Die Virtuelle Realität und der Schuh

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1 Dr. Monika Richter Die Virtuelle Realität und der Schuh Prüf- und Forschungsinstitut In den letzten Jahren hat sich der technische Fortschritt im Marie-Curie-Str. Bereich 19 der Informationsverarbeitung immer schneller entwickelt. Auch im Bereich der Schuhindustrie sind Verfahren wie die computerunterstützte Schuhentwicklung nicht mehr Fax: +49 wegzudenken Bei den Kollektionsentwicklungen spielt die Zeit eine immer wichtigere Rolle, da nicht mehr wie früher nur zwei bis drei Kollektionen pro Jahr entwickelt werden, sondern ständig neue Modelle in immer kleineren Stückzahlen gefragt sind. Die deutsche Schuhindustrie kann sich nur auf dem hart umkämpften Modemarkt behaupten, wenn sie ihre Produkte schnell und in 1 hoher Qualität anbieten kann. Wer als erster mit den neusten, Trend entsprechenden Modellen auf dem Markt ist, hat Vorteile gegenüber seinen Konkurrenten. Je eher die Entscheidung fällt, welche Modelle der Designer in die Produktion gelangen, Department umso mehr können auch Kosten für die Musterproduktion eingespart werden. Die Nutzung der virtuellen Realität bietet Möglichkeiten, schon früh während des Entwicklungsprozesses dreidimensionale, reelle Bilder der Modelle zu erarbeiten, die bei der Entscheidungsfindung für die Produktion zur Verfügung stehen. Vorteilhaft ist die Möglichkeit, CAD-Daten über weite Entfernungen schnell übermitteln und vergleichbar, ohne Missverständnisse, darstellen zu können. Dies ist vor allem bei dem Produkt Schuh, wo es auf das Design, also Form, Farbe und Material ankommt, von großem Vorteil, da zwischen dem Standort der Betreff Modellentwicklung und dem der Produktion oft große Entfernungen bestehen. Je näher die Darstellung des Modells an der Realität, d. h. dem fertigen Produkt ist, umso besser können Entscheidungen hinsichtlich der Gestaltung und der Auswahl der dargestellten Modelle getroffen werden. Die Modellentwicklung beginnt beim Leisten. Erst wenn der Leisten als materielles Objekt vorliegt, können zurzeit alle anderen Arbeiten, auch die der Zulieferindustrie wie Sohlen-, Brandsohlen- und Absatzhersteller, beginnen. Auf der Grundlage des Leistens wird das Design des Schuhs entwickelt. Wesentliche Elemente dieses Prozesses sind: die Festlegung der Designlinien, die die Schaftteile definieren, die Auswahl von Materialien für Schaft und Sohle, die Festlegung der Sohlenform, die Auswahl von Nähten, Ösen und Schmuckelementen. Bisher entwirft der Designer seine Modelle auf so genannten Hütchen (Bild 1) bzw. fertigt Collagen zum jeweiligen Modethema an. Bild 1: Hütchen aus Folie mit Modelllinien Eine Alternative zur bisherigen Arbeitsweise bietet die Nutzung der Möglichkeiten der Virtuellen Realität. Bei dieser Technik werden die 3D-Daten scheinbar real sichtbar für den

2 Betrachter, d. h. wirklich dreidimensional mit Tiefeneindruck, dargestellt. Nach einer gewissen Einarbeitungszeit kann diese Arbeitsmethode die Arbeit am realen Objekt ersetzen. Im Rahmen des AiF-Forschungsprojektes wurden die Möglichkeiten der Prüf- und Forschungsinstitut Virtuellen Realität für die Entwicklung von Schuhmodellen genutzt. Dabei Test arbeitete and Research das Institute PFI eng mit der Professur für Graphische Datenverarbeitung und Visualisierung Marie-Curie-Str. der TU Chemnitz 19 zusammen. Ergebnis ist die Software ShoeVis. PFI Bei Postfach der 2225 Bearbeitung Pirmasens wurde Germany großer Wert darauf gelegt, die Arbeitsweise der Designer so wenig wie möglich zu verändern, um ihre Kreativität nicht zu stören, sondern vielmehr neue Möglichkeiten zu eröffnen, Ideen schnell ausprobieren zu können und das sehr realitätsnah. Die Ergebnisse des Projektes erlauben eine stereoskopische Darstellung der von CAD 1 bereitgestellten 3D-Schuhmodelle in fotorealistischer Qualität (Bild 2). Die visuelle Darstellung des gesamten Schuhs oder einzelner Schuhkomponenten Department kann durch den Benutzer verändert werden. Hierzu wählt er die betreffende Schuhkomponente und die gewünschte Darstellungsform, d.h. Materialart, Farbe und Textur des Materials aus. Betreff Bild 2: Virtuelles Schuhmodell erarbeitet mit ShoeVis Für die Durchführung dieser Arbeiten wurde eine besonders intuitive Form der Interaktion entwickelt, die dem manuellen Umgang mit einem realen Schuh nachempfunden wurde. Um den virtuellen Schuh von allen Seiten inspizieren zu können, dient ein Leisten als Steuerelement, das der Benutzer in einer Hand hält. Jede Handbewegung führt dazu, dass der virtuelle Schuh eine entsprechende Lageveränderung erfährt und dem Benutzer die zur neuen Position gehörende Ansicht des Schuhs dargestellt wird. Mit der freien Hand kann der Anwender unter Verwendung eines Zeigestiftes die darzustellenden Elemente des Schuhs auswählen (Bild 3).

3 Prüf- und Forschungsinstitut Marie-Curie-Str Bild 3: Interaktion am virtuellen Schuh Die Arbeitsweise unterteilt sich dabei in verschiedene Arbeitsschritte: Erstellung, Manipulation und Anpassung des virtuellen Schuhmodells Bearbeitung von Linien (Bild 3) Betreff Bearbeitung von Schuhteilen (Bild 4) Department Bild 3: Designlinien auf Leisten Bild 4: Erzeugen von Schaftmaterial Skizzieren Die einzelnen Schuhkomponenten eines Schuhmodells werden vom Designer hauptsächlich über Designlinien spezifiziert. Um den traditionellen Designprozess nachzubilden, muss das VR-System dem Designer eine Möglichkeit zur Erstellen dieser Designlinien zur Verfügung stellen, die der konventionellen Vorgehensweise möglichst ähnlich ist. Der Linienmodus selbst gliedert sich dabei in - das Erstellen der Designlinien mit einer eigens für des Projekt entwickelte Sketch- Interpretation (Bild 5), - das Verändern von Linien durch bekannte Oversketching-Methoden und - das Verändern von Linien durch Verschiebung, Spiegelung u. a. Funktionen

4 Prüf- und Forschungsinstitut Marie-Curie-Str Bild 5: Designlinienerstellung Bild 6: Zeichentechniken Department Bei diesem Programm werden die verschiedenen Zeichenstile der Designer berücksichtigt und zu einer durchgehenden Linie interpretiert. Einige dieser Techniken sind in Bild 6 gezeigt, einschließlich gepunkteter, gestrichelter und durchgängiger sowie mehrmalig überzeichneten Linien. Die Bearbeitung erfolgt dabei in Echtzeit, also ohne Verzögerung. Betreff Nachdem eine Designlinie mit dem Sketching-Algorithmus erstellt wurde, besteht in einer zweiten Phase desselben Sketching-Algorithmus die Möglichkeit der Linienkorrektur mittels einer neuen Linie. Wie in Bild 7 gezeigt, wird der Verlauf der zweiten Linie nach bestimmten Kriterien (Schnittpunkte, Längenverhältnisse und Schnittwinkel) automatisch bestimmt, um eine neue Linie aus beiden zu erstellen. Durch diese Vorgehensweise ist eine intuitive Bearbeitung existierender Linien möglich. Bild 7: Linienerstellung und Linienkorrektur (s. auch Filme 1 und 2 auf CD) Auch Funktionen, wie sie aus dem Bereich der CAD-Arbeit bekannt sind werden durch das Programm ermöglicht. Dazu gehört das erarbeiten von parallelen Linien, das Spiegeln oder Verschieben von Linien usw. Menüauswahl und Menüsteuerung Auch für die Bedienung des Menüs wurden Stift und Leisten als Interaktionsinstrumente ausgewählt (Bild 8), denn die Benutzung computertypischer Eingabegeräte wie Maus und Tastatur sollten außen vor bleiben. (Sie sind aber dennoch realisiert.) So wird durch Tippen auf den Leisten oder Kippen des Stiftes durch die verschiedenen Menüebenen navigiert. Der Designer muss seine Arbeit nicht unterbrechen und zu einem anderen Eingabegerät greifen. Die Menüfunktionen erscheinen virtuell in unmittelbarer Nähe des virtuellen Modells und können so leicht ausgewählt werden.

5 Prüf- und Forschungsinstitut Marie-Curie-Str Bild 8: Veränderung der Materialstärke durch Kippen des Stiftes Department Funktionen Betreff Mit Hilfe des Programms können neben den Linienfunktionen auch weitere Optionen zur Teilegestaltung und Bearbeitung genutzt werden. So kann Material ausgewählt und einem Teil zugewiesen werden. Dazu gehört auch das Simulieren der Materialdicke um einen realen Modelleindruck zu vermitteln. Nähte, Zierelemente, Schnallen, Klettverschlüsse, Ösen und Schnürsenkel können ausgewählt und positioniert werden. Designer sind kreative Menschen, die Ideen zu jedem Zeitpunkt sammeln. Dies geschieht nicht nur am Arbeitsplatz. Oft wird diese Idee schnell als Skizze auf einem Blatt Papier festgehalten. Diese Idee soll dann möglichst schnell auf den virtuellen Leisten übertragen werden. Für diese Schnittstelle zwischen dem Design im 2D und dem Design im 3D wurde eine Möglichkeit geschaffen, ein ebenes Bild auf die Oberfläche des Leistens zu projizieren. Bei diesem Prozess wird das gewählte Bild direkt auf den Leisten gelegt und kann in dessen dreidimensionaler Darstellung weiterhin angezeigt werden. Damit können die Linien übertragen, also nachgezeichnet werden Wichtig für die Modellauswahl ist auch die Möglichkeit, verschiedene Varianten nebeneinander darstellen und vergleichen zu können. Auch das ist mit der entwickelten Software möglich (Bild 9). Bild 9: Variantenvergleich

6 Anpassung des virtuellen Schuhmodells an andere Leistenformen Prüf- und Forschungsinstitut Eine Forderung, die insbesondere von Produzenten orthopädischer Schuhe Test and gestellt Research wurde, Institute ist die Austauschbarkeit des dem virtuellen Schuhmodell zugrunde liegenden Marie-Curie-Str. Normalfuß- 19 Leistens durch einen Leisten, der speziell für einen deformierten Fuß angefertigt wurde. Grund dafür ist, dass sich die Erscheinungsform eines bestimmten Schuhmodells Tel.: durch die PFI Anpassung Postfach an Pirmasens einen Germany anormalen Fuß drastisch verändern kann. Deshalb sollte in beiden Systembearbeitungsmodi der Austausch des Leistens ermöglicht werden. Die damit verbundenen Verformungen des Schaftes und der Sohle sind über geeignete Parameter steuerbar. Natürlich ist auch für Entwickler von Konfektionsschuhen ein solches Werkzeug, welches den Austausch von Leisten ermöglicht, sehr nützlich und trägt zur Erhöhung der 1 Wirksamkeit des Entwicklungs- und Produktionsprozesses bei. So können dadurch z. B. Stanzmesser für bestimmte Teile wiederverwendet werden. Das spart Geld. Department Im Rahmen des Projektes wurde eine entsprechende Software erarbeitet. Dabei kann die Übertragung der Liniendaten aber nicht verzerrungsfrei erfolgen, da sich Fax: die Leisten oft erheblich voneinander unterscheiden. Eine manuelle Nacharbeit ist erforderlich, um die aufgetretenen Veränderungen in gewünschter Weise zu korrigieren. Der im Projekt entwickelte und implementierte Algorithmus basiert auf dem Verfahren der Betreff direkten Parametrisierung in The space of human body shapes. Es morpht ein Quellmesh in ein Zielmesh und erstellt dabei eine niedriger aufgelöste Version des Quellmesh. Gegeben sind nur die Quelle und das Ziel. Alle weiteren Daten müssen daraus gewonnen werden. Das Verfahren erfordert einen gewissen Aufwand vor der eigentlichen Berechnung der Transformation, um die dabei benötigten Daten bereitzustellen. Es ist deshalb nicht echtzeitfähig. Danach wird in drei bzw. vier Schritten das Morphing durchgeführt. Bereitstellung der manipulierten Schuhdaten für die CAD-Ausarbeitung Für eine Fertigung des Schuhmodells ist die nächste Phase der technischen Modellierung mit Hilfe von CAD-Systemen zu durchlaufen. Deshalb ermöglicht ShoeVis den Export der Modelldaten zur Weiterverarbeitung in CAD-Systemen. Unterstützte Formate sind derzeit STL, VDA und DXF. Alle Details der Untersuchungen sind im Abschlussbericht des Projektes enthalten. Der Bericht kann beim PFI angefordert werden. Das Projekt wurde aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie über die AiF gefördert.

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