VR-комплекты	HTC VIVE PRO, Oculus Rift S и другие гарнитуры, совместимые с OpenXR
Языки программирования и фреймворки	С#

Проект выполнен в рамках реализации программы Передовой инженерной школы «Цифровой инжиниринг» СПбПУ

Исполнители

Передовая инженерная школа СПбПУ «Цифровой инжиниринг»
Инжиниринговый центр «Центр компьютерного инжиниринга» (CompMechLab®) ПИШ СПбПУ
Лаборатория «Промышленные системы потоковой обработки данных» ПИШ СПбПУ

Ключевые участники

Руководитель группы VR: А.А. Кузьмичев, главный инженер проекта Лаборатории «Промышленные системы потоковой обработки данных» ПИШ СПбПУ
Технический руководитель группы VR: А.О. Купцов, ведущий разработчик Лаборатории «Промышленные системы потоковой обработки данных» ПИШ СПбПУ
Руководитель инженерной группы: А.А. Михайлов, нач. отдела ЛПО и МП Института передовых производственных технологий СПбПУ
Куратор группы студентов: М.В. Иванов, инженер ПИШ СПбПУ