Chcesz poczuć się jak w przestrzeni międzyplanetarnej? Wystarczy, że przyjdziesz do Politechniki Gdańskiej i w Laboratorium Zanurzonej Wizualizacji Przestrzennej nałożysz specjalne okulary i… laczki.

Polska uzyskała urządzenie, umożliwiające przemieszczanie się w czasie i przestrzeni

Naukowcy z Politechniki Gdańskiej potrafią wyczarować dowolne miejsce we Wszechświecie, w przyszłości, a także w czasach minionych. Dzięki temu człowiek może sprawdzić, jak by się czuł w średniowiecznym Gdańsku, a nawet w Kosmosie. Takie warunki pracownicy nauki z PG tworzą w swym Laboratorium Zanurzonej Wizualizacji Przestrzennej (LZWP). Zanurzonej, to wcale nie znaczy, że owo laboratorium znajduje się w wodzie albo innej cieczy. Chodzi o zanurzenie w rzeczywistości wirtualnej. Odwiedzający to miejsce mogą znaleźć się więc w wymarzonej, choć nieprawdziwej sytuacji, odzwierciedlającej jednak dość realnie rzeczywistość, jaka kiedyś istniała, albo taką, która może się zdarzyć.

Laboratorium to jest wymarzonym urządzeniem do pracy, ćwiczeń, miejsc testów dla naukowców, projektantów, ale też dla służb ratowniczych, zarządzania kryzysowego, pilotów, kosmonautów. Także dla żołnierzy, gdyż sztuki kierowania bitwą, walką, prowadzenia wojen, poruszania się i działania w niebezpiecznych miejscach, też można się tam nauczyć! Słowem: laboratorium uniwersalne, o którym nauka i praktyka, w tym medycyna i gospodarka marzyć już nie muszą, bo je mają! W Politechnice Gdańskiej!

Na zdjęciu: dr inż. Jacek Lebiedź między „jaskinią wirtualną” i sferycznym symulatorem chodu. LZWP w Politechnice Gdańskiej jest jedynym w świecie, w którym do jaskini można wprowadzić sferyczny symulator chodu i tam wędrować w nieskończoność…

Jak Politechnika Gdańska zdobyła taki unikatowy obiekt? Dzięki pomocy Unii Europejskiej, a dokładniej: w efekcie pieniężnego wsparcia nauki, ze wspólnotowego budżetu.

W Kosmosie i pod wodą

Co trzeba uczynić, by w niezwykłym świecie się znaleźć? Przypomnijmy, że wystarczy w laboratorium założyć specjalne okulary i… laczki. Potem trzeba wkroczyć do pomieszczenia zwanego jaskinią. Tam wyczarowywany jest przez naukowców dowolny świat, czy to Wszechświat, czy to historyczne otoczenie, jakie istniało w przeszłości, czy też futurystyczna sceneria, w jaką może w przyszłości przekształcić się jakieś znane nam miejsce.

Po wejściu do jaskini, drzwi się zamykają. Widzowie zostają zanurzeni w wirtualnej przestrzeni. Pojawiają się w nim na przykład wirtualne filary, które da się obejść, bez mała dotknąć. Można też wyjrzeć przez wirtualne okno na wirtualną przestrzeń. Nic więc dziwnego, że w tej jaskini może być urządzona wirtualna przestrzeń międzyplanetarna, a przebywający w niej ludzie mogą znaleźć się w Kosmosie, patrzeć na Ziemię i Księżyc, za plecami mając Jowisza, Saturna z pierścieniami, a obok – Słońce. Można zwizualizować sobie dowolnie wymyśloną przestrzeń.

Jak długo przygotowuje się taką przestrzeń – zależy od oczekiwań osób zainteresowanych.

Na zdjęciu: dr inż Jacek Lebiedź przed „jaskinią” wirtualną. Do tej jaskini wchodzi się w laczkach na stopach, na oczach mając specjalne okulary.

Laboratorium Zanurzonej Wizualizacji Przestrzennej składa się z dwóch zasadniczych elementów, umożliwiających „podróżowanie” do najróżniejszych miejsc i epok. Pierwsza taka składowa część wspomnianego laboratorium to jaskinia wirtualna – dowiadujemy się od dr. inż. Jacka Lebiedzia, kierownika wspomnianego laboratorium, adiunkta w Katedrze Inteligentnych Systemów Interaktywnych Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej. Drugą częścią jest sferyczny symulator chodu.

Jaskinia to pomieszczenie zbudowane z ekranów projekcyjnych zamiast ścian, na których wyświetlane są obrazy otaczające widza ze wszystkich stron, w tym przypadku również z góry i z dołu. Dlatego uczestnik spektaklu, seansu, czuje się jakby był zanurzony w wyświetlanym świecie. Nie w wodzie, ale w przestrzeni: międzygwiezdnej, w pomieszczeniu albo w części miasta. Oczywiście może to być również przestrzeń wodna, wyobrażona oczywiście, nierzeczywista, ale wywołująca odczucia jak najbardziej realne. Co prawda, nie uczucia wilgoci, chłodu, ale zapewne i takie wrażenia też są tutaj możliwe do wytworzenia.

Po co potrzebne jest nam takie wizualne środowisko? Do tego na przykład, by stworzyć wirtualny statek, nie idealny, ale z uszkodzeniami, by fachowiec mógł je ocenić, tak jak zrobiłby to w rzeczywistości. Właściwie przyszły fachowiec, bo rozwiązanie to miałoby służyć szkoleniu i egzaminowaniu tego typu inspektorów. Tutaj – bez potrzeby budowania poligonu w postaci podniszczonych kadłubów. Wystarczy stworzyć obraz trójwymiarowy kadłuba statku, by najpierw ćwiczyć na wirtualnych, uszkodzonych kadłubach, unikając wchodzenia do prawdziwej konstrukcji okrętowej. Kadłuby można w LZWP wirtualnie uszkadzać na różne sposoby. Mimo ograniczonych rozmiarów jaskini, inspektor okrętowy może nawet chodzić w takim dowolnej wielkości kadłubie, korzystając ze sferycznego symulatora chodu.

Na Targu Węglowym

Laboratorium Zanurzonej Wizualizacji Przestrzennej to wcale nie zabawka, choć może być niezwykłym miejscem rozrywki, ale też naukowej „uczty”. LZWP ma służyć nauce, gospodarce, ulepszaniu naszego życia. Pozwala wędrować po terenach nieznanych, wyimaginowanych, stworzonych przez ludzi, poruszać się po obszarach zaprojektowanych, zaprogramowanych. W taką wędrówkę w Kosmosie, czy po ulicach miasta istniejącego lub projektowanego można wyruszyć, posługując się specjalną „różdżką”, joystickiem – urządzeniem elektronicznym. Można też skorzystać z drugiego ważnego elementu LZWP: sferycznego symulatora chodu.

Sferyczny symulator, to jak nazwa wskazuje, jest sferą. Naukowiec, inspektor, architekt, żołnierz, wszedłszy do tego sferycznego symulatora chodu, stawiając kroki wewnątrz owej kuli, podobnie jak chomik w kołowrotku, napędza sferę nogami i ma wrażenie poruszania się w wirtualnej przestrzeni dzięki zmieniającym się zgodnie ze swymi krokami obrazom wyświetlanym na ścianach jaskini, które widzi przez przezroczyste ściany sfery.

Użycie sferycznego symulatora chodu ma już praktyczne zastosowanie, do badania propozycji zagospodarowania Targu Węglowego w Gdańsku. Wizja przestrzenna koncepcji zagospodarowania architektonicznego Targu Węglowego została stworzona na podstawie prac konkursowych, wykonanych przez studentów architektury Politechniki Gdańskiej. Teraz, za pomocą wspomnianej różdżki czy sferycznego symulatora chodu, można poruszać się po placu – Targu Węglowym – poznając pomysły studentów. Można też „wejść” do zaproponowanych budynków, zobaczyć, jak będzie wyglądało ich wnętrze, gdy zostaną wzniesione. Pozwala to na weryfikację i korektę projektowanych rozwiązań przed rozpoczęciem prac budowlanych.

Wychodzimy więc na Targ Węglowy – według wizualizacji tej przestrzeni, przygotowanej przez studentów na konkurs. Widzimy Bramę Wyżynną, Katownię, Wieżę Więzienną, Dwór Bractwa Świętego Jerzego, Basztę Słomianą, Zbrojownię, Teatr Wybrzeże – i zabudowania pierzei południowej Targu Węglowego – zaproponowane w pracach konkursowych studentów. Wkraczamy do wnętrz tych, jeszcze nieistniejących, obiektów. LZWP to zatem wspaniałe narzędzie dla projektantów, architektów, planistów, konstruktorów. LZWP może służyć planowaniu przestrzennemu, wirtualnemu prototypowaniu. Możemy w nim zobaczyć, jak projektowany obiekt będzie wyglądał z zewnątrz, jak w środku. Co ważniejsze, możemy, zwiedzając wirtualny obiekt, ocenić jego walory estetyczne oraz funkcjonalne i wymusić skorygowanie ich jeszcze przed rozpoczęciem budowy, a w przypadku skrajnym nawet doprowadzić do zaniechania inwestycji.

Na polu walki

A co dla wojska? Oczywiście, można zaprojektować czołg, helikopter, samolot i ten model w jaskini przetestować: odtworzyć kokpit, by pilot mógł do tego wirtualnego pomieszczenia – miejsca swej pracy – wejść, sprawdzić, czy ma w zasięgu ręki elementy sterowania, a wskaźniki – w zasięgu wzroku. Sam projektant może też już podczas procesu projektowania wspomagać się jaskinią.

W LZWP można stworzyć model katastrofy, pożaru w którymś z budynków, by potem przeprowadzać treningi strażaków, ratowników, sprawdzając, jakie będą mieli możliwości działania w warunkach zagrożenia, jak się będą zachowywać; co mogą zrobić i jak powinni działać reprezentanci służb zarządzania kryzysowego. LZWP może służyć do planowania zachowań kryzysowych, zjawisk, których przebieg niełatwo przewidzieć; można tutaj testować i opracowywać scenariusze działań ratowniczych.

Urządzenia takiego typu jak LZWP mogą służyć do wirtualnego trenowania specjalistów, do egzaminowania inspektorów budowlanych, okrętowych, sprawdzania, czy dobrze, prawidłowo rozpoznają uszkodzenia.

Oto przykład: prace w centrum Gdańska, przy Bazylice Mariackiej. Przy odpowiedniej symulacji starzenia się tego cennego zabytku, będziemy mogli w LZWP zobaczyć, kiedy zaczną z niego wypadać dachówki, jak będą się zsuwać z dachu, skąd wypadną i na co zlecą. Możliwe będzie przeprowadzenie odpowiednich obliczeń, sprawdzenie, co się stanie gdy wzmocnimy klamrami stalowymi filary Bazyliki, gdy połączymy je metalowymi prętami. Dzięki wizualizacji tych zjawisk łatwiejsze będzie zrozumienie zachodzących procesów i metod im przeciwdziałania. I nie chodzi tylko o konserwatorów zabytków. LZWP to doskonałe narzędzie dla decydentów, pomagające im w zarządzaniu, w podejmowaniu decyzji.

Światowy unikat

Czy LZWP w Politechnice Gdańskiej jest jedynym takim urządzeniem na świecie, w Polsce? – pytamy. Dr inż. Jacek Lebiedź tłumaczy. Jest kilka podobnych laboratoriów w kraju. To w Gdańsku jest jednak jedynym w Polsce, które otacza uczestnika symulacji sceną wirtualną ze wszystkich stron. Innym jaskiniom brakuje najczęściej sufitu i jednej ze ścian – w tych miejscach nie widać więc świata wirtualnego, zanurzenie nie jest zatem kompletne. Jest ponadto jedynym w świecie, w którym do jaskini można wprowadzić sferyczny symulator chodu – umożliwiający poruszanie się bez ograniczeń przez wirtualną scenę prezentowaną w jaskini. Przy posługiwaniu się różdżką – joystickiem przemieszczanie się nie jest naturalne – wydaje się nam, że lecimy nad światem, można też chodzić w jaskini za pomocą nóg, ale tylko od ściany do ściany. Symulator chodu to umieszczona na specjalnym wózku kula „spacerowa”, która – po wprowadzeniu jej na tym wózku do jaskini – umożliwia wędrówkę w nieskończoność, bez manipulowania ręcznie jakimś urządzeniem. To jest właśnie unikat w LZWP Politechniki Gdańskiej. Jedyne w świecie umożliwienie wędrówki własnymi krokami w wyobrażonej, symulowanej zaprogramowanej przestrzeni.

Na zdjęciu: w tym budynku mieści się Laboratorium Zanurzonej Wizualizacji Przestrzennej. Laboratorium połączone jest ze starym budynkiem Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej.

Laboratorium Zanurzonej Wizualizacji Przestrzennej (LZWP) to jeden z naukowych obiektów, jakie powstały dzięki realizacji przez PG unijnego projektu pt. „ Nowoczesne Audytoria Politechniki Gdańskiej”. W ramach tego projektu na pięciu wydziałach uczelni zmodernizowano siedem audytoriów i dziewięć sal wykładowych.

Nowoczesne audytoria kosztowały nieco ponad 35 mln zł (100 % kosztów kwalifikowanych projektu pochodziło z Unii Europejskiej). Realizacja zaczęła się w październiku 2008 roku. Pieniądze pochodzą ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. Przydzielone zostały gdańskiej uczelni w ramach Programu Infrastruktura i Środowisko na lata 2007 – 2013 (Priorytet XIII Infrastruktura Szkolnictwa Wyższego).

Kazimierz Netka

Czytaj też w „Dzienniku Bałtyckim” – Trójmiasto, z 20 lutego 2015 r.