Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Interaktion zwischen Design und Funktionalität

05.08.2010
Neues BMBF-Projekt zur Digitalen Geometrieverarbeitung unter Beteiligung des MATHEON. GEOMEC setzt in der virtuellen Produktentwicklung vollständig neue Akzente, die nicht nur für die Computergrafik von Bedeutung sind, sondern auch in vielen Industriebereichen Anwendung finden.

Ohne die digitale Geometrieverarbeitung kommen seit Jahren weder Automobilbau, noch die Lebenswissenschaften, die Architektur oder auch die Hersteller von Animationsfilmen aus. Sie hat in den vergangenen Jahren neue Märkte erobert und unser Kommunikationsverhalten nachhaltig verändert.

Grundlage und treibende Kraft dieser Entwicklung sind Methoden der angewandten Mathematik und daraus resultierende effiziente und robuste Algorithmen. Entscheidend daran beteiligt ist auch eine Arbeitsgruppe am DFG-Forschungszentrum MATHEON. Im Rahmen eines durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projektes „GEOMEC – Diskrete Geometrische Strukturmechanik für Anwendungen in virtueller und erweiterter Realität“ hat auch die Arbeitsgruppe von Prof. Ulrich Pinkall vom MATHEON den Zuschlag für das Teilprojekt „Elastizität mit Diskreter Differentialgeometrie“ erhalten. Koordiniert wird das Verbundprojekt von Juniorprofessor Max Wardetzky von der Georg-August-Universität Göttingen.

Bisher wurden physikalische Aspekte im Computer Aided Geometric Design noch nicht in vollem Umfang berücksichtigt. Diese dadurch in heutigen Produktionsprozessen oft entstehende kostspielige Lücke zwischen Design und Funktionalität will GEOMEC schließen. Beispielsweise möchte ein Designer verstehen, wie die Veränderung von Parametern ein physikalisches System beeinflusst. Gleichzeitig stellt aber der Rechenaufwand einer genauen Simulation derzeit einen erheblichen Zeitaufwand dar und erlaubt kein interaktives Navigieren. Ziel des Projektes ist es nun, diese Einschränkung durch neuartige Methoden zu beheben und die physikalischen Bahnen in Echtzeit und auf groben Skalen beschreiben zu können. Dieser Ansatz ist insbesondere deshalb von Bedeutung, weil für den Designer die Extraktion wesentlicher Informationen von Interesse ist, jedoch niemals jedes Detail der tatsächlichen physikalischen Trajektorie.

So werden neue interaktive Verfahren und Methoden entwickelt, um die physikalisch–funktionalen Aspekte direkt in den Gestaltungs– und Entwurfsprozess zu integrieren. Damit setzt GEOMEC in der virtuellen Produktentwicklung und dem Rapid Prototyping vollständig neue Akzente. Demonstriert wird der Innovationsgehalt der neuen Methoden exemplarisch anhand einer Auswahl konkreter Anwendungen aus dem Bereich der Automobilindustrie.

Aus mathematischer Sicht werden diese Ziele durch eine Verschmelzung von Methoden der Strukturmechanik mit neuesten Erkenntnissen der Diskreten Differentialgeometrie (DDG) erreicht. Die DDG ist an der Schnittstelle von Numerik und klassischer Differentialgeometrie angesiedelt. Ihr Ansatz besteht darin, Axiome, Invarianten und fundamentale Eigenschaften der etablierten klassischen Differentialgeometrie auf struktureller Ebene zu wahren und zu imitieren. Es hat sich hier gezeigt, dass schwierige und tiefe Eigenschaften der klassischen Theorie oft eine verblüffend einfache und intuitive Entsprechung im Diskreten finden.

Dieser Ansatz basiert auf einer Reihe von Arbeiten, die von einigen an GEOMEC beteiligten Wissenschaftlern, insbesondere auch Ulrich Pinkall und Max Wardetzky, schon früher am MATHEON durchgeführt wurde. Einige dieser Forschungen stehen auch im Zusammenhang mit der Animation großer Kinofilme. Echtzeit–Simulationen flexibler Strukturen unter Berücksichtigung von physikalisch–funktionalem Verhalten haben bisher insbesondere in der Filmindustrie bahnbrechende Veränderungen bewirkt. So etwa bei der Animation virtueller Charaktere oder der realitätsnahen Simulation von Haar, Fell oder Stoff.

Doch auch außerhalb der Computergrafik besitzen die Methoden der Diskreten Differentialgeometrie ein weitreichendes Potential für industrielle Anwendungen. Beispiele hierfür sind der digitale Prototypenentwurf, die Montagesimulation oder die Bauraumsimulation im Automobilbau, die virtuelle Operationsplanung oder die Kathetersimulation in der Medizin, die Stoffsimulation und der virtuelle Laufsteg in der Modeindustrie, die Segelsimulation im Bootsbau, die Simulation flexibler Kabel und Schläuche im Maschinen- und Anlagenbau, die Rotorblattdynamik bei Hubschraubern in der Luftfahrt, aber auch die Simulation von Rotoren von Windturbinen, in Verbindung mit der Gesamtsystemsimulation mittels Methoden der Mehrkörperdynamik im Bereich der erneuerbaren Energien.

MATHEON-Professor Ulrich Pinkall betreut bei GEOMEC das Teilprojekt „Elastizität mit Diskreter Differentialgeometrie“. Weitere Teilprojekte werden von Prof. Marc Alexa, Technische Universität Berlin, Fakultät Elektrotechnik & Informatik, Prof. Arnd Meyer, Technische Universität Chemnitz, Fakultät für Mathematik, Juniorprof. Max Wardetzky, Georg–August–Universität Göttingen, Institut für Numerische und Angewandte Mathematik sowie Dr. Joachim Linn, Fraunhofer-Institut für Techno–und Wirtschaftsmathematik geleitet. Kooperationspartner ist die Volkswagen AG.

Weitere Auskünfte: Prof. Max Wardetzky, Tel: 0551 3922235, Email: wardetzky@math.uni-goettingen.de und Prof. Ulrich Pinkall, Tel.: 030 31424607, Email: pinkall@math.tu-berlin.de

Rudolf Kellermann | idw
Weitere Informationen:
http://www.matheon.de
http://www.math.tu-berlin.de/~pinkall/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Entzündungshemmende Birkeninhaltsstoffe nachhaltig nutzen
03.07.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Blick unter den Gletscher
12.06.2017 | Universität Bern

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Recherche-Reise zum European XFEL und DESY nach Hamburg

24.07.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zu Sprachdialogsystemen und Mensch-Maschine-Kommunikation in Saarbrücken

24.07.2017 | Veranstaltungen

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Power-to-Liquid: 200 Liter Sprit aus Solarstrom und dem Kohlenstoffdioxid der Umgebungsluft

24.07.2017 | Energie und Elektrotechnik

Innovationsindikator 2017: Deutschland auf Platz vier von 35, bei der Digitalisierung nur Rang 17

24.07.2017 | Studien Analysen

Netzwerke statt Selbstversorgung: Wiesenorchideen überraschen Bayreuther Forscher

24.07.2017 | Biowissenschaften Chemie