Приближая эру цифровых технологий

Бурно развивающийся цифровой мир немыслим сегодня без насыщения новыми идеями и людьми, способными не только их выдвигать, но и успешно претворять в жизнь. Именно такими специалистами ежегодно пополняет эту область Томский университет систем управления и радиоэлектроники. Проекты, которыми занимаются ученые кафедры компьютерных систем в управлении и проектировании (КСУП) и обучаемые ими студенты, более чем разносторонние. Конечно, ТУСУР, сорок пять лет назад созданный как вуз, имеющий отношение к оборонной промышленности, и сейчас выполняет заказы для ВПК. Но, к счастью, и обычная наша повседневная жизнь уже немыслима без плодов деятельности проектировщиков разнообразных технических систем.

Мал золотник, да дорог

Кто, например, может сегодня представить себя без мобильного телефона? Его модели и функции совершенствуются такими темпами, за которыми не поспевают даже самые заядлые последователи моды. Внешний дизайн сотовых трубок постоянно тяготеет к максимальной плоскости. Для непосвященных загадкой остается вопрос: как в такое тонюсенькое устройство помещается вся его мудреная начинка? Аспирант кафедры КСУП Федор Шеерман рассказывает, что обычные российские усилители для подобных устройств не только объемные, но и требуют сил, времени на проектирование и настройку. Но доцент кафедры КСУП, к. т. н. Леонид Бабак разработал совершенно новый подход к программному проектированию для обеспечения СВЧ-устройств. Оригинальность предложения позволяет просто и быстро проектировать сложные устройства. Его метод даже похож на визуальную игру. Требования к усилителю сформированы в разноцветные окружности, а решение – в подобие дуги-годографа. Задача сводится к тому, чтобы «загнать» годограф в допустимые области. Управляя годографом, изменяются параметры. Раньше без таких программ проектировщику приходилось перебирать множество вариантов и решений, чтобы найти нужное. Сейчас достаточно задать требование к устройству усилителя, и программа выдает готовое решение. Сроки сократились настолько, что за неделю-две можно спроектировать готовый усилитель. Монолитная интегральная схема изготавливается в одном цикле и не требует дополнительной настройки. На основе кажущегося простым подхода сотрудники кафедры разрабатывают программу, которая позволяет делать усилители на одном кристалле, на площади размером в несколько квадратных миллиметров. Все это соответствует мировым аналогам. Совместно с московскими учеными изготовлен первый в России усилитель на основе гетероструктурных транзисторов. Это последнее достижение физики и техники. Программой заинтересовалась известная томская фирма «Микран», использующая ее для проектирования приборов радиолокации, радиорелейной связи. Налажены также отношения с Лиможским университетом, куда Томичи поставляют программное обеспечение, а французская сторона изготавливает на его основе свою продукцию. Международное сотрудничество взаимовыгодно, поскольку в России такие технологии только развиваются, а во Франции они уже выведены на коммерческий уровень. Впрочем, сотрудники ТУСУРа также пытаются самостоятельно выпустить коммерческие версии своих программных продуктов, которые, по расчетам, могут заинтересовать около 200 компаний за рубежом, занимающихся СВЧ-обеспечением.

Кому мигает девушка

Еще одним интересным направлением кафедры компьютерных систем в управлении и проектировании являются исследования и разработка программного обеспечения для создания стерео- и вариоизображений. Сегодня здесь создано ООО «Триаксес». Его директор, к. т. н. Алексей Поляков объединил увлечение фотографией и научные интересы, а также увидел явную перспективу для развития бизнеса. Ведь стереонаправление чрезвычайно популярно за рубежом. Хотя у нас пока до сих пор является неким предметом удивления. Конечно, оно далеко от того эффекта, который производили когда-то привезенные из-за границы открытки с подмигивающими японскими девушками. Но и у нас сегодня все больше появляется презентационных календариков с переливающимися картинками. Более того, в Томске даже вышел первый номер нового журнала, обложка которого сделана со стереоскопическим эффектом. И все-таки далеко не каждый, даже очень продвинутый компьютерный пользователь знает, что в ТУСУРе созданы программы 3DmasterKit, позволяющие любому желающему самостоятельно создавать открытку, визитку или плакат, имеющие объемное изображение. В целом, эта система достаточно доступна в пользовании. Имея цветной струйный принтер, ламинатор, компьютер и комплекс программного обеспечения, можно самостоятельно изготовить буквально все, на что способна фантазия. Например, порадовать важную VIP-персону, как это сделала одна красноярская фотохудожница, которая перед открытием своей выставки выудила из Интернета черно-белое фото замгубернатора, расцветила его и сделала объемным. Врученный подарок произвел должное впечатление, ведь знакомая до боли фотография оказалась такой необычной!

- Для изготовления подобных картинок из одного исходного изображения программа использует метод генерации ракурсов с помощью «карты глубины», - поясняет ведущий программист отдела производства программного обеспечения ООО «Триаксес» Сергей Дорофеев. – Карта глубины – это специальное монохромное изображение, по размеру совпадающее с исходным кадром. В ней градациями серого обозначается удаленность объектов изображения от наблюдателя.

Программное обеспечение позволяет делать математически точные расчеты, потому что для разработки привлекаются специалисты-математики. Кроме того, здесь же производится специальное оборудование для съемки, которую для быстроты лучше вести с двух фотоаппаратов. Изготавливать объемные картинки можно, отсняв реальный предмет, например, здание в ночном и дневном ракурсе или гамбургер для рекламного проспекта. Но существует также возможность искусственного создания объемного изображения. А при помощи программы с эффектом морфинга вполне реально создать шутливую картинку с вырастающими на глазах волосами или ушами.

В связи с развитием цифровых технологий во всем мире наблюдается новый виток интереса к стереоизображениям. Только за последний год более 150 фотосалонов и полиграфических предприятий в России, Польше, Чехии и странах бывшего СССР стали использовать эти программы для создания стереопродукции. Кроме того, сформировалось своеобразное сообщество любителей и профессионалов в области стереоскопической фотографии. Люди со всей России не только обмениваются опытом в удаленном доступе. Дважды в год в Новосибирске проводятся конференции пользователей программы 3DmasterKit, на которых происходит общение, выступления специалистов, сообщения о новых разработках, выставки работ и обмен опытом.

Так что тема, которой занимаются сотрудники КСУП, весьма актуальна. А сейчас, благодаря средствам, которые получил ТУСУР по инновационной программе «Образование», будет закуплено специальное оборудование для развития еще более увлекательного направления: стереоскопического поляризационного телевидения. Будут сотрудники кафедры пробовать свои научные силы и в создании так называемых 3D-комнат, позволяющих наблюдать объект в трехмерном пространстве.

Время дорого

В создании этих и других интересных и полезных программ обязательно участвуют студенты.

- Кафедра компьютерных систем в управлении и проектировании имеет две специальности: системы автоматизированного проектирования и управление и информатика в технических системах, - рассказывает заведующий КСУП, д. т. н. Юрий Шурыгин. – Наши классы оснащены лабораторными макетами, которые полностью отражают технологический процесс в управлении движением на перекрестках при помощи светофоров, в управлении освещенностью улиц нашего города, в управлении отоплением в частных домах в оптимально возможном температурном режиме. А для нефтяников и газовщиков пишутся программы, которые контролируют технологический процесс нефтепередачи и газифицирования.

В создании таких макетов приняли участие выпускники кафедры. В целом, тут выстроен закон взаимопередачи и обмена знаниями. Вчерашние студенты и студенты старших курсов дают новой поросли программистов консультации, пытаются помочь избежать тех ошибок, которые сами когда-то допустили при проектировании.

- Образовательный процесс существенно стимулирован групповым проектным обучением, - отмечает доцент, к. т. н. Владислав Коцубинский. – Нынешнее дипломирование показало, что благодаря этому методу кривая результатов научных разработок в области проектирования может существенно пойти вверх. Всего за полгода студент спроектировал и сдал в эксплуатацию крупную программную систему, которая занимается датчиками для контроля над перекачкой нефтепродуктов. Срок сократился до минимума, потому что к работе он подключил студентов третьего-четвертого курсов. Третьекурсники занимались адаптацией операционной системы к функциональным возможностям. Четвертый курс писал программы. А дипломнику фактически оставалось систематизировать полученные данные, отладить полученную систему и запустить. В групповом проектировании есть подпитка сверху и снизу. С одной стороны, студентов окрыляют идеи преподавателей, с другой, студенты младших курсов выдают для старших товарищей интересные, свежие и порой неожиданные предложения.

Несмотря на то что российская наука за упущенные постперестроечные годы несколько приотстала от мирового уровня, но все же эра цифровых технологий пока еще пребывает в младенческом возрасте. Уже очевидно, что изменения, которые она вносит в общую картину мира, сравнимы с революционными переворотами. Врата современных технологий, воздействующих на политические системы, коммерциализацию, психологию, индустрию развлечений, открывает удивительно широкие перспективы для молодых людей. Они это прекрасно чувствуют и жаждут поймать «свое» время. А ТУСУР дает им для этого в руки прекрасный инструмент.