Третьего июля исполняется ровно 20 лет фильму «Терминатор 2». Запомнился он не только качественной режиссурой и щедрой улыбкой Арни, но и прорывными для того времени спецэффектами. Компьютерная графика, которую создавали в первой, еще не до конца «допиленной» версии Adobe Photoshop, смотрится неплохо и сегодня. Технологии с той поры серьезно изменились, а вот улучшились ли сами фильмы – большой вопрос. Сейчас индустрия развлечений активно развивает технологии трехмерного изображения: в «три-дэ» снимают фильмы, и их теперь можно смотреть даже на экране ноутбука. Индустрия развлечений неплохо продвигает перспективные разработки в массы. А насколько эффективно их можно использовать в несколько более серьезных задачах?О таких задачах и поговорим. Картинка справа – не рендер, и не кадр из компьютерной игрушки. Это результат серьезной работы по моделированию реальных условий окружающей среды, с учетом всех мельчайших деталей – от погоды на заданной широте и вплоть до характеристик морской воды. Исследователь Антарктиды Жорж Мужен совместно со специалистами Dassault Systemes попытались ответить на достаточно сложный вопрос: можно ли «перетащить» айсберг туда, где испытывается острая нехватка питьевой воды? О том, как пытались решить эту задачу с помощью решений CATIA и SIMULIA, я и хочу рассказать.
По данным ООН, доступ к чистой питьевой воде имеют только 42% жителей Земли. Даже в Европе недостаток воды испытывают до 20% населения. При этом вода является таким же невозобновляемым ресурсом, как нефть или уголь, причем альтернативных способов добычи воды просто не существует. Существующие проекты опреснения морской воды критикуют за достаточно серьезный урон окружающей среде. При этом огромный объем пресной воды (68,7% мировых запасов) находится буквально в замороженном виде. Часть ледяного покрова в виде айсбергов постоянно растворяется в соленой морской воде, и именно ее можно было бы использовать.
Как? Очевидный ответ – перетащить айсберг туда, где нехватка воды ощущается особенно остро. Легко сказать, но такие эксперименты никто не ставил, слишком уж дорого обойдется предварительная подготовка. Жорж Мужен в 1975 году основал компанию Iceberg Transport International. Несмотря на солидную финансовую поддержку выходца из королевской семьи Саудовской Аравии принца Мохаммеда Аль-Файсала, реализовать дерзкий план не удалось. В 2009-м Мужен знакомится с представителем Dassault Systemes, который предложил использовать технологии и опыт специалистов компании для опытной транспортировки айсберга в виртуальной реальности.
Чтобы хоть немного ограничить количество исходных данных, было решено взять айсберг определенного объема и формы. В качестве примера был использован реальный столообразный айсберг, дрейфовавший возле берегов острова Нью-Фаундленд, примерно тут. Параметры айсберга следующие: размеры 163x236x189 метров, вес 7 миллионов тонн. Этого достаточно, чтобы обеспечить водой 35 000 человек в течение года. Айсберг такой формы довольно устойчивый, соответственно есть меньше шансов на то, что он расколется ближе к концу пути. В качестве конечной точки выбрали Канарские Острова (Google Maps), где с питьевой водой большие проблемы: там активно собирают дождевую воду, опресняют морскую и выкачивают последние запасы из-под земли.
А дальше, собственно, и началось самое интересное. После того, как с формой и размерами айсберга определились, в задаче остался примерно миллион факторов, так или иначе влияющих на развитие событий. Как быстро ледник тает? С какой скоростью его можно тащить? Одним буксиром или десятью? А если будет шторм? При каких условиях он может развалиться? И как его, в конце концов, закреплять при отсутствии каких-либо буксировочных проушин?
Начнем с метода буксировки. Он был предложен Жоржем Муженом и заключается вот в чем:
Сначала при помощи буксиров айсберг окружают плавучим ограждением.
Вот так этот «забор» выглядит под водой. «Мешки» в нижней части конструкции – это на самом деле еще один элемент ограждения, который пока находится в свернутом виде.
Длина этой «юбки» позволяет целиком закрыть подводную часть айсберга.
Заводится еще одно ограждение, на сей раз в виде легкой, но прочной сетки.
И именно эта сеть цепляется к буксировочному тросу. После нескольких экспериментов было выяснено, что эффективнее всего использовать единственный (правда очень мощный) буксир, а для экономии топлива максимально задействовать силу морских течений. Правда для этого параметры течений, температуру воды и прочее также пришлось добавить в «уравнение». Кстати, все эти параметры рассчитывались в CAD-системе CATIA, точно такой же, как в наших предыдущих статьях.
Теперь, я думаю, понятно, почему Dassault Systemes с интересом берется за подобные проекты. Это вопрос не только рекламы или ответственности за состояние окружающей среды. Такие сложные задачи заставляют использовать максимум возможностей систем 3D-проектирования и визуализации. Ну и, кроме того, это просто интересно :)
То, что вы видите на скриншотах выше – это кадры визуализации из SIMULIA. А вот так система ограждения выглядит в CATIA.
Необходимо также смоделировать все природные условия. Погоду – например, ясную, с все более активным по мере приближения к экватору солнцем…
Или сильный шторм, проверяющий на прочность всю систему транспортировки.
Запрограммировать изменения климата по мере перемещения на Юг.
Возможно, даже использовать силу ветра для экономии топлива (или времени – айсберг же тает).
Предполагается, что на буксире будет установлен радар, который позволит вовремя сманеврировать и обойти препятствие. Например — другой айсберг. Кстати, конструкция ограждения защищает айсберг и от загрязнения: если буксиру доведется пройти через нефтяное пятно, пострадает только защитный купол.
Ну, и так далее :)
Это по-настоящему сложная и интересная работа, но она – только часть всего проекта. Для Жоржа Мужена, автора идеи и потенциального исполнителя, а также для возможных инвесторов проекта важны конечные цифры. Сколько дней займет транспортировка? Сколько топлива потребуется? Какое время года лучше всего подходит? И, что самое главное, какую часть айсберга удастся довести до конечной точки. В результате инженеры Dassault Systemes усовершенствовали компьютерную модель айсберга до уровня «капитанского мостика». Достаточно ввести начальные и конечные координаты, и система автоматически считает все необходимые параметры.
При этом в любой момент транспортировки можно получить вот такую трехмерную проекцию айсберга, с указанием температур.
В этом ролике показан пример работы программы SIMULIA: результаты сложных расчетов демонстрируются в «натуральных условиях»
В главном офисе Dassault Systemes есть специальная 3D-комната, где результат работы множества людей можно, что называется, «пощупать». Здесь обеспечивается не только реалистичное изображение с помощью 3D-проектора и специальных очков. Картинкой можно управлять, «перемещаясь» в виртуальном пространстве.
Вернемся к вопросу, заданному в самом начале статьи. Можно ли использовать 3D-технологии не в развлекательных целях, а в серьезных задачах? Dassault Systemes предлагает свой вариант ответа.
С одной стороны такая визуализация может показаться излишней. С другой – реалистичное представление виртуального мира помогает в решении как минимум двух серьезных проблем. Первая, и довольно очевидная: презентация точно спроектированного проекта в таком виде, как будто путешествие с айсбергом уже состоялась – это наиболее реальный способ получить финансирование. Вторая проблема тоже лежит на поверхности. Можно с максимальной точностью рассчитать тысячи параметров, создать наиболее реалистичную теорию, но она никогда не сравнится с реальным опытом специалиста. Жорж Мужен – как раз такой человек, он всю жизнь организовывал экспедиции в Антарктиду, и его опыт может серьезно помочь проекту. Можно показать ему километры цифр, но в некоторых случаях полезнее посмотреть, как это бывает на самом деле: с реальными волнами, реальным буксиром и настоящим айсбергом. Или с максимально приближенным к реальности.
Ранее Dassault Systemes уже участвовала в подобном проекте: помогала доказать теорию строительства пирамиды Хеопса с помощью построения точной 3D-модели. В том случае не было гарантии, что теория подтвердится, равно как и в проекте Iceberg никто не обещает воплощения идеи в реальность. Можно только с уверенностью говорить о том, что реальные цифры, полученные в ходе трехмерного моделирования задачи, повысят вероятность такого воплощения. Если коротко, то результаты работы следующие:
• Транспортировка айсберга весом 7 миллионов тонн на Канарские острова займет 141 день
• За это время айсберг потеряет 38% от изначального веса.
• Оптимальная скорость буксировки – 1,8 км/ч. Вопрос достижения оптимального расхода топлива при буксировке на малых скоростях пока остается открытым. Возможно использовать большее количество буксиров, но изначально было решено посчитать вариант с минимальным расходом топлива.
Проект пока не закончен, Жорж Мужен, его команда и специалисты Dassault Systemes продолжают исследования. У Мужена есть и планы по дальнейшему использованию айсберга «на месте». Огромную массу замороженной воды можно задействовать и для систем кондиционирования, и даже для добычи электроэнергии. В ближайшее время будет выпущен и фильм о проекте Iceberg. Трейлер фильма можно посмотреть здесь. А почитать подробнее о проекте можно в специальном разделе сайта Dassault Systemes. На этой странице сайта вы можете скачать изображения, использованные в статье, в высоком разрешении.
