Доцент кафедры инженерной графики и дизайна Борис Юрьевич Кулагин рассказал нам о том, как разработать свою компью­терную игру, о симуляторах для пилотов и врачей и применении информационных технологий в дизайне.

Доцент Б. Ю. Кулагин

– Борис Юрьевич, как вообще развивался 3D-дизайн?

– Трёхмерная графика пришла в дизайн из кинопро­изводства в тот момент, когда мощность компьютеров при вменяемой цене как «железа», так и «софта» по­зволила её использовать небольшим студиям, начиная от одного человека. Это были прежде всего дизайн ин­терьеров и архитектура. Заказчики хотели видеть, как, например, будет выглядеть дизайн квартиры с мебелью и обоями после ремонта или каким снаружи станет по­строенный дом. Постепенно «аппетиты» заказчиков рос­ли, их уже не удовлетворяли только картинки и видео, им хотелось виртуально походить по дому и поменять что-то на ходу. Так появились конфигураторы, которые позволяют, например, интерактивно поменять обои из каталога, мебель или освещение. Качество визуали­зации в реальном времени было не на высоте, но уже примерно пять лет назад оно практически дотянулось до кинематографического и продолжает улучшаться. Это очень хорошо видно по современным играм, например Forza Horizon 5 или Cyberpunk 2077.

– Можно ли немного подробнее про симуля­торы, ведь это же не только игры?

– Действительно, симуляторы, а, точнее, тренажё­ры – это не только развлечения. Возьмём, к примеру, симулятор башенного крана, который используется для обучения крановщика. Если посадить в настоящую кабину человека с начальными знаниями, всё может закончиться плохо. А использование симуляторов по­зволяет запомнить расположение основных элементов управления и отработать навыки. То же можно сказать и об авиасимуляторах, и симуляторах морских судов, причём с точки зрения не только управления сами­ми транспортными средствами, но и конфигурации взлётной полосы, местности, акватории и так далее.

Виртуальная лаборатория по физике 

Важнейшая область применения тренажёров – это обучение будущих врачей, прежде всего хирургов. Обыч­но студентов-медиков в первые четыре года обучения не допускают к телу живого пациента, а самые простые операции разрешают делать только на шестом году осво­ения программы. Сейчас же в некоторых вузах с первого курса начинают работать в симуляторе, виртуально про­водя операции. Это помогает отработать основные навыки и накопить визуальную память. Результат становится в разы лучше, по сравнению с одной только теорией.

Есть и тренажёры и симуляторы менее опасных со всех точек зрения профессий. В качестве примеров можно привести симуляторы для обучения банков­ского служащего, готовящегося работать с клиентами, тренажёр сварщика, когда он держит в руке имитацию реального инструмента и видит в очках виртуальной реальности шов, который делает.

VR-тренажёр для сварщиков

При этом, возвращаясь к играм, даже игровые симуляторы – далеко не бесполезная трата времени. По сути, грань между игрой и симуляцией уже стира­ется. Профессиональные симуляторы – это кокпиты Профессиональные симуляторы - достаточно сложные комплексы, имитирующие, например, реальную кабину самолёта или кокпит гоночного автомобиля со всеми органами управления, программное обеспечение ко­торых зачастую базируется на существующих игровых симуляторах. Так, для действующих команд «Форму­лы-1» и ралли создаются серьёзные симуляторы на базе, например, игр rFactor или Richard Burns Rally.

Кроме виртуальной реальности очень интересны ин­формационные технологии в AR (augmented reality, или дополненная реальность. – Прим. ред.). Например, начи­нает барахлить нефтяная подстанция где-нибудь в Сибири, при этом специалист по обслуживанию находится за сотни километров, а на месте есть только обычный рабочий, не обладающий достаточными знаниями для ремонта. Так вот, рабочий в Сибири берёт в руки смартфон с камерой и в реальном времени передаёт изображение ремонти­руемого узла, в головном офисе компании специалист либо программное обеспечение на основе искусственного интеллекта находит нужную инструкцию и передаёт ко­манды оператору, выводя их на экран или голосом.

– Наверное, есть применение и в образовании?

– Мы уже немного говорили про профессиональное образование, но, конечно, моделирование помогает ещё и школьникам, и студентам. Наверное, каждый слышал о том, как пандемия дала большой толчок созданию виртуальных музеев, экскурсий, картинных галерей. В МИЭТе на кафедре инженерной графики и дизайна разработали приложение «Виртуальная экскурсия по участку производства МЭМС» для детского технопарка «Смарт-Парк». Получилась отличная экскурсия-де­монстрация рабочего процесса, где всё можно увидеть с близкого расстояния в деталях. Вообще, преимущества подобных проектов очевидны. Во-первых, учащиеся наглядно понимают, о чём идёт речь и как это работает, что даёт мотивацию продолжить обучение в той или иной области. Во-вторых, это экономит деньги и время предприятию, где проходит экскурсия, ведь сотрудникам не надо отвлекаться от рабочего процесса и беспокоиться о возможных инцидентах.

– Как происходит процесс разработки ка­кого-то трёхмерного приложения и в какую сторону вообще надо двигаться начинающим?

– У большинства студентов, которые начинают за­ниматься интерактивными технологиями, горят глаза: «Сейчас мы сделаем игру класса ААА, опубликуем в Steam и будем зарабатывать огромные деньги!» Но надо пони­мать, что, несмотря на существование независимых не­больших студий, достигших определённого успеха на этом поприще, предложений на рынке игр слишком много, и пробиться к вершинам успеха достаточно сложно. А вот неигровые приложения – конфигураторы интерьеров, виртуальные магазины, путеводители и прочие – весьма востребованы. Это очень большая и интересная ниша, и спрос на такие приложения будет только расти, осо­бенно в свете массовой миграции в онлайн.

Очень важным элементом разработки интерактивно­го приложения является движок – базовое программное обеспечение, заточенное на создание именно такого рода приложения. Многие движки дают готовые решения: скрипты, шаблоны для виртуальной реальности, для игр от первого лица, архитектуру управления данными… По сути, они дают всё, кроме контента. Самый лучший движок, конечно – тот, который написан самостоя­тельно, но у небольших команд на это нет ни времени, ни денег. Пока ты напишешь его с нуля, технологии уйдут вперёд, и ты просто отстанешь, будешь находиться в роли догоняющего, что хорошо видно по некоторым игровым проектам, которые при всех достоинствах безнадёжно устарели, прежде всего, с точки зрения гра­фики. Значительно эффективнее взять существующий движок и сразу начать делать проект, сосредоточившись на контенте и логике. Да, приходится оптимизировать результат, это не всегда просто, дописываются и пере­писываются определённые модули. Но, опять же, всё зависит от задачи – если это многопользовательский шутер на 100500 человек в онлайне, это одно, если, например, тренажёр сборки/разборки двигателя, то некоторая неоптимальность получаемого на выходе кода вполне допустима.

Виртуальная кабина самолёта в авиасимуляторе с открытым исходным кодом FlightGear 

Движки можно разделить на несколько категорий – нас интересуют те, которые доступны, и желательно бесплатно. Есть движки с открытым кодом и абсолютно бесплатные, например, Godot. Но, как правило, такие движки имеют достаточно высокий порог вхожде­ния, поэтому предпочтительнее использовать более распространённые и приближенные к «простому» пользователю, не программисту. Наиболее интересен для начинающего игродела Unreal Engine, так как он обладает встроенной системой визуального програм­мирования Blueprint, что позволяет начать творить, не вникая в программирование на алгоритмическом языке. Этот движок бесплатен при условии уровня дохо­дов от его использования менее ста тысяч долларов в год. Стоит отметить и отечественные разработки, например, движок Unigine, прекрасно зарекомендовавший себя как раз в области промышленных тренажёров.

– Потом от движка идёт переход к дизайну?

– Конечно, нет, скорее, наоборот. В основе, прежде всего, концепция, дизайн, на базе которых создаётся контент, и уже в самом конце – реализация. Как правило, контент дорабатывается в процессе работы над про­дуктом, но начальный особенно важен, поскольку его дизайн задаёт общее направление. Также необходим грамотный и продуманный интерфейс, всё должно быть просто и понятно: надел очки и сразу включился в работу или в игру. К тому же, интерфейс обязан за­давать настроение. Например, в игре или приложении о средневековье не очень-то уместен будет стандартный шрифт Arial, но и всем известные готические шрифты использовать не очень удобно, поэтому надо искать компромисс. Всё должно быть уместно, всё должно быть связанно, а для этого очень важна наигранность и на­смотренность. Как говорится в искусстве, нужно знать законы, чтобы их нарушать. Законов в дизайне немало: композиционные, кинематографические, колористика, эргономика и многие другие.

Окно игрового движка UNIGINE 

– А как можно научиться?

– Сейчас часто возникает вопрос, можно ли узнать всё из интернета. Можно, но если 15-20 лет назад сайтов было немного и информацию получить не со­ставляло труда, то сейчас сложно найти самое точную и правильную. Доставать бриллианты из кучи всего остального – отличный навык, но на это необходимо много времени и сил. Академическое образование даёт немало плюсов, и благодаря ему всё складывается в определённую картину, создаётся базис. При изуче­нии классического дизайна многие стараются игно­рировать точные науки, хотя в основе многого лежат математика и физика. Например, гармонический ряд – это логарифм, а цвет – это спектр. При разработке игры или приложения необходимо иметь базовые знания во многих областях, и если добавить к ним навыки программирования, то получается цельная картина. Причём сам диплом – только небольшой бонус. В этой профессии очень важны портфолио и постоянная работа, самосовершенствование, позна­ние нового. Как говорится, нужно бежать со всех ног, чтобы только оставаться на месте, а чтобы куда-то попасть, надо бежать как минимум вдвое быстрее! Пока есть время, надо стараться охватывать всё, захва­тывая смежные области во время учёбы и применяя их в практической работе.

Алексей Черняев