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Physikalische Prozesse leichter verständlich - Visualisierung elektromagnetischer Felder

24.03.2010
Unsichtbare physikalische Prozesse, wie etwa die Ausbreitung elektromagnetischer Felder, sind nur durch hochkomplexe Berechnungen zu beschreiben und bleiben trotzdem schwer vorstellbar.

Die Visualisierung der Feldausbreitung macht diese leichter verständlich und eröffnet zudem neue Anwendungsgebiete. Die schnelle und effiziente Berechnung von dreidimensionalen elektromagnetischen Feldern ist ein zentrales Forschungsthema am Institut für Theorie der Elektrotechnik der Universität Stuttgart (ITE).

Ein Schwerpunkt bildet dabei die Lösung sehr großer Gleichungssysteme. Dafür werden Höchstleistungsrechner eingesetzt, sie berechnen komplexe und realitätsnahe Aufgabenstellungen mit der nötigen Genauigkeit und Zuverlässigkeit. Um die Ergebnisse besser nutzbar zu machen, entwickeln die Forscher des ITE gemeinsam mit den Wissenschaftlern des Höchstleistungsrechenzentrums der Uni Stuttgart (HLRS) ein Visualisierungsverfahren, das aussagekräftige Bilder liefert und leicht verständlich ist.

Bei elektromagnetischen Feldaufgabenstellungen müssen zwei Vektorfelder, das elektrische und das magnetische, zusammen betrachtet werden. Zudem ist die Aufbereitung der dreidimensionalen und häufig zeitabhängigen Daten notwendig. Durch eine geschickte Kombination der numerischen Verfahren zur Berechnung elektromagnetischer Felder und der Visualisierungstechniken, wie sie die Forscher am HLRS entwickeln, ist eine Technik entstanden, die im alltäglichen Umgang mit einer Feldberechnungssoftware leicht eingesetzt werden kann.

Sie findet ihre Anwendung sowohl in Forschungslaboren als auch im Hörsaal. Diese Art Visualisierung, die sogenannte erweiterte Realität, ermöglicht es, dass das reale Objekt, zum Beispiel eine Antenne, zusammen mit den numerisch berechneten, elektromagnetischen Feldern betrachtet werden kann. Hierfür nimmt eine Videokamera das Objekt auf. Ein Rechner ergänzt dann das Videosignal mit der virtuellen Darstellung des elektromagnetischen Feldes perspektivisch korrekt in Echtzeit. Das so entstandene gemischte Bild aus realem Objekt und virtuellen Feldern kann nun am Bildschirm oder in Projektion betrachtet werden.

Zur Zeit setzen die Mitarbeiter des ITE das neu entwickelte Verfahren zur Visualisierung elektromagnetischer Felder erfolgreich an der Uni Stuttgart in Lehrveranstaltungen des Grundstudiums der Elektrotechnik und Informationstechnik ein.

Ein weiterer Einsatz an anderen Universitäten und an Schulen beispielsweise in sogenannten Cyber-Classrooms ist in Zusammenarbeit mit dem von der Uni Stuttgart ausgegründeten Unternehmen Visenso geplant. Ein Fernziel der Forscher ist es, das System interaktiv einzusetzen. Das hieße, wenn man Geometrie- oder Materialparameter (zum Beispiel der Antenne) verändert, würde sich auch die virtuelle Darstellung des elektromagnetischen Feldes in Echtzeit ändern. Damit wäre die Technik interessant für die Industrie im Bereich Messtechnik oder Produktentwicklung.

Ansprechpartner: Dr. André Buchau, Institut für Theorie der Elektrotechnik, Tel. 0711/685-67260,

e-mail: andre.buchau@ite.uni-stuttgart.de

Ursula Zitzler | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-stuttgart.de

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