2/2011. HARDWARE CUDA-Architektur: Rechnen mit der Grafikkarte. TRAINING Risiken erkennen, bevor es zu spät ist

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1 Euro 6,50 Eine Publikation der WIN-Verlag GmbH & Co. KG ISSN /2011 MAGAZIN VISUALISIERUNG SIMULATION INTERAKTION ANIMATION ANZEIGE HARDWARE CUDA-Architektur: Rechnen mit der Grafikkarte TRAINING Risiken erkennen, bevor es zu spät ist PRAXIS VR-Komplettsysteme Wann lohnt sich der Einsatz?

2 Das Praxismagazin für Technologien der virtuellen Realität Möglichkeiten erkennen und begreifen mit einem persönlichen Abonnement

3 EDITORIAL ÄHNLICH UND DOCH GANZ ANDERS Mit der heute bereitstehenden Rechenleistung eröffnet sich zum ersten Mal die Möglichkeit, die Verschaltungen von Neuronen und die biochemischen Prozesse in Form eines virtuellen Gehirns nachzubilden und zu simulieren. Ausgehend von der kortikalen Säule, der aus tausenden Neuronen bestehenden Grundeinheit des Cortex, hat sich das Blue-Brain-Projekt an der Ecole Polytechnique Fédé rale de Lausanne in der Schweiz genau das zum Ziel gesetzt. Für jedes simulierte Neuron braucht es die Rechenleistung eines durchschnittlichen Notebooks. Ein realistisches Modell des Gehirns würde also Milliarden davon benötigen, aber die Technik des Supercomputing lässt die Möglichkeit einer solchen Simulation auch mit weit geringerem Aufwand in greifbare Nähe rücken. Die Forscher können bereits heute mit überraschenden Erkenntnissen aufwarten. So galt es lange Zeit als ausgemacht, dass sich neuronale Verschaltungen durch Erfahrungen entwickeln und vernetzen, ein Phänomen, das als synaptische Plastizität bekannt ist. Auf diese Weise werden zum Beispiel Erinnerungen im Gehirn abgelegt. Nun aber wurde im Blue-Brain-Projekt nachgewiesen, dass sich pyramidale Neuronen im Neocortex nach immer gleichen und relativ einfachen Regeln miteinander verbinden können, unabhängig von den gemachten Erfahrungen. Das könne laut Projektleiter Prof. Henry Markram erklären, warum wir alle eine ähnliche Wahrnehmung der Außenwelt teilten, während unsere Erinnerungen unsere individuellen Erfahrungen reflektierten. Henry Markram wird die erstaunlichen Erkenntnisse aus dem Projekt in seiner Keynote-Rede auf dem International Supercomputing Congress in Hamburg präsentieren. Über weitere interessante Projekte und Trends im High Performance Computing finden Sie mehr in unserer aktuellen Ausgabe. Andreas Müller, Leitender Redakteur MAGAZIN 2/2011 3

4 INHALT TRAINING & SERVICE: Wenn Armeen an einen Fluss kommen, haben sie ein Problem. Denn Flüsse verfügen heute nicht mehr über flache Furten wie zu den Zeiten, als die Karthager mit Elefanten gen Rom marschierten. Moderne Wasserstraßen sind tief und fließen schnell, sodass sie meist nur mit modernem, teurem Gerät überwunden werden können. In der Praxis sieht das beispielsweise so aus, dass eine Reihe von Amphibienfahrzeugen im Wasser aneinandergekuppelt wird und eine Brücke bildet. Dieser Vorgang ist jedoch nicht ganz gefahrlos für Mensch und Gerät und wird daher zunächst simuliert. Bild: szenaris PRAXIS: Seit mehr als 10 Jahren gibt es nun Virtual Reality als kommerzielle Applikation für die Unternehmen der produzierenden Industrie. Und trotz aller Vorhersagen hat sich diese Technologie nicht in dem Maße verbreitet, wie von allen Marktteilnehmern angenommen. Und selbst die großen 3D-CAD-Anbieter halten sich mit der Entwicklung eigener Applikationen weiter zurück, so dass vor allem die Spezialanbieter wie ICIDO oder CIROS das Feld bestellen. Woran liegt das? Bild: Deutsche Messe AG AKTUELL 5 Menschen und Märkte: Neues aus der VR-Welt 7 Gut vernetzt: Vorschau auf die ISC in Hamburg 9 Perfekte Sicht auf sechs Beinen: Neuer Fahrsimulator bei Daimler 10 Fast schon eine Kunst: RTT Excite Rechnen auf der GPU: CUDA-Architektur für High Performance Computing MARKETING & VERTRIEB 14 Spiel mit der Wirklichkeit: Augmented Reality in der Praxis TRAINING & SERVICE 16 Mit Maus und Spürsinn: Energiemanager in virtuellen Welten 18 Maßgeschneiderte Therapie: VR in der Rehabilitation 20 Trockenübungen: Teamtraining im virtuellen Raum HARDWARE: Als Immersion bezeichnet man einen Bewusstseinszustand, bei dem der Betroffene aufgrund der Auflösung von räumlichen Grenzen das Gefühl hat, in eine künstliche Welt einzutauchen. Dafür braucht es leistungsfähige Ausgabegeräte; eine zusätzliche Brille, die der Anwender aufsetzen muss, würde da nur stören. Eine neue Generation von Displays schafft größere Flexibilität bei gleichzeitig hoher Bildqualität auch ohne Brillen. Bild: Tridelity PRAXIS 22 Lohnender als der Firmenwagen: Kosten und Nutzen der VR HARDWARE 26 Nächste Ausfahrt Denver: Lutz Eigenfeld, Nvidia, über mobile Grafikkonzepte 28 Revolution der Immersion: 3D ohne Brille TITELBILD: TRANSTEC In über 400 Installationen von HPC-Clustern hat transtec stets die eigene Expertise bei HPC-Lösungen beweisen können. Jede transtec-hpc-lösung ist mehr als ein Rack voll Hardware. Sie ist eine umfassende Gesamtlösung, die alles beinhaltet, was der HPC-Anwender, der Besitzer und der Administrator benötigen. Transtec-HPC-Cluster sind schlüsselfertige Lösungen und bieten eine Vielfalt an Support- und Service-Optionen, nach Kundenwunsch individuell zusammengestellt. Von Professional Services bis hin zu Managed Services mit definierten Service Levels, um den Betrieb sicherzustellen, ist transtec ein umfassender Lösungs- und Service-Anbieter für High Performance Computing. Hohe Standards für Performance, Verlässlichkeit und Zuverlässigkeit sichern Produktivität und Zufriedenheit. Ausführliche Informationen: transtec AG, Waldhörnlestraße 18, Tübingen Telefon: / , Fax: / Internet: 4 MAGAZIN 2/2011

5 NEUES AUS DER VR-WELT AKTUELL VIRTUELLER OEM ENTWICKELT ELEKTRO-AUTO PTC, internationaler Anbieter der Produkt-Lebenszyklus-Management- Lösung Windchill und der MCAD- Plattform Creo, stellt als strategischer Partner der StreetScooter GmbH die Infrastruktur-Voraussetzungen für einen unorthodoxen Ansatz zur Entwicklung und Herstellung von preiswerten Elektrofahrzeugen für breite Kundenkreise zur Verfügung. Die StreetScooter GmbH und ihre Partner haben das Ziel, jenseits etablierter Prozesse und Methoden ein kostengünstiges Elektro-Auto zu entwickeln und die Produzierbarkeit nachzuweisen. Hierfür haben sich Automobilzulieferer aus den Kompetenzbereichen Karosserie, Thermomanagement, Antriebsstrang, Batterieentwicklung, Bordnetz und Herstellung zum StreetScooter- Konsortium zusammengeschlossen. PTC ist darin unser Partner für die unerlässliche flexible Entwicklungsplattform für das Konsortium, so Professor Dr.-Ing. Achim Kampker, Lehrstuhlinhaber am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen und Geschäftsführer der StreetScooter GmbH. Dieses Grüne-Wiese -Projekt bietet Freiräume für eine hochagile Zusammenarbeit, in der Produkt- und Prozessinnovationen gleichzeitig und gleichberechtigt entstehen. Dreh- und Angelpunkt für die Echtzeit-Vernetzung der am StreetScooter beteiligten Unternehmen ist die Entwicklungsplattform Windchill und die MCAD- Plattform Creo von PTC. Kennziffer: VRM22659 Ein kostengünstiges Elektroauto zu entwickeln, ist das Ziel der Streetscooter GmbH. Dabei kommen auch die Plattformen Windchill und Creo von PTC zum Einsatz. VDC: NEUE VR-ALLIANZ GEGRÜNDET Das Fellbacher Virtual Dimension Center (VDC) hat gemeinsam mit seinen Partnernetzwerken Center of Visualization Göteborg (CVG) in Schweden und Laval Virtual in Frankreich die Visualization and Virtual Reality Networks Alliance (VisNetA) gegründet. Auf der französischen Leitmesse für virtuelle Realität, Laval Virtual, unterzeichneten Vertreter der drei Netzwerke nun eine Kooperationsvereinbarung, die die Rahmenbedingungen für künftige gemeinsame Aktivitäten festlegt. Wir als Netzwerker wissen natürlich sehr gut um die Vorteile von Kooperationen. Also ist es naheliegend, dass wir selbst Partnerschaften mit Organisationen auf Augenhöhe eingehen, so die Leiterin Internationalisierung am VDC, Claire Duval, zur Kooperation der Netzwerke. Die Partnerschaften des VDC mit dem Center of Visualization und Laval Virtual bestehen bereits seit mehreren Jahren; nun soll VisNetA den operativen Austausch unterstützen. Alle drei Netzwerke sind spezialisiert auf den Bereich der virtuellen Realität, also beispielsweise der Visualisierung von Prototypen, die bisher nur auf dem Papier bestehen. VisNetA wird trotz des Fokus auf der virtuellen Realität natürlich nicht nur eine virtuelle Allianz. Wir werden ganz konkret gemeinsam an Projekten arbeiten und Firmen sowie Forschungseinrichtungen auf internationalem Niveau zusammenbringen, erklärt Duval. Die neu gegründete Allianz der Netzwerke ermöglicht laut Duval, Stärken der drei Netze zu verbinden und Doppelarbeit zu verringern. So verfügen die drei Netze über unterschiedliche Kenntnisse spezifischer Auslandsmärkte, die nun innerhalb der Allianz geteilt werden. Unsere französischen Partner haben beispielsweise gute Kontakte nach Asien, die schwedischen Partner sind in Nordeuropa und wir in Zentraleuropa sehr gut vernetzt. Innerhalb der Allianz werden wir also den internationalen Wissensaustausch fördern. Dazu gehören beispielsweise auch gemeinsame Technologie- und Anwendungsstudien, so Duval weiter. Kennziffer: VRM22658 BIOFIDELITY FÜR DIE FAHRZEUGSICHERHEIT Die Erfahrungen bei der Entwicklung eines hochwertigen Dummys innerhalb der Forschungsvereinigung Automobiltechnik (FAT) haben fünf deutsche Automobilhersteller, organisiert im PDB (Partnership for Dummy Technology and Biomechanics), sowie verschiedene Softwareanbieter, inklusive ESI, veranlasst, bei der Entwicklung eines World- SID-50th-Finite-Element- (FE-) Modells zusammenzuarbeiten. Dabei handelt es sich um einen neuen, weltweit anerkannten Dummy mit verbesserter Biofidelity (Darstellung des menschlichen Belastungsverhaltens), mit dem sich das Verletzungsrisiko von Fahrzeugpassagieren bei einem Seitenaufprall bewerten lässt. Das Hauptziel des WorldSID-50th-FE-Modells, das einen durchschnittlich großen Erwachsenen simuliert, ist es, die Simulationsmodelle EuroSID-2 und US DOT SID zu ersetzen. Die Forderung nach einem validierten und qualitativ hochwertigen FE-Modell wie dem WorldSID 50th ergibt sich auch aus der Notwendigkeit der Kostenreduzierung und Zeiteinsparung. Tatsächlich sind Dummy-Modelle für Fahrzeughersteller entscheidend, da sie die Bewertungsgrundlage für die Gesamtqualität eines Fahrzeugs darstellen. Physische Dummys sind jedoch teuer und meistens dauert die Durchführung eines Crashtests 6 bis 7 Stunden. Im Gegensatz dazu ermöglicht ein virtuelles Dummy-Modell die Durchführung dutzender virtueller Crashtests pro Tag. Das WorldSID-50th-FE-Modell basiert auf der aktuellen Version des physischen Dummys, dessen FE-Netz unter Anwendung der CAD- Daten der ISO aus dem Jahr 2005 entwickelt wurde. Kennziffer: VRM22660 Ein virtuelles Dummy-Modell ermöglicht die Durchführung Dutzender virtueller Crashtests pro Tag. MAGAZIN 02/2011 5

6 AKTUELL NEUES AUS DER VR-WELT TUMORTHERAPIEN INDIVIDUELL PLANEN Computervisualisten und Informatiker der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (OVGU) und der Dornheim Medical Images GmbH wurden beim Dirk Bartz Prize for Visual Computing in Medicine mit dem ersten Preis ausgezeichnet. Ivo Rössling vom Institut für Simulation und Graphik der OVGU nahm stellvertretend für alle Beteiligten den Preis am 15. April 2011 auf der diesjährigen Eurographics-Konferenz, der größten europäischen Fachkonferenz für Computergraphik, in Venue Cymru (Wales, Großbritannien) entgegen. Den Wissenschaftlern vom Institut für Simulation und Graphik unter Leitung von Professor Bernhard Preim und der Ausgründung Dornheim Medical Images GmbH unter Leitung von Dipl.-Inf. Lars Dornheim ist es in Zusammenarbeit mit Chirurgen der Leipziger Universitätsklinik unter Leitung der Oberärzte Prof. Dr. Gero Strauß und Dr. Andreas Böhm gelungen, auf der Basis von individuellen Patientendaten Tumortherapien in der Halsregion individuell zu planen. Der von den Magdeburgern entwickelte TumorTherapyManager erlaubt die selektive dreidimensionale Darstellung und Vermessung relevanter anatomischer Strukturen. Ob ein größeres Blutgefäß infiltriert ist, wie groß das Ausmaß der Infiltration ist, ob der Kehlkopf bei einer Operation erhalten werden kann oder wie effektiv eine Chemotherapie anschlägt diese und andere Fragen können anhand der 3D-Modelle und ihrer Analyse präzise beantwortet und dokumentiert werden. Für den klinischen Einsatz ist wichtig, dass auch die Dokumentation der Behandlungsentscheidungen unterstützt wird. Die Software ist in den zurückliegenden beiden Jahren gründlich klinisch erprobt Der TumorTherapyManager erlaubt die selektive dreidimensionale Darstellung und Vermessung relevanter anatomischer Strukturen. Bild: Uni Magdeburg, Institut für Simulation und Graphik und den Erfahrungen entsprechend verfeinert worden. Der Beitrag der Magdeburger beschreibt den klinischen Einsatz und die Fortschritte, die sich gegenüber einer konventionellen Planung erreichen lassen. Die Auszeichnung würdigt dabei vor allem die hervorragende Integration relevanter Techniken und den belegten klinischen Nutzen. Derzeit wird die Markteinführung zusammen mit einem großen Medizingerätehersteller vorbereitet. Kennziffer: VRM22661 NEUE GRAFIKKARTEN AMD hat zwei neue Grafikkarten für professionelle Anwendungen vorgestellt. Die AMD FirePro V5900 und die FirePro V9700 liefern eine verbesserte Leistung mit den AMD-Technologien Eyefinity, PowerTune und GeometryBoost. Die Grafikkarten sollen die Leistungen vergleichbarer Angebote des Wettbewerbs in wichtigen CAxund DCC-Anwendungen um mehr als das Doppelte übertreffen. Die AMD-Eyefinity-Multi-Display-Technik ermöglicht es, bis zu sechs Displays in einer Arbeitsfläche zusammenzufassen. Mit der Einführung der AMD FirePro V7900, die bis zu vier Displays unterstützt, und der AMD FirePro V5900 mit bis zu drei Displays können Ingenieure und Konstrukteure über mehr Platz auf dem Schreibtisch verfügen und damit mehr Daten sehen, mehr Anwendungen öffnen und mehr Informationen zur gleichen Zeit darstellen. Neu eingeführt wurde die AMD-PowerTune-Technik. Dieses Power-Management sorgt dafür, dass der Anwender den Stromverbrauch der GPU direkt kontrollieren kann. So lässt sich für jede Anwendung ein optimaler Trade-off zwischen Taktrate und Energieverbrauch ermitteln. Ebenfalls neu ist die Geometry-Boost- Technik, die die Geometrie-Leistung nach oben treibt und das Handling komplexer CAD-Modelle verbessert. Darüber hinaus unterstützen die beiden Grafikkarten DisplayPort 1.2 und HDMI 1.4 und können auf 2 GByte GDDR5-Speicher zurückgreifen. Die AMD FirePro V7900 weist vier Ausgänge aus, mit denen sich vier Displays unabhängig betreiben lassen. Zusätzlich unterstützt die Grafikkarte Framelock und Genlock über das AMD-FirePro-S400-Synchronisierungsmodul sowie Stereo 3D mit der mitgelieferten Erweiterung. AMD FirePro V7900 mit vier Buchsen für den Anschluss von vier Displays. Die AMD FirePro V5900 stellt eine Midrange-Lösung dar, die mit unter 75 Watt Leistungsaufnahme auskommt. Gekoppelt mit der Eyefinity-Technik lassen sich drei Bildschirme mit der Karte betreiben. Die beiden Grafiklösungen sind für eine Reihe von Autodesk-2012-Anwendungen bereits zertifiziert. Die FirePro V7900 kostet ab 999 US-Dollar, die FirePro V5900 ist für einen Preis ab 699 US-Dollar zu erwerben. Kennziffer: VRM MAGAZIN 02/2011

7 INTERNATIONAL SUPERCOMPUTING CONFERENCE AKTUELL BESTENS VERNETZT Virtual Reality und realistische Simulationen erfordern immer höhere Rechenleistungen. Den ständig wachsenden Ansprüchen versucht die Hard- und Software-Industrie gerecht zu werden. Die Ergebnisse des Bemühens sind unter anderem in Hamburg zu besichtigen. Denn dort findet vom 19. bis 23. Juni die International Supercomputing Conference statt. VON ANDREAS MÜLLER Seit jeher hat der menschliche Denkapparat Philosophen, Neurologen, Psychologen und Philosophen in seinen Bann gezogen. Mit der heute bereitstehenden Rechenleistung eröffnet sich zum ersten Mal die Möglichkeit, die Verschaltungen der Neuronen und die biochemischen Prozesse in Form eines virtuellen Gehirns nachzubilden und zu simulieren. Ausgehend von der kortikalen Säule, der aus tausenden Neuronen bestehenden Grundeinheit des Cortex, hat sich das Blue-Brain-Projekt an der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne in der Schweiz genau das zum Ziel gesetzt. Für jedes simulierte Neuron braucht es die Rechenleistung eines durchschnittlichen Notebooks. Ein realistisches Modell des Gehirns würde also Milliarden davon benötigen, aber die Technik des Supercomputing lässt die Möglichkeit einer solchen Simulation auch mit weit geringerem Aufwand in greifbare Nähe rücken. Die Forscher können bereits heute mit überraschenden Erkenntnissen aufwarten. So galt es lange Zeit als ausgemacht, dass sich neuronale Verschaltungen durch Erfahrungen entwickeln und vernetzen, ein Phänomen, das als synaptische Plastizität bekannt ist. Auf diese Weise werden zum Beispiel Erinnerungen im Gehirn abgelegt. Nun aber wurde im Blue-Brain-Projekt nachgewiesen, dass sich pyramidale Neuronen im Neocortex nach immer gleichen und relativ einfachen Regeln miteinander verbinden können, unabhängig von den gemachten Erfahrungen. Das könne laut Projektleiter Prof. Henry Markram erklären, warum wir alle eine ähnliche Wahrnehmung der Außenwelt teilten, während unsere Erinnerungen unsere individuellen Erfahrungen reflektierten. Henry Markram wird denn auch in seiner Keynote-Präsentation zeigen, mit welchen Methoden sich zunächst die notwendigen Daten über Struktur und Funktion des Gehirns gewinnen lassen, die solchen Erkenntnissen zugrunde liegen. Der sich daran anschließende Schritt, nämlich aus diesen Daten mit Hilfe von Computern, Mathematik und Statistik verwertbare Informationen zu gewinnen, wird ebenfalls Thema des Vortrags von Henry Markram sein. Schließlich gilt sein Augenmerk der Anwendung der durch Simulationen gewonnenen Erkenntnisse in den Life Sciences. Am Dienstag wird Philippe Vannier, CEO von Bull, darüber sprechen, warum der Zugang zu High-Performance-Computing- Ressourcen die nationale Wettbewerbsfähigkeit fördert. Das Tutorial, Workshops und Sessions bringen das Publikum auf den neuesten Stand in Sachen High Performance Computing. MAGAZIN 2/2011 7

8 AKTUELL INTERNATIONAL SUPERCOMPUTING CONFERENCE betrifft nicht nur die Fortschritte in der wissenschaftlichen Gemeinschaft, sondern auch das mögliche Wirtschaftswachstum durch Innovationen. Vannier will zeigen, dass auch Europa noch die Fähigkeit hat, Ressourcen für das High Performance Computing zu heben und international mitzuhalten. Den Fortschritten der Technik, neuen Verfahren und Werkzeugen wird sich am Mittwoch Prof. Dr. Thomas Sterling von der Louisiana State University widmen. Mehrkern-Architekturen bei den Prozessoren ebnen den Weg zu noch höherer Leistung. Die Präsentation schließt mit der Vorstellung eines typischen HPC-Systems mit den am meisten genutzten Komponenten, Quellen und Größenordnungen. Neben Prozessor und Grafikkarte führt der Speicher im High Performance Computing oft ein Schattendasein. Sein unmittelbarer Beitrag zur Rechenleistung ist auf den ersten Blick nicht so einfach zu erkennen. Dean A. Klein, Vice President of Memory System Development bei Micron, wird diese Sichtweise in seinem Vortrag widerlegen. Neue Systemarchitekturen werden die Kommunikation zwischen Speicher und Prozessor beschleunigen. Außerdem sinken die Preise für nichtvolatilen Speicher, der sich somit zunehmend auch in größerem Umfang für Storage-Lösungen einsetzen lässt. Mit großer Spannung wird auf der ISC wieder die Präsentation der Top-500-Liste der leistungsfähigsten Rechner erwartet. Sowohl Forschungseinrichtungen als auch Computerbauer wollen hier naturgemäß ganz oben stehen. Die Ergebnisse der Liste werden während der Eröffnung vorgelegt. Programm Elf Tutorials am Sonntag, dem 19. Juni, werden über aufstrebende Technologien wie GPU-Computing, InfiniBand und parallele Programmierung informieren. Ebenfalls am Sonntag finden zwei Workshops über High Performance Computing in Asien und High Performance Computing in kleinen und mittelständischen Unternehmen statt. Das von den Keynotes eingeleitete tägliche, durchweg englischsprachige Konferenzprogramm umfasst Invited Sessions, unter anderem mit einem Crash-Kurs im High Performance Computing und Trendthemen wie Cloud Computing, Contributed Sessions und Industrial Sessions unter anderem mit Start-up-Forum-Sessions und Ausstellersessions. WICHTIGE AUSSTELLER IM ÜBERBLICK Aussteller Stand Altair Engineering 820 AMD 751 Bull 410 CADnetwork 420 Clustervision 250 Dell 320 ESI 811 Fluidyna 735 Fujitsu 620 Happyware 510 (Mit-Aussteller am Stand von Supermicro) Hewlett Packard 430 Microsoft 832 Myricom 144 Netapp 743 Nvidia 630 Rittal 402 SGI 330 Supermicro 510 T-Systems 723 Transtec 440 INTERVIEW Supercomputing ist nicht mehr nur das Spielfeld der großen IT-Anbieter. Auch viele mittelständische Anbieter lassen sich auf der ISC mit ihrem Lösungsportfolio blicken. Darunter auch Happyware. Wir haben Jürgen Kabelitz, den technischen Leiter bei Happyware, nach den Gründen gefragt. Virtual Reality Magazin: Wo liegt der Schwerpunkt des Auftritts von Happyware? Jürgen Kabelitz: Happyware demonstriert ein komplettes und mobiles Minicluster für den universellen Einsatz im HPC- Bereich. Auf Basis von Supermicro-Komponenten kommt das Open Source Cluster Framework OSCAR zum Einsatz. Weiter beinhaltet das Cluster für die nötige Performance eine GPU- Karte von NVIDIA [Tesla C2070] und eine von AMD [Firestream 9250]. Jürgen Kabelitz, Technischer Leiter, Happyware: Die ISC bietet die Möglichkeit den Bedarf der Forschung und Lehre, heute und für die Zukunft, besser zu verstehen und umzusetzen. Virtual Reality Magazin: Welche Anwender und Branchen sollen mit den Lösungen adressiert werden? Jürgen Kabelitz: Die Lösung zielt grundsätzlich auf die Anwender der Forschung und Lehre ab, bietet aber für alle Bereiche mit rechenintensiven Applikationen, zum Beispiel dem Finanzsektor, Berechnungen molekularbiologischer Darstellungen, professionelles 3D-Rendering und theoretische Chemie eine ideale Basis. Je nach Bedarf sind andere Zusammenstellungen des mobilen Allround-Clusters möglich. Virtual Reality Magazin: Was zeichnet für Happyware die ISC besonders aus? Jürgen Kabelitz: Die ISC bietet die Möglichkeit, den Bedarf der Forschung und Lehre, heute und für die Zukunft, besser zu verstehen und umzusetzen. Aktuelle und künftige Trends werden aus Sicht des Users und des Herstellers in interessanten Gesprächen und freundlicher Atmosphäre thematisiert. 8 MAGAZIN 2/2011

9 DAIMLER WÄHLT BARCO-TECHNIK FÜR FAHRSIMULATOR AKTUELL PERFEKTE SICHT AUF SECHS BEINEN Ein Fahrsimulator muss besonders viel leisten, wenn sich die damit gewonnenen Erkenntnisse auch in der Praxis bewähren sollen. Nicht nur die Visualisierungen sollten dem realen Straßenverkehr entsprechen, Fahrtbewegungen und Änderungen des Sichtfelds müssen auch übereinstimmen. Neben schnellen Rechnern sind hier ausgefeilte Projektionssysteme gefragt. Mit 360-Grad-Projektionsschirm, schnellem Stromversorgungssystem und einer zwölf Meter langen Schiene für Querbewegungen ist dieser Simulator weltweit einer der fortschrittlichsten in der Automobilbranche. Die Daimler AG, bestens bekannt durch ihre Marke Mercedes-Benz, zählt zu den wichtigsten Autoherstellern der Welt hat sie gemeinsam mit Barco die Entwicklung ihres neuen Fahrsimulators in Angriff genommen. Der Simulator wird im Daimler-Technologiezentrum in Sindelfingen bei Stuttgart INFO: BARCO Als weltweit tätiges Technologieunternehmen entwirft und entwickelt Barco verschiedene Arten von Visualisierungssystemen für den professionellen Einsatz in den unterschiedlichsten Märkten. Die innovativen Lösungen von Barco im Bereich von Hardware und Software umfassen alle Aspekte von der Bilderfassung über die Bildverarbeitung und Bildwiedergabe bis hin zur Bildverwaltung. Barco besitzt in Europa, in Amerika und in Asien (Pazifik) eigene Vertriebs- und Marketingstrukturen, eine eigene Kundenbetreuung, Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen sowie eigene Produktionsstätten. Das Unternehmen ist weltweit in über 90 Ländern mit rund Beschäftigten vertreten verzeichnete Barco einen Umsatz von 896 Millionen Euro. Kennziffer: VRM22757 eingerichtet. Mit 360-Grad-Projektionsschirm, schnellem Stromversorgungssystem und einer zwölf Meter langen Schiene für Querbewegungen ist dieser dynamische Simulator weltweit einer der fortschrittlichsten in der Automobilbranche. Realitätsnahe Projektion Der Daimler-Fahrsimulator ist ein sechsbeiniger, auf sechs beweglichen Stützen montierter Roboter. Er enthält ein komplettes Mercedes- Modell, in dem der Testfahrer sitzt, sowie einen 360-Grad-Projektionsschirm, auf dem ein sich permanent änderndes, realistisches Bild des Verkehrsgeschehens mit sich bewegenden Fußgängern, Gegenverkehr und Gebäuden dargestellt wird. Bei der Entwicklung der 360-Grad-Projektion hat Daimler sich auf SIM-7-Simulationsprojektoren von Barco verlassen, um eine so realitätsnahe Szenerie wie möglich zu erhalten. Hohe Darstellungsqualität Die verwischungsfreie Wiedergabe war einer der Hauptgründe für die Auswahl des SIM 7. Dank der Anzeigeoptimierungen von Barco und der hohen Aktualisierungsrate des Systems produziert dieser Projektor messerscharfe High-Quality-Bilder, die den SIM 7 zum favorisierten Projektor der nächsten Generation für rasante Bewegungen und sonstige visuell anspruchsvolle Simulationsanwendungen machen. Die verwischungsfreie Wiedergabe war einer der Hauptgründe für die Auswahl des SIM 7. Daimler kann alle Modelle in allen Entwicklungsphasen und absolut realistischem Setting testen. Der Simulator ist für Daimler von entscheidender Bedeutung, denn mit ihm kann das Unternehmen Systeme und Komponenten künftiger Mercedes-Modelle in allen Entwicklungsphasen und absolut realistischem Setting testen. ANM MAGAZIN 2/2011 9

10 AKTUELL RTT EXCITE 2011 FAST SCHON EINE KUNST Das Haus der Kunst in München bot diesmal den großzügigen Rahmen für die Demonstration von Softwaretechnologien, Fallstudien und Vorträge aus Design, Entwicklung, Marketing und Sales, kurz, für eines der wichtigsten 3D-Events, die RTT Excite. Die Veranstalter konnten noch mehr Besucher als schon im Vorjahr in die nach München locken. Wenn sich etwas bewährt hat, gibt es eigentlich keinen Grund, es zu ändern. So dürften sich Besucher, die die RTT Excite aus dem vergangenen Jahr kennen, auch im Haus der Kunst am 19. und 20. Mai schnell zurechtgefunden haben. Die Ausstellung gliederte sich wieder in die Bereiche Design, Entwicklung, Marketing und Sales und unter den Anbietern und Kunden waren viele bekannte Gesichter. Die an den Ständen formulierten Fragen boten auch diesmal eine gute Orientierung. 3D-Daten im PLM-System Unter der Oberfläche hat sich aber sehr viel mehr getan, als der erste Blick vermuten lässt, und zwar nicht nur, dass die Veranstalter gegenüber dem Vorjahr 25 Prozent mehr und Ergonomische Studien gehören auch zu den wichtigen Einsatzgebieten von DeltaGen. damit über 700 Besucher verzeichnen konnten. RTT rückt ein Thema verstärkt ins Blickfeld, das bisher eher weniger Aufmerksamkeit erhalten hat und von vielen Firmen immer noch mit selbstgestrickten Lösungen abgedeckt wurde, nämlich die Integration von Visualisierungsdaten in Mehr als 700 Besucher haben sich diesmal in Vorträgen und an den Demopoints über neue Lösungen informiert. ein PLM-System. Die schon seit zwei Jahren bestehende Kooperation mit Siemens trägt nun immer deutlicher Früchte. Vorgestellt wurde RTT DeltaGen4Teamcenter, eine Lösung, die für eine noch direktere Integration von PLM und Visualisierung sorgt, als sie bisher möglich war. Die Themen der diesjährigen RTT Excite haben darüber hinaus gezeigt, dass die Autobranche nicht mehr so unangefochten das Feld beherrscht wie früher. Namen wie VW, Ferrari und Porsche sind zwar nach wie vor vertreten, aber die Expertise in der 3D-Visualisierung und Produktkonfiguration kommt nun auch der Konsumgüterindustrie zugute. Produktvisualisierung Ein Beispiel dafür ist der Hersteller von Skisportartikelhersteller Atomic. Das Tochterunternehmen der finnischen Amer Sports setzt RTT DeltaGen für die Produktvisualisierung und RTT Delta- Tex für die Materialauswahl ein. Der vorher zum Teil noch manuelle Workflow wurde mit Hilfe dieser Softwarelö- 10 MAGAZIN 2/2011

11 RTT EXCITE 2011 AKTUELL Beim Einsatz von Visualisierungs- und VR-Technik ist die Autoindustrie weit fortgeschritten. Aus diesem Markt stammen daher besonders viele Anwendungsszenarien für die Lösungen von RTT und die seiner Partner. Besonders bei der Vermarktung setzen immer mehr Autohersteller auf eine vollständig digitalisierte Abbildung aller Konfigurationen, zunehmend auch in bewegten Szenen. sungen vollständig digitalisiert. Somit ist es nun möglich, mit vergleichsweise geringem Aufwand Designvarianten durchzuspielen und auf teure reale Prototypen zu verzichten. RTT hat hierfür als Dienstleister Atomic dabei unterstützt, die Designprozesse anzupassen, bereits vorhandene Daten für die Visualisierung vorzubereiten und die Mitarbeiter mit den neuen Aufgaben vertraut zu machen. Grundsätzliches und Trends Neu eingerichtet hat RTT das Futurelab. Hier wurden abseits von konkreten Produkten Grundsatzfragen und Trends der 3D-Visualisierung diskutiert und Lösungen gesucht. RTT arbeitet eng mit Universitäten und Forschungseinrichtungen zusammen. So liefert zum Beispiel das Renderingverfahren Global Illumination ausgesprochen realististische Bilder, es ist aber mit der heute vorhandenen Rechenleistung sehr langsam. Welche Möglichkeiten hat man hier, Renderqualität und Rechenleistung vernünftig auszubalancieren? Oder 3D-Scanning von Objekten oder menschlichen Körpern: Es gestaltet sich immer noch sehr aufwändig, und anders als im Mainstream-CAx-Markt fehlen die Standardformate für die Weiterverarbeitung. Eigentlich nicht die besten Voraussetzungen, um diese Technik consumertauglich zu machen. Und doch arbeitet die Spieleindustrie mit Hochdruck daran, reale Körper zu digitalisieren und in die virtuelle Welt einfließen zu lassen. Welche Erfahrungen aus dem Umgang der Anwender mit 3D-fähigen Kameras und Scannern lassen sich für die Investitionsgüterindustrie nutzen? Ludwig A. Fuchs, Vorstand und Mit- Gründer von RTT, fasst zusammen: Wir sind unserem Ziel, die RTT Ex cite als weltweit führendes Branchenevent zu etablieren, ein gutes Stück näher gekommen. Die sich schnellentwickelnde Visualisierungsbranche braucht ein Event wie dieses, um einen effizienten Austausch zwischen Experten, Kunden und branchenaffinen Interessenten zu ermöglichen. Dazu kommt, dass Berührungspunkte und wertvolle Synergien zu anderen Technologien geschaffen werden, so wie wir das mit unserer Siemens-Kooperation bereits intensiv betreiben. Mit weit über 700 Besuchern haben wir die Messlatte wieder ein Stück höher gesetzt dieser Zuspruch spornt uns enorm an. In der nächsten Ausgabe werden wir aus- führlicher über die Verwendung von Daten aus DeltaGen für die Strömungssimulation und die Integration von Visualisierungsdaten in PLM-Systeme berichten. ANM Virtual Efficiency Congress /30. September 2011 Schwabenlandhalle Fellbach Ausstellung und Programm Donnerstag, Uhr Freitag, Uhr Eintrittspreise Einzelner Tag 45,00 Kombiticket (2 Tage) 70,00 Eintritt zur Ausstellung kostenfrei Mit freundlicher Unterstützung von: Kennziffer: VRM22710 Anmeldung und Informationen sowie Konditionen für Aussteller unter Veranstalter: Virtual Dimension Center Auberlenstr. 13, Fellbach Tel: +49 (0) MAGAZIN 2/

12 AKTUELL PUBLIREPORTAGE: HIGH PERFORMANCE COMPUTING RECHNEN AUF DER GPU Nvidia hat seine Grafikkarten-Technologie für das High Performance Computing geöffnet. Das Schlagwort hierfür ist GPU-Computing (GPU steht für Graphics Processing Unit). Die Tesla-Plattform bildet hier die entsprechende Produktlinie und CUDA dient als Software-Architektur. VON DR. OLIVER TENNERT positionsunabhängigen Code ( Scattered Reads ), der an beliebigen Stellen im GPU-Speicher zur Ausführung kommen kann, und volle Unterstützung für Integer- und Bit-Operationen. Mit CUDA fungiert eine GPU im Wesentlichen als Koprozessor ( Accelerator ) für einzelne parallelisierbare Routinen innerhalb eines Hauptprogramms, das auf einer herkömmlichen CPU der x86- beziehungsweise x64-ar- Moderne Multicore- CPUs ließen nicht nur im Bereich des High Performance Computing, sondern auch bei Heimanwendungen ein lange verloren geglaubtes Stück Informatikgeschichte zu neuem Leben erwachen: das der parallelen Programmierung von Multi-Threaded Applications. Offene Standards wie OpenMP erleichtern einem Softwareentwickler das Erstellen von SMP-Applikationen (Shared-Memory Processing), was für viele Programmierer der Mainframe- Generation nichts neues darstellt. Die Entwicklung steht nicht still: Sind Multicore-CPUs und OpenMP im Prinzip nichts anderes als ein Revival der altbekannten SMP-Technologie für die breite Masse, hat Nvidia sich daran gesetzt, seine Grafikkartentechnologien dem Bereich des High Performance Computing zu öffnen. Das Schlagwort hierfür ist GPU-Computing (GPU steht für Graphics Processing Unit) mit der Tesla-Plattform als die hierfür als Paradepferd herangezüchtete Produktlinie und CUDA als die Software-Architektur. CUDA steht für Compute Unified Device Architecture und beschreibt sowohl eine bestimmte GPU-Architektur als auch die dazu passende Entwicklungsumgebung für Softwareentwickler, um Programmcode für Nvidia-GPUs zu generieren. Hierzu gehören drei wichtige Komponenten: die CUDA-Driver-API (auch Low-Level- API genannt), das CUDA-Toolkit (die eigentliche Entwicklungsumgebung inklusive der Runtime-Libraries) und ein CUDA SDK mit Codebeispielen. Das CUDA-Toolkit ist im Wesentlichen eine C-Entwicklungsumgebung und bietet neben dem eigentlichen Compiler (nvcc), einer Anpassung des PathScale-C-Compilers, und hochoptimierten FFT- und BLAS-Bibliotheken auch einen Profiler, einen Debugger (cudagdb), Shared Libraries für die Laufzeitumgebung für CUDA- Programme (die Runtime-API ) und, nicht zu vergessen, eine umfangreiche Dokumentation samt Entwicklerhandbuch. Das CUDA SDK umfasst Beispiele mit Quellcode zur Matrizenberechnung, Pseudozufallszahlengeneratoren, Bildfaltung, Wavelet-Berechnungen und vieles mehr. CUDA läuft auf allen Nvidia-GPUs ab der G8X-Serie aufwärts, inklusive der GeForce, Quadro und der Tesla-Reihe, und ermöglicht Programmierern den Zugang zu der Leistungsfähigkeit der massiv-parallelen Berechnungselemente in den GPUs. GPUs haben, im Unterschied zu CPUs, sprich Prozessoren, eine Many-Core-Architektur, was zum zu Ausdruck bringen soll, dass der Grad der Parallelisierung um bis zu zwei Größenordnungen über dem bei herkömmlichen CPUs liegt. Darüber hinaus besitzt eine GPU einen eigenen Speicher, der mit sehr hoher Bandbreite von den Ausführungseinheiten der einzelnen Cores angesprochen werden kann. Im Unterschied zu den in der Vergangenheit häufig verwendeten GPG- PU- Programmiermodellen (General Purpose Computing on GPUs) über Grafikschnittstellen wie DirectX lehnt sich CUDA sehr stark an C an, bietet Shared-Memory-Bereiche (von 16k Größe) für mehrere Threads, im Prinzip CUDA steht für Compute Unified Device Architecture und beschreibt sowohl eine bestimmte GPU-Architektur als auch die dazu passende Entwicklungsumgebung für Softwareentwickler, um Programmcode für NVIDIA-GPUs zu generieren. 12 MAGAZIN 2/2011

13 PUBLIREPORTAGE: HIGH PERFORMANCE COMPUTING AKTUELL chitektur zur Ausführung kommt. Wird die komplette GPU-Architektur in ein externes System ausgelagert, ist hierfür ein Gateway-System als Hauptrechner vonnöten, an das über extern geführte PCI-Express-Verbindungen die GPU- Systeme angeschlossen werden. Aufgrund der Besonderheiten einer GPU im Vergleich zu einer CPU ist für den Softwareentwickler auch einiges zu beachten: die Bandbreite und die Latenz des Busses zwischen CPU und GPU (also im allgemeinen PCI-Express) kann sich zum Flaschenhals entwickeln, wenn gemäß dem Amdahlschen Gesetz der serielle Anteil des Gesamtprogramms zu hoch ist. Eine andere Besonderheit ist, dass die einzelnen CUDA-Prozesse in einzelne Threads zerlegt werden, die nur teilweise einen Shared-Memory- Bereich zur Verfügung haben. GPU ausgeführt werden, wird der Begriff C for CUDA für die Extensions verwendet, die es den Softwareentwicklern erlauben festzulegen, welche Funktionen auf der GPU ausgeführt werden, wie der GPU-Speicher genutzt wird, und wie die Parallel Processing-Fähigkeiten der GPU von der Anwendung eingesetzt werden. De-facto-Standard Nvidia hat mit CUDA einen De-facto- Standard geschaffen, und die Zahl der CUDA-unterstützten Applikationen wächst rasant in allen Bereichen. Es Die CUDA-Software-Entwicklungsumgebung. Die CUDA-Architektur Die CUDA-Architektur umfasst folgende Komponenten: 1. Parallele Berechnungseinheiten in den NVIDIA-GPUs 2. OS-seitigen Support für die Hardware-Initialisierung, Konfiguration usw. 3. User-Mode-Treiber, der Entwicklern eine Geräte-API zur Verfügung stellt 4. PTX Instruction Set Architecture (ISA) für parallele Berechnungssequenzen und -funktionen Die CUDA-Software-Entwicklungsumgebung unterstützt zwei verschiedene Programmierschnittstellen: eine API auf Device-Ebene, bei der die Applikation DirectX Compute, OpenCL oder die CUDA Driver API verwendet, um die GPU direkt zu konfigurieren, Compute Kernels zu starten, und Resultate einzulesen eine Programmierschnittstelle, die in verschiedene höhere Programmiersprachen integriert ist und bei der die Anwendung die C-Laufzeitumgebung für CUDA nutzt. Die Entwickler verwenden eine Reihe von Extensions, um festzulegen, welche Teile auf der GPU und welche auf der CPU gerechnet werden sollen Bei der Verwendung der Device-Level API schreiben Entwickler einzelne sogenannte Compute Kernels in unterschiedliche Dateien in einer Kernelsprache ihrer Wahl. DirectX Compute Kernels beispielsweise ( Compute Shaders ) sind in HLSL geschrieben. OpenCL Kernels sind in einer C-ähnlichen Sprache namens OpenCL C geschrieben. Die CUDA Driver API akzeptiert Kernels in C oder PTX Assembler. Bei der sprachintegrierten Schnittstelle schreiben Entwickler Funktionen in C, und die C-Laufzeitumgebung für CUDA übernimmt die Ansteuerung der GPU und die Ausführung der Berechungen. Dieses Programmiermodell erlaubt Entwicklern, auf nativen Support für gängige höhere Programmiersprachen wie C, C++, Fortran, Java, Python oder andere zurückzugreifen und durch Type- und Code- Integration Code-Komplexität und Entwicklungskosten zu minimieren: Die so genannte Type-Integration erlaubt es, sowohl Standard- als auch Vektortypen und benutzerdefinierte Typen (inklusive Structs) nahtlos über Funktionsgrenzen hinweg einzusetzen, wenn diese zum Teil auf der GPU, zum anderen Teil auf der CPU ausgeführt werden Code-Integration macht es möglich, dass dieselbe Funktion von Funktionen aufgerufen wird, die auf der GPU ausgeführt werden, und von Funktionen, die auf der CPU ausgeführt werden Wenn es notwendig ist, dass Funktionen unterschieden werden, je nach dem, ob sie auf der CPU oder auf der sind zwar auch Arbeiten an offenen Programmiermodellen wie OpenCL im Gange, die Hardware-unabhängiges Programmieren für GPU Computing erlaubt, es bleibt aber abzuwarten, ob sich Entwickler ein weiteres Mal für einen entsprechenden Portierungsaufwand begeistern werden. transtec bietet Tesla-Systeme für GPU Computing in hoher Qualität und mit sehr gut aufeinander abgestimmten Komponenten. Von High- Performance GPU-Workstations bis zu Tesla-Serverlösungen für den Schrankeinbau bietet transtec eine breite Palette an speziell designten Systemen. Als Nvidia Tesla Preferred Provider (TPP) ist transtec in der Lage, Kunden stets die neueste CUDA-Technologie zur Verfügung zu stellen, seien es vollengineerte Hybrid-Systeme oder Tesla Preconfigured Clusters. ANM Kennziffer: VRM22720 MAGAZIN 2/

14 MARKETING & VERTRIEB AUGMENTED REALITY IN DER PRAXIS Qualcomm und Mattel haben dem 3D-Spiel Rock Em Sock Em neues Leben eingehaucht. SPIEL MIT DER WIRKLICHKEIT Stellen Sie sich vor, Sie stehen vor dem Berliner Fernsehturm, halten Ihre Handykamera drauf und schon sehen Sie auf Ihrem Mobiltelefon die Information, wer in welchem Jahr das Wahrzeichen erbaut hat. Fantasie? Wohl eher nicht. Augmented Reality (AR) heißt die Technologie, die sich dahinter verbirgt. VON THOMAS NINDL Unter Augmented Reality versteht man die computergestützte Erweiterung der Realität. Bilder oder Videos werden dabei mit computergenerierten Zusatzinformationen oder virtuellen Objekten mittels Einblendung oder Überlagerung ergänzt. Ein einfaches Beispiel dafür ist bei Fußball-Übertragungen das Einblenden von Entfernungen bei Freistößen mit einem Kreis. Aber das ist nicht alles: Hinter der Technik steckt heutzutage viel mehr. Seit dem Boom von Smartphones werden immer mehr AR-Applikationen für die kleinen Allround-Geräte entwickelt. Fantasie wird Wirklichkeit Ob Anwendungen wie junaio, Layar oder Wikitude, der Fantasie der Entwickler sind keine Grenzen gesetzt. Mit Hilfe der neuen Technik können nun lustige, aber vor allem auch hilfreiche Applikationen entwickelt werden. Es kann sich hier zum Beispiel um Spiele, virtuelle Haustiere oder interaktive Hinweise für Produktverpackungen handeln. Darüber hinaus lassen sich mit Augmented Reality auch Bedienungsanleitungen virtuell darstellen. Ein einfaches Anwendungsbeispiel wäre etwa ein Reifenwechsel. Indem man die Kamera des Mobiltelefons auf das Fahrzeugrad hält, werden Schritt für Schritt visuelle Hinweise angezeigt, wie das Rad zu wechseln ist. Bis jetzt nutzten AR-Applikationen den internen digitalen Kompass des Handys sowie GPS, um den Standort einer Person zu ermitteln. Das mobile Gerät kann dadurch feststellen, wo sich der Nutzer befindet, beispielsweise vor einer Sehenswürdigkeit oder einem Restaurant. Diese Art der Positionserfassung kann aber ungenau sein und muss nicht mit der Perspektive der Kamera übereinstimmen. Hält der Nutzer sein Handy etwa auf den Berliner Fernsehturm, erkennt das GPS wohl die Position, aber nicht das Wahrzeichen selbst. Demnach würde eine AR-Anwendung, die nur auf der satelliten- und kompassgestützten Standortangabe basiert, vielleicht eher Zusatzinformationen, etwa zu einem nahegelegenen Büchergeschäft, einblenden. Exakte Umgebungserkennung Um diese Ungenauigkeit zu vermeiden, hat Qualcomm eine neue Technologie zur visuellen Umgebungserkennung entwickelt: Kamerasensoren erkennen die Umgebung und liefern Informationen punktgenau über die AR-Anwendung. Der wesentliche Unterschied ist die exakte Übereinstimmung der AR- Einblendung mit dem erfassten Kamerabildausschnitt. Dieser wird durch eine 30-mal pro Sekunde wiederkehrende Abfolge errechnet: Erkennen des Bildausschnitts, Abfrage desselben in der Datenbank, Bestimmung 14 MAGAZIN 2/2011

15 AUGMENTED REALITY IN DER PRAXIS MARKETING & VERTRIEB von Position und Orientierung und zuletzt das Überlagern der Grafik im Bildausschnitt. Die Technologie kann mehr, auch Gegenstände lassen sich mittels Kamera erfassen. Ziel ist es, Objekte anhand ihres Aussehens zu identifizieren und nicht aufgrund ihres Standorts. Aufgabe für Forschung und Entwicklung Um diese visuelle Umgebungserkennung überhaupt möglich zu machen, hat Qualcomm im Sommer 2010 die Forschungsabteilung des Wiener Unternehmens Imagination Computer Services GmbH übernommen und das Qualcomm Austria Research Center gegründet. Dabei handelt es sich um das erste Forschungszentrum des Unternehmens in Europa. Um die Entwicklung von mobilen Spielen und interaktiven Medienanwendungen voranzutreiben, investiert der Chiphersteller auch in Zusammenarbeit mit dem Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) in das neue Augmented Reality Game Studio in Atlanta (USA). Ziel ist es, die Markteinführung und Nutzung von AR-Applikationen zu unterstützen. Hierzu entwickelte Qualcomm eine mobile AR-Plattform und ein Software Development Kit (SDK) für Android-Smartphones. Entwickler können so eigene Apps erstellen und ihrer Kreativität freien Lauf lassen. Auf diese Weise wurde beispielsweise dem US-Spiele-Klassiker Rock Em Sock Em neues Leben eingehaucht: Zusammen mit Qualcomm nutzte Mattel als eines der ersten Unternehmen das Augmented Reality-SDK und entwickelte das virtuelle 3D-Spiel. Die Nutzer visieren das mit Graphiken versehene Papier mit ihren Handykameras an und können dank der AR-App die Roboter als 3D-Figur auf ihren Displays per Touchscreen steuern. Mehrere Spieler können mit einem Roboter ihrer Wahl per Handy mit AR-App gegeneinander antreten. Aus einem Stück Papier wird schnell ein virtueller Boxring. Um den Ideenreichtum zu fördern, startet Anfang November 2010 ein Entwickler-Wettbewerb, bei dem die innovativsten AR-Anwendungen prämiert werden, die auf der Plattform und dem SDK aufsetzen. Augmented Reality hat Zukunftspotenzial Im Moment ist Augmented Reality noch nicht im Massenmarkt angekommen. Marktanalysten bescheinigen der Technologie aber großes Wachstumspotenzial. Juniper Research geht davon aus, dass in diesem Jahr zwar nur zwei Millionen US-Dollar Umsatz mit AR-Anwendungen erzielt werden; langfristig rechnen die Analysten aber mit dem finanziellen Durchbruch der Apps auf dem Handy. So soll bis 2014 ein Marktvolumen von 732 Millionen US-Dollar erreicht werden. In Zukunft werden vor allem Augmented-Reality- Spiele im Mittelpunkt stehen. Ab etwa 2012 erwarten die Experten eine weitere Umsatzquelle: AR-gestützte Werbung mit Standortbezug. Einige erste Augmented-Reality- Anwendungsbeispiele zeigte Mini: Eine Zeitschriftenanzeige wurde mit einem digitalen Code versehen. Hielt der Nutzer die Anzeige vor seine Webcam und rief die entsprechende Webseite auf, bewegte sich auf dem Bildschirm ein 3D-Mini-Cabrio auf dem virtuellen Heftcover des Magazins. Künftig wird besonders auch die Werbe- und Marketingindustrie mit weiteren kreativen Kampagnen um die Aufmerksamkeit der Endkonsumenten buhlen. Auch die Fenster in öffentlichen Verkehrsmitteln eignen sich als Werbefläche: Fährt die Straßenbahn an Geschäften oder Restaurants vorbei, könnten Werbespots oder Anzeigen auf dem Fenster eingeblendet werden. Ob Spiele, virtuelle Haustiere oder virtuelle Werbeanzeigen: Hinter Augmented Reality verbergen sich interessante Möglichkeiten und potenzielle Umsatzquellen für die Mobilfunkindustrie, aber auch für Spiele-Entwickler und werbetreibende Unternehmen. ANM Kennziffer: VRM22590 Das Fachmagazin für die VFX- und 3D-Szene Jetzt gratis testen! i Industriedesign i Produktvisualisierung i Film & VFX i 3D/Animation i Digital Art i Interactive i Science & Education Images are from animago AWARD 2010 participants Like our Page

16 TRAINING & SERVICE ENERGIEMANAGER LERNEN IN VIRTUELLEN WELTEN STROMSPAREN MIT COMPUTERMAUS UND SPÜRSINN Der klassische Frontalunterricht bekommt zunehmend Alternativen. Virtuelle Trainings sind oft flexibler, billiger und effizienter. Deshalb werden jetzt in Sachsen-Anhalt Energiemanager in einer virtuellen Fabrik ausgebildet. Dort gehen sie auf die Suche nach Stromfressern, entwickeln Lösungen für sinnvolle Ausweichlösungen oder optimieren in Echtzeit und wirklichkeitsnah Teile der Produktion. VON KLAUS-PETER VOIGT Langsam öffnet sich die Tür. Der Blick wird frei in einen Arbeitsraum mit Computern und Bürotechnik. Dass die Räume menschenleer sind, stört niemanden. Für den Besucher gilt es, den Energieverbrauch in der virtuellen Fabrik Bernburg zu optimieren. Sie existiert auf der Festplatte und hat nur einen Zweck: Mit ihrer Hilfe wird die Ausbildung von Energiemanagern optimiert. Per Mausklick können Lernende Details zu jeder Maschine, jedem Gerät, das sie entdecken, auf den Bildschirm holen. Wie viel Watt verbraucht der Kopierer? Muss eine Maschine während der Pause im Leerlauf stehen? Ist es sinnvoll, einen Röhrenbildschirm durch einen mit LCD-Anzeige zu ersetzen? An Aufgaben und Anregungen für Sparpotenziale mangelt es nicht. Dann ist es die Entscheidung jedes Einzelnen, wie er handelt, um den Stromverbrauch zu optimieren, erläutert Diplomingenieur Helge Fredrich vom Magdeburger Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF. Das erfolgt in der virtuellen Welt in Echtzeit. Das System nimmt die Entscheidungen auf und liefert sofort auswertbare Ergebnisse. Es gewährleistet den ständigen Überblick über die Stromverbraucher. Alle eingesetzten Szenarien sind variierbar und können an die jeweilige Lernaufgabe angepasst werden. Hierbei spielen auch die langjährigen Erfahrungen des Instituts eine Rolle. Wir wägen ab, was dabei sinnvoll ist und beschäftigen uns mit den didaktischen Methoden in einem solchen Umfeld, erläutert der Wissenschaftler. Schnellerer Zugang Seine Nähe zum Kinobild oder zu einem Computerspiel will das Virtuelle Szenario zur Sensibilisierung und Qualifizierung im Bereich Energiemanagement nicht verbergen. Junge Leute beweisen bei solchen Anwendungen eine größere Affinität zum Lernen und überwinden Hemmschwellen schneller. In der Weiterbildung rechnen wir nach anfänglicher Zurückhaltung mit einem Aha-Effekt bei denjenigen, die seltener mit dem Computer zu tun haben, erläutert Fredrich. Bei den erfahrenen Leuten aus der Praxis zeige sich, dass sie komplexer und betriebswirtschaftlicher denken. Die Forscher des Fraunhofer IFF verfallen jedoch keineswegs in Banalitäten. Das Projekt beweist eine klare Energiemanagement einfach am Computer lernen. didaktische Komponente. Die virtuelle Fabrik als Lernumgebung bildet die Realität nach und kann so wertvolle Handlungskompetenzen vermitteln. Dazu eignen sich virtuelle Technologien besonders gut, denn realitätsnahe und zugleich interaktive Modelle ermöglichen dem Nutzer einen visuellen und damit einprägsamen Zugang zu den Aufgaben, die im Berufsalltag vor ihm stehen können. So wird ein handlungs- und erfahrungsbezogenes Lernen ermöglicht, das risikolos, zeit- und ortsunabhängig ist. Langjährige Expertise Beim Bau der ungewöhnlichen Fabrik spielen die Erfahrungen des Instituts in der Virtual Reality (VR) eine maßgebliche Rolle. Seit seiner Gründung Anfang der 1990er Jahre befasst sich das Fraunhofer IFF mit digitalen Technologien. Heute gehört es bundesweit zu den führenden Kompetenzzentren für Digital Engineering und virtuelle Trainingsanwendungen. Mit seinem 2006 eröffneten Virtual Development and Training Centre (VDTC) verfügt es über eine Einrichtung mit einer zum Teil weltweit einzigartigen technischen Ausstattung. Ingenieure und Wissenschaftler können hier komplette Anlagen der Chemieindustrie, Maschinen oder Fahrzeuge im Maßstab 1 : 1 planen, entwickeln und gegebenenfalls in einer Computersimulation testen. Von Anfang an beschäftigen sich die Magdeburger Spezialisten damit, wie man die digitalen Abbilder der technischen Systeme und Lösungen zudem für das Training und die Ausbil- 16 MAGAZIN 2/2011

17 ENERGIEMANAGER LERNEN IN VIRTUELLEN WELTEN TRAINING & SERVICE dung des Personals nutzen kann, das später an den realen Anlagen arbeitet. Damit zählt das Institut in der Landeshauptstadt Sachsen-Anhalts heute zu den Einrichtungen in der Bundesrepublik, die eine besondere Expertise im Bereich des virtuell-interaktiven Lernens vorzuweisen haben. Vielfältige Anwendungsgebiete Anwendung findet dieses Fachwissen auf unterschiedlichsten Gebieten, zum Beispiel bei der Ausbildung des Bedienpersonals von CNC-Maschinen, bei Sicherheitstrainings von Piloten oder Chemiearbeitern oder für Montageund Instandhaltungsanleitungen in der Industrie. Dabei erweist sich die virtuelle Realität als geeignetes Mittel, um einerseits Handlungsabläufe gefahrlos und kostengünstig zu trainieren und andererseits funktionale sowie physikalische Zusammenhänge von Geräten, Maschinen oder anderen technischen Lösungen visuell zu vermitteln. Eine andere Anwendungsmöglichkeit findet sich im Marketing. Auf Messen oder bei Firmenpräsentationen lassen sich so neue Produkte, Anlagen oder sogar ganze Standorte detailliert und interaktiv vorstellen, bevor sie überhaupt gebaut sind, um dem Gegenüber einen ersten Eindruck von Plänen zu vermitteln. Bei der Konstruktion und Entwicklung bewiesen virtuelle Technologien ihre Berechtigung, sagt Fredrich. Physikalische Eigenschaften könnten ebenso in einer virtuellen Umgebung getestet werden wie Funktionsmuster. Das erspare bis zu einem gewissen Punkt sonst aufwändige Versuche mit den auf klassischem Wege gebauten Modellen. Selbst Szenarien im Städtebau wie bei der Planung des Besucherzentrums am Eisleber Lutherhaus in Sachsen-Anhalt ließen sich darstellen und erleichterten die Arbeit von Städteplanern und Architekten. Sie könnten in der virtuellen Welt Lösungen erstellen und sie im Kontext mit der Umgebung des Gebäudes auf ihre Wirkung hin untersuchen. Auszubildende lernen Energiemanagement virtuell Das Training ist damit eines von vielen praktischen Anwendungsgebieten für VR-Technologien. In diesen VR-Welten entwickeln die Magdeburger Experten für ihre Wirtschaftskunden komplette Werkhallen, in denen das künftige Personal jeden Winkel kennenlernen oder Verfahrensabläufe üben kann. Maschinen lassen sich zu Ausbildungszwecken komplett montieren oder demontieren, um deren Funktionsweise beherrschen zu lernen. Eines der jüngsten Kinder in dem Zusammenhang ist die virtuelle Fabrik Bernburg. Seit Ende 2010 beweist sie ihre Leistungsfähigkeit und ist Teil eines breit angelegten Forschungsvorhabens, das vom Land Sachsen- Anhalt und dem Europäischen Sozialfonds gefördert wird. Partner der Forscher des Fraunhofer IFF bei dieser Virtuellen Fabrik ist die BTZ Bildungsgesellschaft Bernburg GmbH. Geschäftsführer Jens Kramersmeyer sieht viel Potenzial in der Kooperation. Wir engagieren uns für alle Dinge, die mit erneuerbaren Energien und dem Energiemanagement zu tun haben, sagt er. Das virtuelle Szenario versteht er als eine große Chance, die Ausbildung auf unterschiedlichen Ebenen auszubauen. Neue Lernmethoden würden dabei einen unschätzbaren Dienst leisten. Lehrgänge zu Energie, Verbrauch und Optimierung, kurz LEVO genannt, setzten auf die virtuelle Fabrik. Es gibt Kurse für Auszubildende, denn das BTZ ist in einem Ausbildungsverbund zuständig für 150 Lehrlinge aus 30 Unternehmen der eigenen Region. In einer langfristig angelegten Bildungsmaßnahme vermitteln die Lehrkräfte der BTZ Grundlagen der Energiegewinnung und des -verbrauchs. Künftige Energiemanager sind später in der Lage, die Verbrauchsoptimierung für einen breiten Kundenkreis durchzuführen. Dazu soll die Identifizierung Bild 2 und 3: Spielerisch bewegen sich die Lernenden durch das virtuelle Unternehmen und bekommen zum Beispiel wichtige Informationen über die Höhe und Verteilung des Energieverbrauchs der elektrischen Geräte. von Sparpotenzialen, die Chancen der Kohlendioxidreduzierung und Kostensenkung durch Energieverbrauchersubstituierung geschult werden. Die Lernumgebung bildet die Wirklichkeit nach und ist damit in der Lage, vielfältige Kompetenzen zu vermitteln. Dazu eignen sich Technologien der virtuellen Realität, denn sie ermöglichen dem Nutzer einen visuellen und so einprägsamen Zugang zu den Aufgaben des Berufsalltags. Durch diese VR- Umgebung wird ein handlungs- und erfahrungsbezogenes Lernen ermöglicht, das risikolos, zeit- und ortsunabhängig ist, versichert Fredrich. Wissen zu Energie wollen wir aber auch an Schüler weitergeben, berichtet Geschäftsführer Kramersmeyer. Aus dem Gymnasium Carolinum Bernburg waren 50 Mädchen und Jungen im BTZ, um ihr Wissen über Energie auszubauen. Daneben sitzen Unternehmer am Computer, um sich fortzubilden. Als Erfolg sieht es der Geschäftsführer an, wenn es gelingt, Pseudowissen anschaulich auszuräumen. Natürlich sollen die Kursteilnehmer lernen, wie man Energieverbraucher identifizieren, bilanzieren und optimieren kann. Das Projekt mit dem Magdeburger Fraunhofer-Institut ist für ihn noch nicht abgeschlossen. Seine Vorstellungen gehen weiter. Ich möchte, dass das Computerprogramm weiterentwickelt wird und unter anderem an Schulen zum Einsatz kommt, sagt er. Dabei blickt er über den eigenen Tellerrand, möchte schon frühzeitig für einen sinnvollen Energieverbrauch sensibilisieren und Anknüpfungspunkte für regenerative Energien schaffen. ANM Kennziffer: VRM22639 MAGAZIN 2/

18 TRAINING & SERVICE VR BEI DER REHABILITATION MASSGESCHNEIDERTE THERAPIE Die geriatrische Abteilung des Robert-Bosch-Krankenhauses in Stuttgart setzt bei der Rehabilitation von Schlaganfallpatienten auf den Einsatz der Virtual-Reality-Technologie von Visenso. Zu den Forschungsschwerpunkten gehört die Wirkung von Trainingsmaßnahmen bei kognitiven Einschränkungen und physischen Funktionseinschränkungen. VON ANDREA PAUL Auch in der Medizintechnik und der Entwicklung viel diskutierter, personalisierter Therapieformen findet die virtuelle Realität (VR) zunehmend Verbreitung. Um die Möglichkeiten eines Einsatzes der VR-Technologie in der geriatrischen Rehabilitation erforschen und bestehende Therapieformen weiter entwickeln zu können, wurde in der Klinik für Geriatrische Rehabilitation des Robert-Bosch-Krankenhauses in Stuttgart Ende des letzten Jahres eine VR-Anlage installiert. Zu den Forschungsschwerpunkten von Chefarzt PD Dr. med. Clemens Becker, Facharzt für Innere Medizin und Geriatrie und Leiter der Klinik für Geriatrische Rehabilitation am Robert-Bosch-Krankenhaus, und seinem Team gehört unter anderem die Wirkung von Trainingsmaßnahmen bei kognitiven Einschränkungen und physischen Funktionseinschränkungen, wie sie beispielsweise in Folge eines Schlaganfalles auftreten. Mit Hilfe der VR-Installation möchten wir herausfinden, wie eine stereoskopische Darstellung einer virtuellen Welt die Gewöhnung an das Gehen beschleunigt, so Dr. Becker. Visuelle Wahrnehmung und physische Bewegung Für die Umsetzung der kompletten Lösung inklusive der Projektions- Hardware, dem Graphik-Workstation- Cluster und der VR-Software zeichnet der Stuttgarter Visualisierungs- und VR-Experte Visenso GmbH verantwortlich. Die Passiv-Stereo-Rückprojektion mit Projectiondesign-Projektoren F32 SXGA+ (mit bis zu ANSI-Lumen) erfolgt auf eine Leinwand mit den Ma- Ganglabor mit Patient und einer Physiotherapeutin. ßen 2,66 x 2,00 Meter. Angesteuert wird die Projektion von einem PC-Cluster, das sich aus zwei HP-Grafik-Workstations mit Nvidia-FX4800-Grafikkarten sowie einem Steuerungsrechner zusammensetzt. Darüber hinaus wurde die Installation so vorbereitet, dass das VICON-Tracking-System des benachbarten Ganglabors bei Bedarf eingebunden werden kann. Um Schlaganfall-Patienten bei der Wiedergewinnung ihrer Motorik zu unterstützen, setzt die geriatrische Abteilung bei der Rehabilitation unter anderem Laufbänder ein. Der Schlüssel zur Durchführung von Untersuchungen zum Potenzial der virtuellen Realität in diesem Bereich liegt in einer speziell entwickelten Steuerungssoftware. Sie erlaubt es den Ärzten und Physiotherapeuten über die direkte Kopplung der VR-Installation mit dem Laufband das Zusammenspiel der visuellen Wahrnehmung und der tatsächlichen physischen Bewegung vollkommen frei und flexibel zu gestalten. So können die Patienten Stück für Stück wieder an das normale Gehen gewöhnt werden. Die Softwarelösung, die auf der VR-Installation zum Einsatz kommt, basiert auf der VR-Software COVISE von Visenso. In Partnerschaft mit dem Max-Planck-Institut für Bildungsforschung in Berlin wurde eine dort entwickelte Navigationssoftware an die COVISE-Software gekoppelt. Für das Rendering auf dem PC-Cluster kommt die Rendering-Software OpenCO- VER zum Einsatz. Die Gestaltung der virtuellen Welten, durch die sich die Patienten hindurchbewegen, kann sowohl mit Hilfe professioneller Modellierungssoftware als auch auf Basis 18 MAGAZIN 2/2011

19 VR BEI DER REHABILITATION TRAINING & SERVICE bereits existierender Lösungen aus dem Computer-Spiel-Umfeld (wie der Wiimote von Nintendo) erfolgen. Das Laufband wurde direkt vor der Projektionswand (Powerwall) platziert. Schlaganfallpatienten können sich beim Training auf diese Weise durch ein (virtuelles) Zoo-Szenario bewegen, um hier nach und nach vorgegebene Tiere aufzuspüren. Ziel der weiteren Entwicklung der Anwendung in den kommenden Monaten ist die Bereitstellung eines Editors, der es Ärzten und Therapeuten erlaubt, für jeden Patienten maßgeschneiderte Therapie-Angebote im Sinne einer personalisierten Medizin zu gestalten. Hierbei spielt auch die Erforschung der zugrunde liegenden Zusammenhänge eine wichtige Rolle. Durch die Möglichkeit, die visuelle Wahrnehmung der virtuellen Welt auf der Leinwand und die physische Wahrnehmung der tatsächlichen Bewegung unabhängig voneinander zu kontrollieren, lassen sich die visuell wahrnehmbaren Reaktionen auf Bewegungen sehr einfach übersteigern oder auch dämpfen; dementsprechend stärker oder schwächer wird auch eine motorische Reaktion des Patienten auf einen visuellen Reiz erfolgen. Gerade bei Schlaganfallpatienten lassen sich so die Anreize sehr sensibel auf die Reaktionen abstimmen, das heißt, man kann zum Beispiel erwünschte Reaktionen durch eine Dämpfung in der Darstellung verstärken und unerwünschte Reaktionen durch eine Übersensibilisierung via Verstärkung dämpfen. Das heißt in der Praxis: Wird in der virtuellen Welt ein kleiner Schritt nach vorne abgebildet, obwohl der Patient real einen normalen Schritt gemacht hat, wird er den nächsten Schritt größer ansetzen, um das gewünschte Vorwärtskommen (in der virtuellen Welt) zu erreichen. Patientin auf dem Laufband im VR-Raum vor der Powerwall mit der Zoo-Animation. Beliebige Manipulation Die möglichen Manipulationen sind aber nicht nur auf eine einfache Verstärkung oder Dämpfung beschränkt, sondern können nahezu beliebig gestaltet werden. Hierdurch eröffnet sich ein sehr großes Forschungsgebiet. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Situation am Robert-Bosch- Krankenhaus: Während für die meisten Untersuchungen in Forschungseinrichtungen oder an Universitäten auf gesunde Probanden zurückgegriffen werden muss, kommen am Robert-Bosch-Krankenhaus tatsächliche Schlaganfall-Patienten mit der modernen Technologie in Berührung. Selbstverständlich werden hier die Untersuchungen mit dem Ziel einer bestmöglichen Unterstützung des Heilungsprozesses auf die jeweiligen Patienten individuell abgestimmt. Erste Untersuchungsergebnisse haben gezeigt, dass durch den Einsatz der VR-Technologie im Lauftraining eine deutliche Steigerung der Motivation der Patienten zu beobachten ist: die Tatsache, dass die Übungen nicht in einer herkömmlichen Laufband- Situation stattfinden, sondern unter Einsatz modernster Medientechnologie, erhöht die Attraktivität der Übungen für die Patienten deutlich. Das hat sowohl positive Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit der Therapie als auch auf ihre Effektivität. Ausblick In die virtuelle Welt lassen sich darüber hinaus zusätzliche Aufgaben integrieren, beispielsweise die parallele Bearbeitung kognitiver Fragestellungen; so werden in dem virtuellen Zoo-Szenario Navigationsaufgaben gestellt, durch die die Patienten neben der physischen Beanspruchung durch das Gehen auf dem Laufband auch mental gefordert werden. Besonders interessant ist dabei zu beobachten, wie sich die Bearbeitung der Navigationsaufgabe letztlich auf die Motorik auswirkt. Die Klinik für Geriatrische Rehabilitation plant weitere Forschungsprojekte, die die Weiterentwicklung der Therapiemöglichkeiten, die sich durch den Einsatz der VR-Technologie eröffnen, zum Inhalt haben. Gleichzeitig soll aber auch eine Basis geschaffen werden, die künftig eine breite Anwendung der am Robert-Bosch- Krankenhaus entwickelten Therapien in Kliniken und Praxen ermöglicht. Da die Kosten im Gesundheitswesen stets eine entscheidende Rolle spielen, kommt den Entwicklungen der Visenso GmbH bei den besonders kostengünstigen VR-Installationen eine wichtige Bedeutung zu. Durch den Einsatz von inzwischen in sehr guter Qualität verfügbaren 3D-Monitoren in Kombination mit sehr günstigen 3D- Eingabegeräten, beispielsweise der Wiimote von Nintendo oder der Kinect von Microsoft, ist die Anwendung auch für kleinere Kliniken und sogar Physio-Therapie-Praxen von großem Interesse. Gemeinsam mit Dr. Becker und seinem Team werden wir neue Entwicklungen auf diesem Gebiet vorantreiben und validieren, kündigt Dr. Andreas Wierse, Geschäftsführer der Visenso GmbH, an. ANM Kennziffer: VRM18474 MAGAZIN 2/

20 TRAINING & SERVICE TEAMTRAINING IM VIRTUELLEN RAUM TROCKENÜBUNGEN Die Zusammenarbeit komplexer technischer Geräte lässt sich realitätsgetreu simulieren mit Hardware von der Stange und Original-Bediengeräten. Das hilft, Kosten zu sparen und die Ausrüstung zu schonen. VON AXEL KÖLLING Wenn Armeen an einen Fluss kommen, haben sie ein Problem. Denn Flüsse verfügen heute nicht mehr über flache Furten wie zu den Zeiten, als die Karthager mit Elefanten gen Rom marschierten. Moderne Wasserstraßen sind tief und fließen schnell, sodass sie meist nur mit modernem, teurem Gerät überwunden werden können. Das sieht dann so aus, dass eine Reihe von Amphibienfahrzeugen im Wasser aneinandergekuppelt wird und eine Brücke bildet. Dieser Vorgang ist jedoch nicht ganz gefahrlos für Mensch und Gerät: Bei Wind, Wellengang und Strömung erfordert das präzise Zusammenspiel der Fahrzeuge viel Geschick und vor allem Übung. Im schlimmsten Fall können die Amphibien nämlich so aufeinanderprallen, dass sie stark beschädigt werden und für den Einsatz nicht mehr verwendet werden Der Bau von Behelfsbrücken mit der Amphibie M3 kann in der virtuellen Realität geübt werden. szenaris kombiniert Hardware von der Stange mit Original-Bediengeräten, um effiziente VR-Lösungen zu entwickeln. Hier ist ein Arbeitsplatz für die Amphibie M3 dargestellt. können. Auch das Training dieses Vorgangs ist nicht ganz unproblematisch: Es verschlingt viel Zeit und Geld, weil die teuren Fahrzeuge bereitgehalten und vielleicht auch ein Fluss vorübergehend für die Schifffahrt gesperrt werden muss. Nicht zuletzt kann bei den Übungen auch einiges schiefgehen, was die Kosten in die Höhe treibt. Die Bundeswehr setzt daher auf Virtual-Reality-Teamtraining. Der Vorgang kann im virtuellen Raum realitätsgetreu geübt werden, ohne dass die Geräte zur Verfügung stehen müssen. Das funktioniert nicht nur mit den Amphibien, sondern auch mit Schwimmbrücken und demnächst mit so genannten Faltfestbrücken. Das Bundesamt für Wehrtechnik und Beschaffung (BWB) hat den Bremer E-Learning- und Virtual-Reality-Spezialisten szenaris GmbH kürzlich beauftragt, diese dritte Ausbildungsmöglichkeit zu entwickeln. Das System der Bundeswehr bietet mehrere Besonderheiten. So laufen alle drei Simulationen Amphibien, Faltschwimmbrücken und Faltfestbrücken auf dem gleichen System. Dabei handelt es sich um eine KoCUA-Anlage (Kooperative computerunterstützte Ausbildung), auch Virtual-Reality-Team- trainer genannt. Der Wechsel von einer auf die andere Anwendung dauert nur wenige Minuten und reicht nicht einmal für eine Kaffeepause. Darüber hinaus können mehrere Akteure gleichzeitig trainieren und auch visuell miteinander Kontakt aufnehmen. Jeder Teilnehmer bedient dann etwa virtuell ein anderes Fahrzeug, sieht aber auch die Kollegen und interagiert auf dem Bildschirm mit ihnen. In der Bundeswehr-Version sind das bis zu vier so genannte Charaktere, für Singapur wurde sogar eine Fassung mit acht Teilnehmern entwickelt. VR mit Standardkomponenten Einzigartig ist aber vor allem die technische Grundlage der Virtual-Reality- Systeme von szenaris: Es handelt sich laut Geschäftsführer Dr. Uwe Katzky um Hardware von der Stange. Dabei werden normale Computer eingesetzt, die zwar über eine hohe, aber keine außergewöhnliche Leistung verfügen. Wir sprechen von PC-basierter Simulation, sagt Katzky. An diese Standard-Hardware werden die Original-Bediengeräte der jeweiligen Anwendung angeschlossen. Die Programmierung der Schnittstellen sei dabei oft eine Herausforderung, berichtet Katzky. Manchmal gehe das nur mit Trial and Error, weil es keine Schnittstellenbeschreibung gibt. Am Ende stehen aber immer alle realen Bedienfunktionen der Geräte auch in der virtuellen Welt zur Verfügung. Entscheidend für den Nutzen der Systeme ist jedoch das realistische Verhalten der Steuerung von Fahrzeugen. Wenn ein Fahrzeug in der Wirklichkeit mit kurzer Verzögerung auf eine Anweisung reagiert, muss dies auch im Trainingssystem so sein. Und wenn die Reaktion in Echtzeit erfolgt, wird dies ebenfalls im System umgesetzt. Katzky nennt als Beispiel für eine besondere 20 MAGAZIN 2/2011

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