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Simulationen zum Anfassen

13.06.2003


Simulationsvisualisierung steigert Effizienz in der Produktentwicklung / Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD gründet Dienstleistungszentrum "Simulation und Visualisierung"


Ausgiebige Belastungstests und Analysen sind bei der Entwicklung neuer Produkte unerlässlich. Um Kenntnisse von den charakteristischer Materialeigenschaften zu erlangen, eignen sich Simulationen besonders gut und werden daher im Bereich der Produktentwicklung häufig genutzt. Üblich sind Belastungstests oder auch Flusssimulationen für die Materialprüfung. Damit erhalten Ingenieure oder Konstrukteure beispielsweise Aufschluss über die Oberflächenströmung. Doch die Simulation allein hilft nicht. Um die Testergebnisse sichtbar zu machen, brauchen die Entwickler geeignete Visualisierungssysteme, damit Schwachstellen identifiziert werden können. Die Datenmengen der Simulation sind häufig aber so groß, dass die Ingenieure und Konstrukteure auch hier noch nicht alle relevanten Informationen erkennen. Erst die Tests unter realen Bedingungen geben weitere Aufschlüsse.

Neuste Entwicklungen aus dem Bereich der Informations- und Kommunikationstechnik schlagen hier eine Brücke. Technologien der Virtuellen Realität (VR) mit einer dreidimensionalen Darstellung und Interaktion vereinfachen den Zugang zu den Informationen, die in den Simulationsdaten stecken. Zudem beschleunigen sie die Auswertung der Ergebnisse und liefern deutlich schneller entscheidende Erkenntnisse. Mit der Technologie der Erweiterten Realität können die Produktentwickler noch einen Schritt weiter gehen, da ein physikalischer Prototyp mit den sichtbar gemachten Simulationsergebnissen kombiniert werden kann. Der Begriff "Erweiterte Realität" (Augmented Reality, AR) beschreibt eine physikalische Umgebung (reale Welt), die mit computer-generierter Information angereichert ist. Den Blick in die Erweiterte Realität ermöglicht ein spezielles kopfgebundenes Darstellungssystem (head mounted display - HMD). Ein optisches Trackingsystem erfasst die Perspektive und die Handbewegungen des Benutzers. So kann dieser die Position des Untersuchungsobjekts mit einer realen Bewegung beliebig verändern. Die virtuell überlagerten Daten bewegen sich simultan mit. Auf diese Weise entsteht die Visualisierung der Simulationsdaten im realistischen Umfeld. Die Kombination eines physikalischen Prototypen mit der Visualisierung von Simulationsergebnissen mit Hilfe der Erweiterten Realität erlaubt darüber hinaus sogar einen Vergleich von Simulation und Test.


"Die Simulation wichtiger Testergebnisse in virtuellen Umgebungen ist bereits mit zwei PC’s zu realisieren; einer davon übernimmt die Darstellung und Interaktion, der andere die Datenaufbereitung. Aufgrund leistungsfähigerer Hardware und neuer Anwendungen ist das System wesentlich günstiger als noch vor wenigen Jahren," erklärt André Stork, Leiter der Abteilung "Industrielle Anwendungen" vom Fraunhofer Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD in Darmstadt.

Der Blick ins Innere

Für die umfassende Beurteilung der Ergebnisse spielt aber nicht nur die Oberfläche eines Objektes eine entscheidende Rolle. Belastungen wie Stöße, extreme Wärme oder Kälte wirken sich auch im inneren aus. Um dies sichtbar zu machen, haben Forscher des Fraunhofer IGD eine andere Darstellungsmöglichkeit weiterentwickelt, die sogenannte "direkte Volumenvisualisierung". Das Verfahren erlaubt den Blick in das Innere eines Objektes. Dadurch erhalten Ingenieure und Konstrukteure weitere wichtige Erkenntnisse, die für die Beurteilung der Produkteigenschaften entscheidend sind. Erfolgreiche Anwendungen gibt es bereits bei Untersuchungen im medizinischen und naturwissenschaftlichen Bereich. Für den Einsatz im industriellen Bereich wurden von den IGD-Forschern neue Tools integriert, um beispielsweise eine echtzeitfähige Beleuchtung oder die halbautomatische Erkennung von Materialgrenzen zu ermöglichen. Der entwickelte Prototyp erlaubt dem Benutzer intuitiv und effizient, die Volumendaten in virtuellen Umgebungen zu erkunden. Für die gewonnenen Erkenntnisse braucht der Untersuchungsgegenstand nun nicht mehr auseinander geschraubt, aufgebohrt oder zersägt werden. Das spart Zeit, Geld und viele physikalische Tests.

Service für alle

Bis vor einigen Jahren erforderten Visualisierungssysteme noch Investitionen in Millionenhöhe. Durch PC-basierte Systeme haben sich die Kosten um ein vielfaches gesenkt. Gleichzeitig ist die Leistungsfähigkeit deutlich gestiegen. Auf diese Weise haben auch klein- und mittelständische Unternehmen die Möglichkeit, diese Technologien in der Produktentwicklung einzusetzen. Um Software und Visualisierung für alle Interessierten zugänglich zu machen, hat die Abteilung "Industrielle Anwendungen" am Fraunhofer IGD jetzt ein Dienstleistungszentrum gegründet. Unternehmen und Institutionen haben hier die Möglichkeit, eigene Simulationsdatensätze zu visualisieren, ohne aufwändige Systeme installalieren zu müssen. Gerade für klein- und mittelständische Unternehmen kann dies zu Effizienzsteigerung in der Produktentwicklung führen. Dabei stehen den Produktentwicklern Einrichtungen wie das aktive/passive Großbildstereoprojektionssystem, head mounted displays oder Trackingsysteme zur Verfügung. Unterstützt werden Formate wie UFF und CGNS. Darüber hinaus beraten die Experten des Fraunhofer IGD, welche Visualisierungmethode für welchen Zweck besonders geeignet ist. Auch das Wissen über die vielfältigen Möglichkeiten, die innovativen Technologien der Virtuellen und Erweiterten Realität im Bereich der Produktentwicklung einzusetzen, kann hier abgerufen werden.

Weitere Informationen zum Dienstleistungszentrum
"Visualisierung und Simulation":

Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Dr. André Stork
Fraunhoferstraße 5, 64283 Darmstadt
Telefon: 06151 - 155-469
Fax: 06151 - 155-299
Email: andre.stork@igd.fraunhofer.de

Bernad Lukacin | idw
Weitere Informationen:
http://www.igd.fraunhofer.de/igd-a2/index.html

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