Ученые северского филиала МИФИ разработали программно-аппаратный комплекс виртуальной реальности для «Хиагды». С его помощью сотрудники предприятия смогут спускаться под землю, исследовать урановое месторождение изнутри и контролировать ход добычи руды, не выходя из кабинета. Это первый подобный продукт для уранодобывающей области. В ближайшее время геологи и геотехнологи начнут тестировать его на Источном месторождении Хиагдинского рудного поля.
Разработка северских ученых для «Хиагды» напоминает арсенал геймера: компьютер, шлем и контроллеры для рук. Только вместо стратегий и стрелялок — эксклюзивная начинка. Система — это двойник реального месторождения, построенный на фактических геологических и геофизических данных. Задача программного комплекса — помочь добывающим предприятиям эффективнее проектировать и отрабатывать эксплуатационные блоки. Опытный образец комплекса уже готов, скоро его отправят в Бурятию.
«За какие-то две секунды я переместилась в недра земли, я была на глубине в несколько сотен метров», — говорит начальник финансово-экономического управления СТИ НИЯУ МИФИ Анна Суздальцева. По долгу службы она вникает во многие научные разработки института, впечатлений от виртуального программного комплекса ей хватило на несколько дней. «Смотришь под ноги — там глина или гранит. Взглянешь вверх — там кварц, песчаник, базальтовые породы. Картинка все время меняется, и всюду скважины, фильтры, снова скважины. Ошеломляющее ощущение. Мне казалось, что я попала в другой мир. Что-то похожее я испытывала в Московском планетарии, во время виртуального путешествия к звездам. Но под землей, по-моему, даже круче, чем в космосе», — признается Анна Суздальцева.
Создатели комплекса говорят, что стремились к такому вау-эффекту, когда создавали свой виртуальный мир. Система должна соответствовать самым современным цифровым стандартам, убежден автор идеи и научный руководитель проекта, профессор СТИ НИЯУ МИФИ Михаил Носков.
«Разработка подходит любому предприятию, добывающему уран методом скважинного подземного выщелачивания, но у каждого месторождения должна быть своя эксклюзивная виртуальная модель. Эту, пилотную, мы сделали специально для Источного месторождения урана Хиагдинского рудного поля, — поясняет Михаил Носков. — На этой площадке в прошлом году мы запустили в промышленную эксплуатацию «Умный полигон», включающий в себя геологические и геотехнологические модели одного эксплуатационного блока месторождения, цифровой двойник добычного комплекса, систему сбора данных о работе всех технологических объектов подземного выщелачивания, умные датчики и исполнительные механизмы. Но все это было технологиями «по ту сторону экрана компьютера». А сейчас мы на основе трехмерной геолого-математической модели всего месторождения создали виртуальную реальность, теперь можем попасть внутрь продуктивного горизонта месторождения, перемещаться в нем, взаимодействовать с геологическими и технологическими объектами, решать геотехнологические задачи. Получилась хорошая альтернатива традиционно применяемым в горном деле картам, разрезам и таблицам. Это революция в области восприятия геотехнологического процесса».
Группа ученых СТИ НИЯУ МИФИ работала над проектом около года. Заказчик разработки — «Хиагда». Вуз и предприятие сотрудничают в области цифровых технологий уже более 10 лет, благодаря этому месторождения Хиагдинского рудного поля самые умные в стране. Кстати, новый продукт собран из обычных комплектующих. Компьютер, шлем виртуальной реальности и контроллеры для рук разработчики купили в магазине бытовой электроники, потратив на все 120 тыс. рублей. После началась кропотливая работа: нужно было разработать уникальное программное обеспечение, на основе геологических данных создать виртуальную модель месторождения и связать все в одно целое с гаджетами и компьютером. За основу брали собственные наработки, но многое приходилось создавать с нуля, ведь в уранодобывающей промышленности виртуальную реальность еще никто не использовал, утверждают разработчики.
«У всех предприятий, добывающих уран методом подземного выщелачивания, общая проблема: информация есть только по отдельным скважинам, находящимся на расстоянии нескольких десятков метров друг от друга, а что между ними — никому не известно, — рассказывает Михаил Носков. — Система виртуальной реальности нужна для совместного анализа геологической, гидрогеологической и геотехнологической информации о морфологии рудных тел, фильтрационном строении продуктивного горизонта, интервалах посадки фильтров технологических скважин. Результаты анализа будут использоваться для проектирования и оптимизации отработки эксплуатационных блоков. Особенно эффективно это может работать при освоении месторождений, отличающихся сложным геологическим строением, резкой изменчивостью мощности залежей или невыдержанным размещением содержания полезных компонентов».
Строение проницаемых пластов и расположение рудных тел геологи и геотехнологи теперь смогут видеть в трехмерном изображении. Кроме того, смогут интерактивно взаимодействовать с виртуальной реальностью: изменять ракурс, перемещаться внутри трехмерного пространства, выделять любые объекты, получать контекстную информацию. Все эти функции разрабатывали молодые ученые вуза.
Георгий Сакирко создавал программное обеспечение для работы с месторождением в режиме «на столе», а Михаил Гуцул отвечал за блок «Путешествие в пласте». Для участия в проекте они прошли курсы повышения квалификации в области современных технологий виртуальной реальности. Так, при работе в режиме «на столе» геологическая модель месторождения располагается перед пользователем на виртуальном столе, который можно вращать и наклонять. Есть инструменты «раздвигание слоев» и «секущая плоскость», которые позволяют анализировать внутреннюю структуру месторождений. А также функции «вращение модели» и «обзор», позволяющие рассмотреть месторождение с разных сторон.
«Это можно сравнить с любой 3D-игрой в виртуальной реальности, но только это не игрушка, а очень полезная штука, — говорит Георгий Сакирко. — В виртуальной реальности руки — это контроллеры, а за жесты отвечают кнопки. Два основных жеста — захват и указывание пальцем. Если поднести к части продуктивного горизонта виртуальную руку, нажать кнопку захвата и потянуть вверх или вниз, можно менять положение слоев и пропластков продуктивного горизонта, перемещать их вверх, вниз, влево, вправо, выдергивать блоки, чтобы пространство стало прозрачным и без помех было видно, как распределяется уран. Можно даже построить подобие разреза на продуктивном горизонте. Ориентироваться, что и где, легко, пласты раскрашены цветами реальных пород и выглядят очень натурально. Есть визуальные эффекты, например, когда вы проводите рукой, блочная модель, которая показывает движение растворов, красиво колышется. Даже «чайник» с помощью нашей программы за несколько минут в общих чертах поймет, как живет месторождение, а квалифицированный специалист получит много полезных данных, не тратя лишнего времени».
В режиме «Путешествие в пласте» пользователь находится внутри модели, в проницаемых пропластках продуктивного горизонта. Он может перемещаться как ему вздумается, получать важные данные о рудном теле и скважинах. Создан графический интерфейс для настройки отображения блочных тел, контуров геологических блоков, фильтров, стволов скважин и информации об их работе.
Вдохновение от Железного человека
«Научный руководитель проекта ставил четкие задачи, но простор для воображения все же у меня был. Я вдохновлялся фантастическими фильмами про Железного человека и играми с виртуальной реальностью, впервые в жизни рубился в них не для развлечения, а для дела, — говорит Михаил Гуцул. — Механику игры я изучал на стрелялках от первого лица и на игре про лабораторию, где надо готовить разные субстанции. Технически самым сложным было наладить взаимодействие с комплектами виртуальной реальности, до этого мы программировали просто софт для персональных компьютеров, без связи с железом. Здесь же добавился шлем, нужно было учесть множество вещей — например, как работать с контроллерами, программировать их, передавать показания датчиков. Пришлось освоить даже новый язык программирования. Сначала было ощущение, что чего-то не хватает, потом добили данными по урану, по руде, по скважинам, модель обрела законченный вид и стала гораздо интереснее».
В программе есть звуковые эффекты, а также инструмент «фотоаппарат», который позволяет снимать любой фрагмент виртуального месторождения, а потом присылает снимок пользователю на память о подземной прогулке.
«Есть функция телепортации, мы предусмотрели два варианта: первый — перемещение в пределах видимости, второй — по карте месторождения, — продолжает Михаил Гуцул. — Над вторым мы просидели особенно долго. Работает это так: пользователь выбирает на карте точку, кликает — и мгновенно оказывается в ней. Не надо ни бегать, ни прыгать. На отладку этой опции ушло много сил, чтобы научиться попадать в нужную точку, нам пришлось синхронизировать карту и реальное месторождение. Думаю, что персонал «Хиагды» будет первое время залипать в виртуальности. Я даже когда целый день в ней работаю, не устаю».
Авторы программы говорят, что использовали не все технические возможности. Если бы заказчик пожелал, они могли бы пойти и дальше, добавить контроллеры для ног и тела в целом, чтобы полностью воссоздать механику движений человека, или же ввести функцию вибрации для симуляции тактильных ощущений.
«Я давно слежу за развитием сквозных технологий четвертой промышленной революции», — говорит Михаил Носков. На эту тему он подготовил ряд научных публикаций и докладов, а в 2017 году стал лауреатом конкурса «Человек года «Росатома» в номинации «На шаг впереди» за разработки в области цифровизации добычи урана.
«Все основные технические принципы революции включены в Единую цифровую стратегию «Росатома». Всего для уранодобывающих предприятий может быть интересно примерно 10 сквозных технологий индустрии 4.0. Половину из них мы уже создали и внедрили за последние годы, — отмечает Михаил Носков. — Вслед за цифровыми двойниками, математическим моделированием и большими данными по логике должна была прийти виртуальная реальность. И она пришла, и я рад, что и в этой области предприятие горнорудного дивизиона «Росатома» стало первым. На очереди искусственный интеллект, умные датчики, интернет вещей — все это перспектива недалекого будущего».