ЭТАП ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРЁХМЕРНЫХ ИНТЕРФЕЙСОВ И ИХ СОВРЕМЕННЫЕ ПРОТОТИПЫ

Сегодняшние тенденции указывают на то, что в ближайшем будущем человеко-машинное взаимодействие будет подразумевать использование естественных для людей форм коммуникации. Не так давно для управления компьютером надо было вписать в командной строке строчки кода на машинном языке. Сейчас же опыт общения словами и жестами, опыт управления реальными объектами в реальном мире постепенно становится неотъемлемой частью взаимодействия человека и компьютера и, соответственно, отражается в современных интерфейсах.

Современное место графики в компьютерах настоящего поколения уже не занимает лидирующие позиции - реалистичные трёхмерные изображения и их применение при реализации компьютерных интерфейсов стали обыденным явлением. На данный момент существует множество прототипов, которые знаменуют собой эволюцию традиционного пользовательского интерфейса.

В первую очередь следует отметить разработку студента Джина Ли – трёхмерный компьютерный интерфейс SpaceTop, который может в корне изменить способ взаимодействия с персональной техникой. Дисплей «ломает» двумерный барьер, в рамках которого находятся все ПК, планшеты и смартфоны, и позволяет оперировать «внутри» собственного компьютера, в том числе перемещать документы и браузерные окна, используя жесты рук.

Установленная на прозрачном LED-мониторе система Ли сочетает в себе управление жестами и 3D-графику для имитации коробчатой среды. Монитор также оснащён двумя камерами – одна следит за движениями пользователя, другая – за перемещениями зрачка и соответственно подстраивает угол интерфейса под взгляд оператора. Пользователи теперь могут манипулировать значками и приложениями, захватывая их за дисплеем или использовать клавиатуру для традиционного 2D-перемещения элементов [5].

CEO компаний Tesla и SpaceX Элона Маска (Elon Musk) нашел способ создания 3D-компьютерного интерфейса для системы проекционного 3D-моделлинга на основе жестов. Так как работы по реализации эффектного трёхмерного голографического проектора не завершены, то он решил использовать для подобной системы обычный компьютерный монитор.

Система, созданная на основе технологии захвата движений Leap Motion, набора различных дисплейных технологий вроде шлема виртуальной реальности Oculus Rift и 3D-проектора, а также модифицированной версии программного обеспечения Siemens NX, теперь позволяет инженерам из SpaceX просматривать, создавать и редактировать различные объекты на экране, вообще не прикасаясь к компьютерной мышке.

После завершения моделирования нужной детали её уже в реальной форме может создать любой лазерный или струйный 3D-принтер, работающий с металлом – он позволяет создавать металлические объекты из плавкого порошка, металлической глины, и формирует их очертания с помощью селективного лазерного спекания [4]. Элон Маск говорит, что подобные технологии при должном внимании и развитии смогут совершить революцию в компьютерном моделировании, потому как конструкторы и инженеры смогут практически без каких-либо усилий воплотить буквально на интуитивном уровне голографический концепт только что придуманной детали, отредактировать его, а затем без проблем напечатать уже готовую деталь [3].

Дальше всех продвинулась компания Microsoft – ещё пять лет назад она получила патент на трёхмерный пользовательский интерфейс «Method and apparatus for providing a three-dimensional task gallery computer interface», что в переводе означает «Метод и инструменты представления трёхмерной галереи задач пользовательского интерфейса» [2]. В кратком описании новый интерфейс операционных систем Microsoft представляет собой вид на «виртуальный офис». Система, отслеживая направление и продолжительность движения указывающего устройства, позволяет пользователю перемещаться по комнате, создавая «задачи» (совокупность окон), которые могут группироваться в своих отдельных «комнатах» (rooms). Программист может создавать «интерьер» комнаты по своему желанию, комбинируя «объекты комнаты» и текстуры на них так, как считает нужным, и определяя реакцию на действия пользователя. И будет совсем неудивительно, если для такой системы необходимыми атрибутами окажутся не только клавиатура и мышь (если в них еще будет смысл), а и довольно успешно продающийся манипулятор Kinect.

Продолжая исследования в этой сфере, 24 сентября 2015 года Microsoft получили патент на проект «3D User Interface for application entities», который описывает интерфейс, основанный на трёхмерных геометрических фигурах. На каждой грани фигур размещены интерактивные элементы, которыми могут быть приложения или вложенные приложения. В документации показана только кубическая структура интерфейса, но патент относится к любым объемным трехмерным формам, которые в дополнение к отображению элементов могут быть прозрачными или полупрозрачными [6].

На потребительском рынке такая технология чаще всего является маркетинговым трюком для привлечения клиентов. А на рынке промышленных применений графический 3D-интерфейс – это удобный и гибкий инструмент для взаимодействия пользователя с различными сложными информационными системами, ориентированными на определенную область, например, поддержки жизненного цикла промышленного объекта.

На сегодняшний день при создании трёхмерных пользовательских интерфейсов на этапе проектирования активно внедряется технология расширенного информационного моделирования, при этом за основу выбирается 3D-6D информационная модель. Информационно-расширенная 6D-модель – это результат дополнения данных обычной 3D-модели элемента:

• информацией календарно-сетевого прогнозирования (4D-координата);
• атрибутивной информацией о конфигурации, комплектации и других параметров каждого элемента (5D-координата);
• информацией об ассоциативных связях между элементами (6D-координата) [1].

Таким образом, к началу реализации интерфейса и в ходе этого этапа информационная 6D-модель представляет собой всеобъемлющее хранилище информации не только о самом интерфейсе, но и об отдельно взятом объекте.

Для предварительной визуализации интерфейсов, проектируемых с использованием 3D-6D информационной модели используется следующий набор программ, рекомендованных ведущими системными интеграторами-консультантами России: «Ernst & Young», «Intelligroup» и «Неолант»:

• SmartPlant Review – инструментарий визуализации проектной деятельности интерфейсов со сложной графически-распределенной структурой;
• Navisworks – система визуальной интерактивной навигации по 3D-моделям компании Autodesk, которая осуществляет проверку моделей и данных, поступающих от всех участников процесса проектирования;
• InterBridge – это программная реализация технологии трансляции графических и семантических 3D-данных между различными САПР и PLM. Инструмент позволяет формировать итоговую единую проектную цифровую модель объекта средствами платформы САПР/PLM.

Привычные в жизни действия всё сильнее внедряются в интерфейсы, которые нас окружают. Одной из тенденций, проявляющих себя на фоне сращивания коммуникации и медиапотребления с искусственным интеллектом и социально-сетевыми возможностями, является растворение компьютеров в окружающей среде человека, которая становится «интеллектуальной» и адаптивной. Именно грамотное планирование интерфейса на этапе его проектирования поможет объединить эти среды лучшим образом, чтобы пользователь чувствовал себя так же комфортно при использовании трёхмерных систем, как и при привычном использовании 2D- интерфейсов.

Область создания 3D-интерфейсов быстро развивается и уже скоро начнёт появляться на рынке информационных продуктов. Создание подобных сложных систем облегчает технология расширенного информационного моделирования, которая позволяет предварительно визуализировать интерфейс с помощью информационно-расширенной 6D-модели. Именно она хранит все данные будущей системы и всех её составляющих и даёт возможность оценить все положительные и отрицательные стороны проекта ещё до непосредственной программной реализации.

Список литературы:

1. Неолант: инжиниринг, IT, инновации [Электронный ресурс]: Интерфейс систем информационной поддержки строительства и эксплуатации сложных промышленных объектов. URL: http://www.neolant.ru/press-center/aboutus/index.php?ELEMENT_ID=2206#sidl_2 (дата обращения: 28.03.2016).
2. Патенты Google [Электронный ресурс]: Патент US 7921376 B2. URL: http://www.google.com/patents/US7921376 (дата обращения: 28.03.2016).
3. Hi-News.ru – новости высоких технологий [Электронный ресурс]: Управление 3D моделью ракеты с помощью рук и печать деталей на 3D принтере. URL: http://hi-news.ru/technology/elon-mask-sderzhal-obeshhanie-i-pokazal-kompyuter-zheleznogo-cheloveka.html (дата обращения: 28.03.2016).
4. Make-3D [Электронный ресурс]: 3D принтер по металлу. URL: http://make-3d.ru/articles/3d-printer-po-metallu-kak-eto-vozmozhno/ (дата обращения: 28.03.2016).
5. The Verge [Электронный ресурс]: SpaceTop 3D interface lets you reach inside your computer screen.URL: http://www.theverge.com/2013/2/26/4031220/jinha-lee-spacetop-3d-desktop-lets-you-reach-inside-computers (дата обращения: 28.03.2016).
6. Window Tips [Электронный ресурс]: Microsoft патентует 3D-интерфейс. URL: http://windowstips.ru/notes/18825 (дата обращения: 28.03.2016).