Interaktive Simulationen in Erweiterten Realitäten

Das Fraunhofer IGD zeigt interaktive Simulationsvisualisierung in AR auf der Euromold 2002.

Automobile und Flugzeuge werden heute mit Technologien der Virtuellen Realität geplant, um die Zeit von der Idee bis zur Markteinführung eines Produktes („time-to-market“) zu verkürzen und so im globalen Wettbewerb bestehen zu können. Der digitale Prototypenbau (Digital Mock-Up) unterstützt bereits die vielfältigen Prozesse in Entwicklung und Fertigung, indem Simulationen am Rechner in frühen Entwicklungsstadien physische Prüfvorgänge wie Crashtests ersetzen. Allerdings nehmen wiederholte Simulations- und Testläufe am Computer viel Zeit in Anspruch und verursachen hohe Kosten. VR hat sich in dieser Hinsicht als zeitsparender Technologiefaktor hervorgetan, indem physische Modelle durch ein virtuelles Pendant ersetzt werden oder Simulationsergebnisse einfach und intuitiv analysiert werden können.

Einer der Forschungsschwerpunkte des Fraunhofer Instituts für Graphische Datenverarbeitung (IGD) ist es, CAx-Systeme mit Technologien der Virtuellen und Erweiterten Realität (VR, Augmented Reality oder AR) zu koppeln. Mit diesen Technologien werden virtuelle und reale Modelle miteinander verschmolzen. Damit ergeben sich neue Impulse für das Rapid Product Development, nicht nur im Bereich des Designs, sondern auch physikalisch basierte Simulationen in AR. Durch Überlagerung eines physikalischen Modells mit entsprechenden virtuellen Simulationen können unterschiedliche dynamische oder statische Eigenschaften des realen Prototypen identifiziert werden. Der Ingenieur ist zum Beispiel daran interessiert, wie sich Luftströmungen um einen bestehenden realen Aufbau verhalten ohne kosten- und zeitintensive Windkanaltests durchführen zu müssen. Da mit Hilfe der AR-Technologie auch der Frage begegnet wird, ob eine neu entworfene (virtuelle) Baugruppe in eine physikalisch vorhandene Umgebung eingebaut werden kann, lassen sich mit interaktiven virtuellen Simulationsmöglichkeiten schnell physikalische Eigenschaften testen.

Den Entwicklern und Konstrukteuren reichen hierbei wenige Exemplare der teuren und aufwändig hergestellten physikalischen Modelle aus, um ein großes Spektrum an Materialien und physikalischen Parametern bzw. deren Einfluss bei plötzlich auftretenden Änderungen begutachten zu können.

Neue Lösungen für eine flexible und zeitnahe Analyse digitaler Modelle und Prototypen zu entwickeln, diese Aufgabe stellt sich das EU-Projekt ViSiCADE (Virtual Environment for the Seamless Integration of CAD/CAE tasks into Virtual Reality). „Wir wollen mit ViSiCADE den Entwicklungsprozess in der CAD- / CAE-Modellierung und Simulation beschleunigen und den Ingenieuren ein schnelles und intuitives Werkzeug zur Verfügung stellen, mit dem Analyseergebnisse effizient ausgewertet werden können“, betont der Projektleiter Dr. André Stork von der Abteilung Industrielle Anwendungen aus dem Fraunhofer IGD. „Neue Ideen direkt in die digitale Analyse einbringen zu können und sofort zu überprüfen, das spart Zeit und reduziert erheblich die Kosten“, ergänzt Stork.

Auf der Euromold 2002 in Frankfurt präsentiert das IGD den aktuellen Stand der Forschung innerhalb von ViSiCADE. Eine Übertragung der bisher erzielten Ergebnisse aus ViSiCADE in ein AR Szenario wird ebenfalls vorgestellt. Die Besucher können sehen, wie einfach Strömungssimulationen mit Handbewegungen manipuliert und physikalischen Prototypen überlagert werden können. Die Bewegungserfassung der Hände sowie des Kopfes des Benutzers erfolgt über ein optisches Tracking-Verfahren. Der Benutzer trägt in diesem Szenario eine Augmented Reality-Brille, durch die er gleichzeitig die Realität und die virtuelle Überlagerung wahrnimmt. Allerdings ist das System nicht auf diese Hardwarekonfiguration beschränkt, sondern lässt sich unter anderen auch in Kombination mit PowerWalls oder virtuellen Tischen (zum Beispiel der Responsive Workbench) einsetzen oder es können mehrere Benutzern an verschiedenen Orten gleichzeitig zusammenarbeiten.

Demonstriert wird dies den Besuchern während der Euromold vom 4. bis 7. Dezember 2002 am Stand N 112/ L 129 in Halle 8.0 anhand eines gängigen industriellen Szenarios: Ein physikalisches Modell eines Automobil wie es in den ersten Wochen der Design Phase erstellt wird, soll über Augmented Reality Technologien auf das physikalische Verhalten in simulierten Strömungen hin untersucht werden.

Ansprechpartner:
Dr. André Stork
Fraunhofer IGD, Darmstadt
Telefon: +49 (0) 6151/155-469
Telefax: +49 (0) 6151/155-299
E-Mail: andre.stork@igd.fraunhofer.de

Kurzprofil INI-GraphicsNet:
Das internationale Netzwerk der Graphischen Datenverarbeitung (INI-GraphicsNet) besteht aus dem Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD, dem Zentrum für Graphische Datenverarbeitung (ZGDV) e.V., beide in Darmstadt und Rostock, und dem Fachgebiet Graphisch-Interaktive Systeme (GRIS) der Technischen Universität Darmstadt. Weitere Institutionen des Netzwerkes sind das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Computergraphik in Chemie und Pharmazie (AGC) in Frankfurt, das Fraunhofer Center for Research in Computer Graphics (CRCG) in Providence, Rhode Island (USA), das Centre for Advanced Media Technology (CAMTech) in Singapur, das Centro de Computaç“o Gráfica (CCG) in Guimar“es (Portugal), das Centre for Visual Interaction and Communication Technologies (VICOMTech) in San Sebastian (Spanien), das Institute for New Media Technology (NEMETech) in Seoul (Süd-Korea) und das Center for Advanced Computer Graphics Technologies (GRAPHITech) in Trento (Italien).

Innerhalb des Netzverbundes sind an den neun Standorten über 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie rund 560 wissenschaftliche Hilfskräfte beschäftigt. Bei einem Haushalt von über 41 Millionen Euro bildet das INI-GraphicsNet weltweit den größten Forschungsverbund auf dem Gebiet der Graphischen Datenverarbeitung.