O software de jogos que conduz o desenvolvimento de veículos

.

Os motores de jogos dão vida aos jogos de computador - e também ajudam a desenvolver novas funções de direção, como o treinamento de sistemas de assistência ao motorista com dados de sensores sintéticos. A Porsche Engineering relata o papel que desempenham no desenvolvimento de veículos.

Quando Tobias Watzl chega em casa do trabalho, ele ocasionalmente se senta em frente ao Playstation para relaxar. No entanto, o jogador de 28 anos vê os jogos de forma diferente para a maioria dos jogadores. “Às vezes me pergunto, por exemplo, como os desenvolvedores conseguiram um certo reflexo ou textura - em vez de derrotar meus inimigos”, diz ele rindo. Há um motivo para ele olhar tão de perto: como parte da equipe de Engenharia da Porsche, ele cria mundos virtuais todos os dias, usando um computador para recriar partes de rodovias para treinar sistemas de assistência ao motorista, por exemplo.

Não é por acaso que a estrada digital se parece com um jogo de computador. Isso porque Watzl usa o software Unreal em seu trabalho - um motor de jogo que gera as imagens do famoso jogo de computador Fortnite, entre outros. O que de outra forma traz batalhas virtuais para a tela é uma ferramenta diária na Porsche Engineering: os motores de jogo ensinam sistemas de assistência ou ajudam os designers a visualizar os componentes. Graças à tecnologia de jogos, os clientes logo poderão sentar-se virtualmente no veículo que acabaram de encomendar, muito antes de ele deixar a linha de montagem.

“Os motores de jogos fornecem a tecnologia para criar o ambiente necessário para simular os sistemas de assistência ao motorista como um recurso padrão”, explica Frank Sayer, gerente sênior de desenvolvimento de veículos virtuais da Porsche Engineering. O pano de fundo: os algoritmos dos Sistemas Avançados de Assistência ao Motorista (ADAS) precisam de muito treinamento e validação. Por exemplo, eles têm que aprender como detectar uma situação de tráfego na velocidade da luz usando vários sensores e reagir apropriadamente ao longo de vários quilômetros de teste. Isso exigiria muitos test drives reais - e de forma alguma ocorreria todos os eventos necessários para o treinamento.

Cada eventualidade pode ser jogada fora
É por isso que a Porsche Engineering está movendo o treinamento para o mundo virtual: os motores de jogo simulam as unidades com as quais o algoritmo pratica. Cada cenário e cada eventualidade podem ser representados desta forma - mesmo aqueles que não podem ser ensaiados na vida real por razões de segurança: o carro da frente freia inesperadamente; um animal corre para a estrada; o sol cega as câmeras de bordo. A operação mista também é concebível: um veículo real reage a objetos virtuais.

Algumas das pistas de teste virtuais têm modelos reais, por exemplo, a autobahn A8 perto do Aeroporto de Stuttgart. “Nossos colegas conhecem cada saída e cada sinal - embora nunca tenham estado lá antes”, sorri Ionut Tripon da Porsche Engineering Romania em Cluj. Ele faz parte da equipe que constrói as pistas de teste digital e é um dos novos tipos de desenvolvedores que estão entrando na indústria automotiva: desenvolvedores de software com experiência em jogos e conhecimento da indústria automotiva estão moldando o futuro da mobilidade tanto quanto a IA especialistas e engenheiros mecânicos. “Aqui, a paixão por videogames e seu desenvolvimento é combinada com habilidades convencionais - isso é altamente motivador, empolgante e de relevância imediata para nossos projetos”, disse Tudor Ziman, que chefia o desenvolvimento de funções em Cluj.

Os drives simulados com a ajuda de motores de jogo têm a vantagem de poderem ser repetidos quantas vezes forem necessárias e controlados nos mínimos detalhes. Eles também levam menos tempo do que os reais. “O que leva horas na realidade pode ser reduzido a segundos”, diz Tripon. O único fator limitante aqui é o poder de computação do hardware usado.

Taycan, Virtual Highway, 2021, Porsche AG
Rodovia virtual: assim é a autobahn A8 perto do aeroporto de Stuttgart - em uma simulação criada na Porsche Engineering em Cluj.
Mas mesmo esse limite está diminuindo. A Porsche Engineering começou a mover o desenvolvimento virtual para a nuvem: as simulações de direção são terceirizadas para o data center de provedores de serviços como Amazon Web Services, onde são executadas em paralelo em dezenas de máquinas. Quando milhares de carros simulados (chamados de instâncias) dão suas voltas, o tempo de desenvolvimento é drasticamente reduzido.

Testes virtuais em vez de protótipos reais
Os motores de jogo são usados ??no design para tornar visível o que ainda não existe. Exemplo atual: durante o desenvolvimento do Cayenne Coupé, considerou-se a redução da faixa de frita preta no teto de vidro. Esta área na borda do vidro evita que o rastro da persiana seja visível por baixo. Mas qual deve ser a largura da banda de frita? Até agora, a soldagem e a serragem têm sido usadas nesses casos: prepara-se um veículo e experimenta-se vários tetos de vidro com diferentes larguras de frita.

O teste virtual, por outro lado, para o qual a Porsche Engineering usou a Visual Engineering Tool (VET) desenvolvida internamente e com base no motor de jogo Unity, foi muito mais rápido e econômico. Usando os dados CAD originais, os engenheiros praticamente reconstruíram o veículo, incluindo o teto de vidro. Depois de algumas horas, eles puderam ver o modelo de todos os lados usando óculos de realidade virtual (VR). O resultado foi que a borda preta foi dimensionada corretamente. “Para fazer uma modificação na vida real, precisaríamos de muito mais tempo e dinheiro”, diz o engenheiro Watzl.

As imagens geradas pelos motores de jogo são tão boas hoje em dia que até os profissionais têm que olhar de perto para ver a diferença em relação à realidade. Isso também irá melhorar ainda mais a experiência de compra do cliente no futuro: a Porsche está atualmente em fase de teste para um configurador de carro de realidade virtual, que será implementado nos Centros Porsche. Este sistema consiste em um PC de jogos com óculos VR conectados e apresenta ao cliente no local uma simulação tridimensional de seu futuro veículo. Para fazer isso, eles precisam apenas juntar rapidamente o modelo desejado com o consultor - cor da tinta, aros, equipamento. O Car Configurator usa o Unreal para calcular uma imagem, que é inicialmente apresentada em uma tela de 65 polegadas com resolução 4K. “A aparência é muito melhor do que com configuradores na internet - quase fotorrealista,

Tobias Watzl, Frank Sayer, 2021, Porsche AG
Criadores de mundos virtuais: Tobias Watzl (à esquerda) e Frank Sayer usam motores de jogo para teste e visualização.
Os clientes também podem colocar óculos de realidade virtual e inspecionar o carro dos seus sonhos em três dimensões. O mecanismo de jogo então calcula uma imagem em perspectiva diferente para o olho esquerdo e direito 60 vezes por segundo, dando ao cliente a impressão de que o veículo está parado diretamente na frente deles. Eles podem dar a volta nele, olhar os aros de perto, sentar-se virtualmente em um assento e inspecionar o interior até as costuras dos assentos de couro. É até possível olhar para o porta-luvas. Se desejar, o cenário pode ser mudado do dia para a noite para que os faróis possam ser vistos.

O motor de jogo usa dados de design originais como matéria-prima. No entanto, os dados devem ser adaptados. “Fazemos muitas melhorias específicas em tempo real”, explica Lukas Kays, da Mackevision, especialista em imagens geradas por computador (CGI) em Stuttgart. A empresa cria efeitos especiais fotorrealísticos para cinema e televisão - inclusive para a série Game of Thrones - e desenvolveu o configurador de carro junto com a Porsche. O fato de que os arquivos CAD não podem ser usados ??simplesmente para o veículo virtual se deve ao seu nível de detalhe. Um engenheiro de projeto descreve cada peça até o último detalhe com sua geometria.

Calcular uma imagem a partir disso 60 vezes por segundo pode sobrecarregar o computador e causar oscilações na tela. Os modelos devem, portanto, ser simplificados. Por exemplo, em vez de calcular uma grade de alto-falante com todos os seus fios, os designers 3D usam uma foto de alta resolução da grade. Exibir isso custa muito menos energia de computação e o espectador não treinado não pode ver a diferença de qualquer maneira.

Efeitos realistas sem muito esforço
A vantagem decisiva de um motor de jogo é que ele pode ser usado sem muito esforço de programação. “O Unreal 4 facilita a criação de materiais”, exemplifica o designer Kays. “Os reflexos na pintura do carro, por exemplo, não precisam ser programados.” Programar seu próprio renderizador para lidar com tais efeitos seria muito complexo e caro.

Taycan, configurador de carro de realidade virtual, 2021, Porsche AG
É como um showroom: o Virtual Reality Car Configurator apresenta aos clientes uma simulação tridimensional de seu futuro veículo.
Os motores de jogo também são baratos. Usuários corporativos como a Porsche Engineering podem usar o Unreal de forma totalmente gratuita. Eles até recebem o código-fonte do software para adaptá-lo às suas necessidades. “Queremos que o maior número possível de empresas use o motor”, explica Stefan Wenz, gerente de desenvolvimento de negócios da Epic Games, a empresa de jogos dos Estados Unidos que desenvolveu o Unreal há mais de 20 anos. A empresa só ganha dinheiro indiretamente, por exemplo, por meio de suporte pago.

Por cerca de cinco anos, os criadores do motor de jogo têm cortejado ativamente clientes industriais - engenheiros mecânicos, arquitetos e fabricantes de automóveis. “O B2B promete o maior crescimento”, explica Wenz. Para tornar o trabalho dos usuários industriais mais fácil, a Epic Games recentemente montou um pacote de material gratuito: ele contém materiais acabados de Alcantara a madeira de nogueira que os designers podem atribuir aos objetos. Além disso, no ano passado, a fabricante de jogos lançou um programa de suporte chamado MegaGrants, do qual qualquer empresa que trabalhe com o Unreal Engine pode receber capital. Portanto, o desenvolvimento de jogos de computador e automóveis continua convergindo. A esse respeito, o carro autônomo do futuro deve um pouco aos jogadores.

Motor de um jogo de computador
O motor do jogo é literalmente o motor de um jogo de computador. É toda uma gama de programas. No núcleo está o motor gráfico, que gera a imagem real: primeiro, ele pega o modelo 3D de um objeto a ser representado (em seu estado original consiste apenas em linhas de grade) e o cobre com uma superfície digital. Essa textura, como é conhecida, pode parecer madeira ou metal, por exemplo. Em seguida, é calculado onde a luz incide, quais partes de um objeto estão na sombra e onde algo é refletido.

O cálculo da imagem é denominado renderização. O mecanismo de física garante que as coisas no jogo se comportem como no mundo real. Calcula, por exemplo, a frequência com que uma pedra atirada salta ao solo antes de parar. Para facilitar o trabalho dos desenvolvedores, também está incluído uma espécie de editor com o qual novas simulações podem ser criadas sem a necessidade de programá-las do zero. Milhões de designers em todo o mundo usam esses sistemas modulares para criar mundos digitais - de jogos para celulares a filmes de ação de Hollywood.

Em resumo
Os motores de jogos dão vida aos jogos de computador - e ajudam a desenvolver novas funções de direção, por exemplo, treinando sistemas de assistência ao motorista com dados de sensores sintéticos. Cada cenário e cada eventualidade podem ser jogados. No configurador de carros da Porsche, eles até ajudam os clientes a escolher um novo veículo.