Aplikace rozšířené reality Tokio 2021

Začátek spolupráce s PTC

V roce 2020 naše společnost TechSoft Engineering oficiálně započala důležitou spolupráci s firmou PTC, která je významným světovým hráčem pro poskytování technologických platforem a řešení provozu a údržby IoT (internet věcí). Jelikož se společnost TechSoft v celé své historii vždy považovala za nositele technologického pokroku, přijali naši zaměstnanci s nadšením možnost získat přístup k novým technologiím průmyslu 4.0 a IoT jako je např. rozšířená realita, 3D tisk, digitální dvojče apod. Jedním z takových nadšených zaměstnanců je právě i Tomáš Prejda, který se velmi rád zhostil role odborníka na tvorbu rozšířené reality v prostředí PTC.

Pojem rozšířená realita (Augmented reality) je v českém prostředí poměrně novou záležitostí a bývá často nesprávně zaměňován s realitou virtuální. Jde především o to, že u virtuální reality jsou používány brýle oddělující nositele od skutečného světa, který skrze ně není možné vidět. Naproti tomu rozšířená realita propojuje digitální svět s reálným skrze kameru. V rozšířené realitě skutečný svět tedy vidíme a ten digitální do něj pouze přidáváme. Typickým příkladem pak je například HUD (heads-up display), např. v moderních automobilech.

Zkušenosti profesofa Pollerta

Společnost TechSoft Engineering již mnoho let spolupracuje s ČVUT, kde mimo jiného aktivně rozvíjíme spolupráci s profesorem Jaroslavem Pollertem ze Stavební fakulty a jeho společností OptiFlow Solutions. Profesor Pollert je známým českým odborníkem na vodní díla a vodní hospodářství. Široké veřejnosti je ale především znám jako člen slavné kanoistické rodiny, k jejíž slávě sám osobně přispěl ziskem čtyř titulů mistra světa. Není proto divu, že má velmi blízko k návrhu a stavbě tratí pro kanoisty na divoké vodě. Profesor Pollert je mimochodem autorem návrhu plavebního kanálu pro vodní slalom v Riu 2016, který se samozřejmě neobešel bez využití nástrojů Ansys distribuovaných právě společností TechSoft. Nebylo tedy překvapením, že pro Olympijské hry 2021 byl rovněž vybrán jeho návrh vodního kanálu. A protože Profesor Pollert je dnes již nejen v odborných kruzích znám jako inovátor využívající moderní technologie, nemohla tak při návrhu olympijského kanálu tentokrát již chybět rozšířená realita.

Obrázek č.1 - Podoba tokijského olympijského kanálu

Vývoj mobilní aplikace

Využití rozšířené reality pro olympijský kanál nebylo ovšem prvním nasazením této technologie při spolupráci s ČVUT. Mimo jiné se např. snažíme společnost OptiFlow podporovat při nasazení rozšířené reality pro vizualizaci chování proudění uvnitř sedimentačních nádrží. Díky rozšířené realitě je takto možné si v holografických brýlích Microsoft Hololens II prohlédnout děje v nádržích, do kterých není možný při provozu jakýkoliv jiný přístup. Rozhraní, které je zde používáno, je cloudová platforma PTC Vuforia Studio.

U projektu plavebního kanálu vodního slalomu pro Olympijské hry 2021 v Tokiu 2021 bylo rozhodnuto o vytvoření mobilní aplikace pro zobrazování vlastností proudící vody (rychlosti, vracáky a vířivost) v plavebním kanálu a pro varianty plavebních drah v kvalifikaci a finále. Fyzický 3D model, na němž jsou výsledky v rozšířené realitě zobrazovány, byl vytisknut na 3D tiskárně. Velká výhoda propojení digitálního a skutečného světa pro využití v technické praxi je okamžitá možnost vidět, jednotlivé nežádoucí případně žádoucí fyzikální jevy. Např, místa s velikým zavířením (Obrázek č.3), která jsou vyznačena červenou barvou, jsou právě taková místa, kde dochází k pěnění vody. Dále např. červená barva ukazuje lokální rychlost větší než 2 m/s v oblastech vodního kanálu, kde nemá žádný sportovec šanci zdolat proud vody vlastními silami.

Obrázek č.2 - Aplikace v mobilu znázorňující proudnice vody 

Obrázek č.3 – Vířivosti vody

Aplikace byla vyvinuta ve vývojářském prostředí Unity Engine v tandemu s programy Ansys SpaceClaim pro geometrické úpravy, Ansys Fluent pro simulace fyziky, Ansys EnSight pro vyhodnocení simulací a převod výsledků do formy kompatibilní s Unity. Samotnou rozšířenou realitu poskytuje rozhraní PTC Vuforia Engine, které se dá vložit do Unity jako rozšíření. Při tvorby rozšířené reality se mimo jiné kolega Tomáš Prejda zdokonalil ve svých programátorských schopnostech, když při vývoji využil jazyky Python, JavaScript a C#.

Obrázek č.4 – Cirkulující voda

Samotné rozhraní PTC Vuforia Engine je poměrně jednoduché, nicméně příprava modelů se neobešla bez drobnějších komplikací, se kterými si Tomáš výborně poradil. Ve finálních krocích vývoje bylo například nutné často přejíždět mezi kanceláří a Olympijským centrem dolaďovat detaily, jako je například správné polohování a záchyt digitálního světa na reálný. Pro propojení byl využit obrázek s logem OptiFlow umístěný nad fyzickým modelem vytisklým na 3D tiskárně.

Úspěšný projekt

Ve výsledku se pak paradoxně největším problémem nejevila technická stránka věci, ale spíše naše nedokonalá znalost sportovních pravidel. Se kterou jsme se ale především díky včasným zásahům pana profesora dokázali vyrovnat. Pro celý TechSoft Engineering i profesora Pollerta bylo radost sledovat, jak velkému mediálnímu zájmu se tento projekt nakonec těšil. Předvedení aplikace profesorem Pollertem bylo mimo jiné možno vidět v české televizi. Co dodat? Snad jen, že využití matematiky brání i ve světě sportu jen vlastní fantazie.

Závěrem musíme pogratulovat skvělému úspěchu našich sportovců. Bronzovou medaili za deblkajak České republice přinesli Josef Dostál a Radek Šlouf, stříbrnou medaili ve vodním slalomu na kanoi kategorie C1 Lukáš Rohan a zlatou medaili ve vodním slalomu na kajaku kategorie K1 Jiří Prskavec.

Obrázek č.5 – Zaměstnanci TechSoft Engineering společně s olympioniky

Autoři: Tomáš Prejda, Petr Pečený