30 Мая 2017 г. Четная неделя

Программно-аппаратный комплекс виртуального окружения (CAVE 3D)

Описание

Цель разработки: создание интерактивной виртуальной среды для анализа стерео 3D виртуальных моделей  образцов промышленных изделий на основе программно-аппаратных комплексов виртуального окружения X-sided CAVE 3D – ключевой составляющей технологий виртуального инжиниринга.

Задачи разработки виртуальной среды проектирования: создание программно-аппаратного инструментария для анализа результатов предсказательного моделирования на сверхбольших сетках и разработки технологий принятия решений.

Партнеры:
Суперкомпьютерный центр университета Штутгарта

Используемые ресурсы и оборудование:

  • Программно-аппаратный комплекс виртуального окружения 3-sided CAVE 3D;
  • Оптическая трекинг система включает в себя 6 инфракрасных камер ARTtrack2
  • Высокопроизводительный видео-кластер с пиковой производительностью 1,4 TF;
  • 2 видеостены (Display Wall). Видеостены состоят из 12-ти и 4-х LCD мониторов NEC 462 UN с широким углом обзора, дополнительной оптической трекинг системы с двумя инфракрасными камерами TrackPack2;
  • HMD НТС VIVE (шлем виртуальной реальности с разрешением Full HD) для анализа результатов предсказательного моделирования

Результаты:
Важными итогами недавних исследований коллектива является развитие известной в мире программной системы COVISE, первоначально разработанной в суперкомпьютерном центре университета Штутгарта, с которым авторы проекта поддерживают творческие связи на протяжении многих лет.  Коллектив авторов проекта имеет свои собственные разработки, которые имплементированы в программный код COVISE и которые направлены на качественное улучшение  интерактивной функциональности составляющей системы в целом. Эти разработки обеспечили новое качество проведения анализа и процесса принятия решения на основе применения системы виртуального окружения типа CAVE 3D. Особенно это важно при анализе результатов моделирования крупномасштабных технических систем, таких как самолеты, корабли, мощные энергетические генераторы (АЭС и т.д.), когда требуется участие в процессе принятия решений одновременно нескольких ключевых специалистов.

В программной системе COVISE реализована новая подсистема ввода. Введены новые уровни абстракции. 

Пользователь и разработчик при этом получили новые преимущества, главными из которых являются:

- сразу несколько пользователей могут одновременно общаться друг с другом и оперировать виртуальным объектом,

- нет ограничений на использование устройств нового типа,

- имеется возможность включения в подсистему новых plugin для бОльшего количества новых устройств. 

Решены задачи:

•  Создания единого, независимого от вида устройств ввода, программного интерфейса для общения между подсистемой ввода и другими подсистемами OpenCOVER (клиентами).

•  Переноса кода, связанного с вводом, в одну подсистему.

•  Переноса всех «клиентских» подсистем на программный интерфейс, предоставляемый новой подсистемой ввода.

•  Выполнено тестирование надежности работы новой системы на примерах анализа результатов предсказательного моделирования сложных технических систем.

Технические характеристики 
Программно-аппаратный комплекс виртуального окружения 3-sided CAVE 3D включает в себя четыре основных компоненты:
проекционно-экранное оборудование: 3 просветных экрана и 6 проекторов;
высокопроизводительный видео-кластер с пиковой производительностью 1,4 TF;
оптическую трекинг систему;
систему видео конференцсвязи для работы с удаленными клиентами.

Оптическая трекинг система включает в себя:
6 инфракрасных камер ARTtrack2 (4 в верхней части киберпространства и 2 в нижней части);
2 устройства управления виртуальными объектами Flystick и Fingertracking (для управления виртуальными объектами пальцами рук);
устройство хранения данных NetApp FAS2020 емкостью 24 Tb.

С помощью трекинг системы осуществляется эффект полного погружения наблюдателя в исследуемый объект или процесс. Обработка видеоизображений осуществляется на видеокластере в режиме real time.

Видеокластер выполнен на базе процессоров Quad-Core Intel Xeon E5420, 2.50GHz, включает 144 ядра и высокоскоростное коммутационное оборудование Myrinet и Infiniband. В 2010 году видеокластер получил расширение в виде двух узлов на базе GPGPU архитектуры и процессора FERMI для продолжения исследований по созданию специализированного программного с использованием технологии CUDA (Compute Unified Device Architecture). Видеокластер имеет двойное назначение и при необходимости может использоваться как вычислительный Linux кластер при решении задач предсказательного моделирования процессов в техногенных системах.

В конце 2011 программно-аппаратный комплекс получил расширение в виде 2-х видеостен (Display Wall). Видеостены состоят из 12-ти и 4-х LCD мониторов NEC 462 UN с широким углом обзора, дополнительной оптической трекинг системы с двумя инфракрасными камерами TrackPack2 и программным обеспечением DTrack2 в комплекте с устройством управления Flystick2, а также видеокластером на базе 8 вычислительных узлов. Видеостена имеет максимальное разрешение 5460*3070 пикселей.

В 2016 году программно-аппаратный комплекс виртуального окружения дополнен уникальным новейшим устройством НТС VIVE (шлемом виртуальной реальности с разрешением Full HD) для анализа результатов предсказательного моделирования.

 

Руководитель проекта

Шабров Николай Николаевич