3/2011 MAGAZIN VISUALISIERUNG SIMULATION INTERAKTION ANIMATION

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1 Euro 6,50 Eine Publikation der WIN-Verlag GmbH & Co. KG ISSN /2011 MAGAZIN VISUALISIERUNG SIMULATION INTERAKTION ANIMATION ANZEIGE AUTOMOTIVE Virtuelle und reale Welt wachsen zusammen TRAINING Simulation von Entschärfungsrobotern MARKETING Augmented Reality hilft beim Verkauf Contentbild: PI-VR

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

3 EDITORIAL PASSEN SIE AUF, WAS SIE SAGEN. Zumindest wenn Sie in der CAVE des California Institute for Telecommunications and Information Technology stehen, dort einen Architekturentwurf betrachten und Ihre Gehirnströme gleichzeitig aufgezeichnet werden. Die Elektro-Enzephalogramm-Kurven könnten Ihre verbale Begeisterung als nicht ganz echt entlarven. Doch hier geht es nicht um eine Art VR-Lügendetektor, sondern darum, über EEG und Tracking der Augenbewegungen festzustellen, welche Details eines Architekturentwurfs für den Betrachter wirklich interessant sind. Die Navigation und Kommunikation in komplexen Raumverhältnissen wie etwa in Krankenhäusern oder Schulen lässt sich auf diese Weise auch für Menschen verbessern, die sich nicht mehr mit Worten verständlich machen können. Während sich der VR-Einsatz in der Architektur eher noch in der Anfangsphase befindet, ist er in der Autoindustrie, der Konsumgüterindustrie oder der Luft- und Raumfahrtbranche schon selbstverständlich. Auch mittelständische Unternehmen setzen in verschiedenen Stadien der Produktentwicklung und im Marketing zunehmend VR-Systeme ein. Erschwingliche Hard- und Software soll es möglich machen. Aber bislang sind die Anwendungen im Mittelstand noch dünn gesät, was natürlich auch die Frage aufwirft, ob wirklich jedes Fertigungsunternehmen VR braucht, auch wenn die entsprechenden Systeme immer weniger kosten. Unter anderem dieser Frage wird sich auch der Virtual Efficiency Congress des VDC am 29. und 30. September in Fellbach widmen und damit ökonomische und technische Gesichtspunkte der virtuellen Realität gleichermaßen ausleuchten. Zudem werden Vertreter namhafter Unternehmen wie Daimler über VR im Alltag berichten. Und die haben auch in unserem Heft das Wort. Andreas Müller, Leitender Redakteur MAGAZIN 3/2011 3

4 INHALT AKTUELL VIRTUAL EFFICIENCY CONGRESS: Wie schon im vergangenen Jahr, so findet auch 2011 der Virtual Efficiency Congress wieder in der Schwabenlandhalle in Fellbach statt. In Fachvorträgen, Workshops und der Ausstellung können sich Besucher über Einsatzmöglichkeiten von VR-Lösungen in den Bereichen Engineering, Prozesse und Management sowie Kommunikation und Marketing informieren. TRAINING & SERVICE Die Simulation von Manipulatorfahrzeugen im Entschärferbereich stellt eine große ingenieurstechnische Herausforderung dar. Das Ziel derartiger Simulationen ist es, sowohl das Fahr- und Steuerungsverhalten des Fahrzeugs als auch die komplexen Interaktionen mit der Umwelt plausibel abzubilden, um die operationellen Einsatzkräfte bestmöglich auf den realen Einsatz vorbereiten zu können. Bild: Cassidian AKTUELL 6 Zuhören, betrachten, ausprobieren: Virtual Efficiency Congress in Fellbach 7 Menschen und Märkte: Neues aus der VR-Welt BRANCHE 10 Bestandteil der Prozesse: Andreas Petersen und Wolfgang Kaiser, ci-base, über VR in der Luft- und Raumfahrtbranche 14 Zwei Welten wachsen zusammen: VR-Einsatz in der Automobilindustrie HARDWARE 12 Klein und dennoch riesig: VR-Walls von Schneider Digital DESIGN & ENGINEERING LUFT- UND RAUMFAHRT Die Luft- und Raumfahrtindustrie gilt als am weitesten fortgeschritten, was den Einsatz von Virtual-Reality-Lösungen betrifft. Mit Andreas Petersen, Geschäftsführer, und Wolfgang Kaiser, Senior Sales Manager bei der ci-base Software GmbH, sprachen wir über den aktuellen Stand der Technologie und Trends in der Branche. Bild: ci-base Software GmbH AUTOMOBILINDUSTRIE Die Autoindustrie schlägt sich derzeit gut auf den internationalen Märkten. Dazu können nicht nur die klassischen CAD- Werkzeuge für die Prozessplanung und die Produktentwicklung einen Beitrag leisten, sondern auch Virtual-Reality-Systeme, indem sie zum Beispiel frühzeitige Designentscheidungen fördern oder eine realistische Schulung der Mitarbeiter am virtuellen Modell ermöglichen. Bild: Daimler AG 17 Handgreiflich: Audi A6 in der interaktiven Visualisierung TRAINING & SERVICE 18 Safety First: Realitätsnahe Trainingssimulation von Entschärfungsrobotern PRODUKTION & PROZESSE 22 Die Muskeln spielen lassen: Humanoide Roboter mit Antrieben von maxon MARKETING & VERTRIEB 24 Erkennen, nicht vermuten: Oliver Schiffers, SapientNitro, über Augmented Reality in der Werbung PRAXIS 28 Für eine bessere Architektur: CAVE-CAD verbindet VR und neurologische Erkenntnisse TITELBILD: SCHNEIDER DIGITAL Schneider Digital produziert und vertreibt professionelle 3D-Hardware. Die Kunden stammen aus den Bereichen GIS, CAx, Architektur, Forschung, Medizin, Animation, Film/TV und Digital Imaging. Eine neuartige Lösung für präzise Visualisierung bietet Schneider Digital in der mini VR-Wall an. Ob Powerpoint-Präsentation oder komplexe VR-Darstellung, nahezu alle Daten lassen sich auf dem 5,46 x 2,25 Meter großen Screen anschaulich wiedergeben. Die Einsatzmöglichkeiten reichen dabei vom digitalen Prototyping in der Fabrikplanung über Design, Einbauuntersuchungen, Strömungsvisualisierungen und Ergonomie-Checks bis hin zur Nutzung als Konfigurator am POS oder auf Veranstaltungen. Ein günstiger Anschaffungspreis, niedrige Folgekosten und die hohe Qualität der Darstellung machen die mini VR-Wall für den Mittelstand attraktiv. Ausführliche Informationen: Schneider Digital Josef J. Schneider e. K., Maxlrainer Straße 10, Miesbach Telefon: / , Fax: / Internet: 4 MAGAZIN 3/2011

5 VIRTUAL EFFICIENCY CONGRESS AKTUELL ZUHÖREN, BETRACHTEN, AUSPROBIEREN Wie schon im vergangenen Jahr, so findet auch 2011 der Virtual Efficiency Congress wieder in der Schwabenlandhalle in Fellbach statt. In Fachvorträgen, Workshops und der Ausstellung können sich Besucher über Einsatzmöglichkeiten von VR-Lösungen in den Bereichen Engineering, Prozesse und Management sowie Kommunikation und Marketing informieren. Mit sinkenden Preisen sollte sich die Investition in eine VR- Lösung zunehmend auch für kleine und mittelständische Unternehmen rechnen. Wegbereiter dafür sind auch die 3D-begeisterten Endanwender, die sich auf dem Fernseher zu Hause oder im Kino Filme in Stereo 3D anschauen und damit für die Skaleneffekte der Massenproduktion in der Industrie sorgen. Doch da stimmt etwas nicht: Die Verbreitung von 3D-Fernsehern hat längst nicht die Erwartungen der Hersteller erfüllt, und nur wenige Stereo- 3D-Filme haben sich im Kino wirklich als Blockbuster erwiesen. Wo sind außerdem all die mittelständischen Unternehmen, die so eifrig VR-Technik einsetzen? Auf Kongressen und Konferenzen sieht man sie jedenfalls meist nur im Auditorium. Auf der Bühne sitzen, wenn es um die spektakulären Fallstudien geht, dann aber die Vertreter der großen Autohersteller, Anlagenbauer und Konsumgüterspezialisten. Auf dem Virtual Efficiency Congress wird es ausreichend Gelegenheit geben, diesen Widerspruch zwischen den vorhandenen Möglichkeiten und der Realität aufzuklären. Einen Ansatz dazu könnte Henning Linn von der Firma Feynsinn liefern, der unter dem Titel Braucht die Welt VR? Eine Bestandsaufnahme am ersten Veranstaltungstag referiert. Und Dr. Christoph Runde, Geschäftsführer des VDC Fellbach, wird den Kongress mit einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von VR-Lösungen einleiten und damit vielleicht auch einige Skeptiker mit handfesten Argumenten überzeugen. Direkt betrachten und ausprobieren Aber andererseits: Dass das Interesse an VR-Lösungen im Mittelstand durchaus besteht, das haben die erfolgreichen Veranstaltungen des Fellbacher Virtual Dimension Center (VDC) in den vergangenen Jahren ja bereits bewiesen, auch wenn es vielleicht in der Praxis noch nicht danach aussieht. So verwundert es nicht, dass das Fellbacher Virtual Dimension Center (VDC) im Rahmen des Virtual Efficiency Congress zum nunmehr dritten Mal die bewährte Mischung aus Fachvorträgen, Workshops und einer Ausstellung in der Schwabenlandhalle organisiert. Unterstützt wird der Kongress in diesem Jahr durch die Industrie- und INFO: VIRTUAL EFFICIENCY CONGRESS Wann: 29.und 30. September 2011 Wo: Schwabenlandhalle, Fellbach, Fellbach Beginn der Ausstellung: Donnerstag, 29. September 2011, 8.00 Uhr Ende der Ausstellung: Freitag, 30. September 2011, Uhr Eintritt: Ein Tag: 45 Euro, beide Tage: 70 Euro Internet: MAGAZIN 3/2011 5

6 AKTUELL VIRTUAL EFFICIENCY CONGRESS Handelskammer Bezirkskammer Rems-Murr, die Wirtschaftsförderung Region Stuttgart, die Industrievereinigung Fellbach, die Filmcommission Region Stuttgart und die Firma Projectiondesign. 3D-Technologien lassen sich in vielen Unternehmensbereichen gewinnbringend einsetzen, erklärt Dr. Christoph Runde, Geschäftsführer des VDC Fellbach. Die Technologie kann beispielsweise für 3D-Filme im Marketing, für virtuelle Prototypen in der Entwicklung oder für die Simulation von Arbeitsabläufen zur Prozessoptimierung genutzt werden. Diese zahlreichen Nutzungsmöglichkeiten wollen wir mit dem Kongress genauer beleuchten. Der Virtual Efficiency Congress setzt sich aus Workshops, Fachvorträgen sowie einer Ausstellung von Hard- und Softwareherstellern zusammen. Der Fokus liegt in diesem Jahr auf den Bereichen Engineering, Prozesse und Management sowie Kommunikation und Marketing. An beiden Tagen des Kongresses präsentieren Fachleute aus verschiedenen Branchen, wie Virtual Reality von Unternehmen gewinnbringend eingesetzt werden kann. Die Vorträge widmen sich beispielsweise dem Thema 3D-Simulation im Ausbildungsbereich bei Festo Didactic oder auch dem Thema 3D- Storytelling, das von Ludger Pfanz von der staatlichen Hochschule für Gestaltung Karlsruhe genauer erläutert wird. Zu den Ausstellern gehören unter anderem die Spezialisten für Medientechnik Davit aus Stuttgart sowie die Karlsruher Fachleute für interaktive 3D-Visualisierung Lumo Graphics. Bei der Ausstellung können die in den Vorträgen vorgestellten Technologien von der Hardware bis zu Softwarelösungen direkt betrachtet und ausprobiert werden, so Runde. Ausstellungen, Vorträge, Workshops Der Virtual Efficiency Congress hat in den vergangenen Jahren stets mehrere hundert Besucher aus allen Wirtschaftsbereichen sowie internationale Gäste angezogen. Der Kongress dreht sich nicht nur um Anwendungsund Fachwissen, sondern natürlich auch um das Networking zwischen Anbietern, Nutzern, Entwicklern und Interessenten an Virtual- Reality-Technologien. Dank der Kombination aus der Ausstellung sowie den Vorträgen und Workshops können Unternehmen leicht in Kontakt kommen und verschiedene Lösungen direkt vor Ort betrachten. Ich denke, dies ist der Schlüssel zum Erfolg unserer Veranstaltung, so Runde abschließend. Ausgerichtet wird der VEC vom Virtual Dimension Center Fellbach. Es zählt derzeit rund 70 internationale und nationale Mitglieder sowie Partner. Darunter sind Anbieter, Nutzer oder Entwickler von Virtual-Reality-Technologien aus der Wirtschaft, aber auch Forschungseinrichtungen und Hochschulen. Ziel des VDC ist es, das Wissen führender Forscher, Entwickler, Anbieter und Anwender rund um das Thema Virtual Engineering zu bündeln und zugänglich zu machen. AUSSTELLER AUF DEM VIRTUAL EFFICIENCY CONGRESS Anbieter Produkte und Lösungen 3D Cyberdream OHG 3D und Stereo-3D-Soft- und Hardware. Autorisierter Gold Partner von Autodesk. Lösungen von Anbietern wie BOXX Technologies, Hyundai, Autodesk, Adobe, Chaos Group, Hewlett Packard, Luxology, Right Hemisphere und Supermicro. Barco GmbH Hochleistungsprojektoren und Mediensysteme für Anwendungsgebiete wie Virtual Engineering, medizinische Bildgebung, Unterhaltung, Infrastruktur, Verkehr, Verteidigung, Ausbildung und Training. Davit GmbH Konferenzraumtechnik, Videokonferenzen, interaktive 3D-Visualisierungen, Virtual Reality, Mediensteuerung, intelligente Gebäudeautomatisierung und Multimedia Home-Entertainment sowie maßgeschneiderte Konzepte für komplexe Computersysteme in der Büro- und Unternehmenskommunikation EST Engineering Systems Technologies GmbH & Co. KG Hannover Messe Bereich Leitmesse Digital Factory Lumo Graphics Projectiondesign Projekt PRoSeSC Tridelity AG Visenso GmbH VisioEmotion Anbieter von Hard- und Software für Virtual Reality (VR), Augmented Reality und visuelle Simulation. Softwarelösungen für die Produktion und Produktentwicklung und deren Einbindung in die Unternehmensprozesse. interaktive 3D-Visualisierung im Verkauf, 3D-Produktkonfiguration Hochleistungsprojektoren für professionelle und private Einsatzmöglichkeiten. Zu den Kernanwendungsgebieten zählen hochauflösende technische Visualisierungen und Simulationen, medizinische Bildgebung, E-Cinema und öffentliche Anzeigen. EU-Förderprojekt mit acht Partnern. Ziel ist die nachhaltige Weiterentwicklung des europäischen Straßenverkehrs. Autostereoskopische 3D-Displays mit Hard- und Softwarelösungen für den Single-Viewer wie auch den Multi-View- Bereich. Anbieter für interaktive virtuelle Realität. Engineering-Lösungen in allen Anwendungsfeldern innovativer Virtual-Reality-Technologien, Analyse von Berechnungsergebnissen. Augmented Reality- (AR-) Projekte online, offline und mobil; 3D-Animationen und 3D-Modellierung; fotorealistische Renderings und Webapplikationen. 6 MAGAZIN 3/2011

7 NEUES AUS DER VR-WELT AKTUELL STARTSCHUSS FÜR 3D-INNOVATIONSZENTRUM Auf der diesjährigen IFA gab das Heinrich- Hertz-Institut HHI das Startsignal zu einer außergewöhnlichen Allianz für die internationale Wettbewerbsfähigkeit des deutschen 3D-Standorts. Die technologische Entwicklung für 3D vorantreiben, bereits existierende Prototypen praxistauglich machen, gute 3D-Inhalte entwickeln und neue Branchen wie Medizin oder Automotive einbinden das sind Ziele einer Kooperation, zu der sich unter Federführung des HHI die großen und wichtigen Akteure im 3D-Umfeld zusammengeschlossen haben. Die Bauarbeiten zum 3D-Innovationszentrum sind bereits im Gang: auf rund 600 Quadratmetern entsteht am Salzufer in Berlin-Charlottenburg eine attraktive Umgebung mit Studio, Testlabor sowie Showund Kommunikationsbereich, in der die Partner aus der gesamten Produktionskette 3D ihr Knowhow zusammenführen. Inzwischen haben sich rund 30 Partner aus den unterschiedlichsten Branchen zusammengetan. HHI auf der IFA: die technologische Entwicklung für 3D vorantreiben. Bild: Ansgar Pudenz/alphadog RTT STEIGERT WIEDER UMSATZ Die Realtime Technology AG (RTT) bestätigt mit der Veröffentlichung des Berichts zum ersten Halbjahr 2011 ihre erfolgreiche Geschäftsentwicklung. Der Gesamtumsatz erhöhte sich gegenüber 2010 um elf Prozent auf 25,9 Millionen Euro. Das EBITDA für das erste Halbjahr liegt bei 2,8 Millionen Euro. RTT bestätigt damit seine sukzessiv vorangetriebene Unternehmensent wicklung. Ludwig A. Fuchs, Vorstand von RTT, erklärt hierzu: Nach einem turbulenten Jahresauftakt, der durch Unsicherheiten und Schwächen in Asien geprägt war, blicken wir auf ein dennoch erfolgreiches, erstes Halbjahr. Hinsichtlich der Umsatzentwicklung für die zweite Jahreshälfte sind wir trotz der aktuellen Eintrübungen zuversichtlich. AUTODESK ERWIRBT TECHNOLOGIE VON NUMENUS Die Numenus GmbH in Koblenz soll die Visualisierungsmöglichkeiten von Autodesk mit einer interaktiven, hochpräzisen Rendering-Technik erweitern. Das Unternehmen offeriert Software für das fotorealistische Visualieren und Rendern mit der Direct-NURBS-Technik, die vor allem Designer, Konstrukteure und Marketingspezialisten bei der visuellen Kommunikation unterstützen soll. Dafür lassen sich die originalen Konstruktionsdaten verwenden. Die Kombination aus fortschrittlichen Ray-Tracing-Verfahren und leistungsfähigen Werkzeugen für die virtuelle Kommunikation verändere die Art und Weise wie Konstrukteure, Ingenieure und Marketing-Teams visuelle Designs aufnähmen, prüften und teilten, so Andrew Anagnost, Vice President Suites, Web Services und Subscription bei Autodesk. Die Akquisition solle besonders Autodesks Fähigkeit stärken, realitätsnahe Visualisierungen von Oberflächen und Design Reviews in Workflows der Automobilindustrie zu unterstützen. FAHRSIMULATOR FÜR REHABILITATION Forscher an der Clemson University haben mit dem auf Simulationen spezialisierten Unternehmen DriveSafety zusammen gearbeitet, um einen neuen Fahrsimulator für die Rehabilitation zu entwickeln. Dieser wird bereits an elf Einrichtungen der U.S.-Streitkräfte eingesetzt. Das Programm wurde kürzlich auch in Europa bekannt, wo nun ein Fahrsimulator am Krankenhaus Charité in Berlin zum Einsatz kommt. Die Fahrsimulatoren ermöglichen eine Behandlung, bei der Patienten in einer sicheren Umgebung auf realistische Weise Fahrkenntnisse erwerben. Die Therapeuten können die Patienten in Bereichen wie der Kognition, der Wahrnehmung oder körperlichen Leistung behandeln. Die Forscher am Psychology Department forschen seit zehn Jahren über den Gebrauch von Fahrsimulatoren, etwa, um das Fahren in der Nacht zu untersuchen, oder was passiert, wenn der Fahrer müde oder abgelenkt ist. Eine Studie über die Fähigkeiten und Grenzen älterer Fahrer hat zu dieser klinischen Anwendung geführt. Der Simulator für die Rehabilitation und damit verbundene Tools wurden am Yubin Xi, Student, probiert den Fahrsimulator am CUICAR mit Paul Venhovens aus. Bild: Craig Mahaffey. Psychology Department und am Clemson University International Center for Automotive Research (CU-ICAR) entwickelt und getestet. Die Zusammenarbeit mit CU-ICAR eröffnet die Möglichkeit, neue Engineering-Anwendungen zu prüfen, etwa den Einsatz von Steuergeräten für Fahrer, die ihre Füße nicht verwenden können. Die Forschung wird von Paul Venhovens geleitet, BMW-Stiftungsprofessur für Automotive Systems Integration. MAGAZIN 01/2009 7

8 AKTUELL NEUES AUS DER VR-WELT KUNSTPREIS FÜR PROTEIN-VISUALISIERUNG Mit den Computerprogrammen BALLView und RTfact können Pharmazeuten komplexe Molekülketten bearbeiten und visualisieren, um so neue Medikamente in kürzerer Zeit zu entwickeln. Eine von Saarbrücker Informatikern berechnete Visualisierung eines Protein-Rezeptors wurde auf der internationalen Doppel-Konferenz Intelligent Systems for Molecular Biology und Computational Biology ISMB/ECCB in Wien mit dem Art & Science Award ausgezeichnet. In erster Linie will man Pharmazeuten helfen, Krankheiten schneller zu bekämpfen. Experten des Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz haben dafür zusammen mit Informatikern des Zentrums für Bioinformatik die eigene Programmbibliothek RTfact mit der Software BALLView kombiniert. Die Visualisierung eines Protein- Rezeptors wurde mit dem Art & Science Award ausgezeichnet. Bild: Universität des Saarlands ICIDO GEHÖRT JETZT ESI Die ESI Group, Pionier und einer der wichtigsten Anbieter auf dem Gebiet der Virtual Prototyping-Lösungen, hat die ICIDO GmbH übernommen, europäischer Anbieter von immersiven VR-Lösungen. Als Unternehmen mit Hauptquartier in Deutschland und Geschäftstätigkeit in Europa und den Vereinigten Staaten, spezialisiert sich ICIDO auf die Entwicklung von Lösungen, die dem kooperative Entscheiden in der anspruchsvollen Fertigung an verschiedenen Standorten dienen. Seine VR-Technologien versetzen Kunden in die Lage, Produktinformationen verständlich zu präsentieren, in Echtzeit zu bearbeiten und virtuell auszutauschen sowie Aufgaben in der Fertigung und Probleme der Wartbarkeit in einer immersiven und verteilten Umgebung zu meistern. ICIDO, im Jahr 2000 vom Fraunhofer Institut aus gegründet, war 2003 Start-up des Jahres bei McKinsey. Das Unternehmen beschäftigt angesehene Virtual-Reality-Experten und konnte bislang einen respektablen Kundenstamm in der Auto-, der Luftund Raumfahrtindustrie und dem Maschinenbau aufbauen. Zu den Kunden und strategischen Partnern gehören Audi, Airbus, BMW, Boeing, Bombardier, Caterpillar und John Deere. ICIDO konnte im vergangenen Jahr bei zweistelligem EBIT und Wachstum rund Euro erlösen. IN DER ROLLE EINES ENTWICKLERS Virtuelle Zefiro -Präsentation im Internet: aerodynamische Vorteile der Bombardier-Zugtechnologie demonstrieren. Bild: Visenso Die technischen Eigenschaften und innovativen Funktionen komplexer Produkte wie beispielsweise eines Hochgeschwindigkeitszugs, lassen sich auf Messen oder im Vertriebsprozess nur mit großem Aufwand oder in Teilen real präsentieren. Mit der von Visenso entwickelten virtuellen Zefiro -Präsentation im Internet lassen sich die aerodynamischen Vorteile der Bombardier-Zugtechnologie quasi zu jeder Zeit und an jedem Ort leicht verständlich und spannend auf spielerische Art und Weise demonstrieren. So können Interessenten über die Anwendung auf der Bombardier-Website selbst in die Rolle eines Entwicklers schlüpfen und aus verschiedenen Komponenten und deren Varianten einen Zug zusammenzubauen. Zu den für die Aerodynamik wesentlichen Elementen eines Zuges zählen die Nase, der Stromabnehmer, der Wagenübergang und das Fahrwerk. Die Varianten der Komponenten entsprechen dem Stand der Zugtechnik in den 80er- und 90er-Jahren sowie der des hochmodernen Zefiro. Die Auswahl der jeweiligen Komponenten und Varianten erfolgt im Internet via Mausklick auf die entsprechenden Buttons. Dabei verändert sich auf dem Bildschirm die jeweilige Zugansicht in fließenden Übergängen. Stromlinien und fliegende Partikel verdeutlichen die Aerodynamik der gewählten Komponente und Variante. Nach Definition der Komponenten und Varianten lässt sich via Mausklick ein Rennen zwischen dem Zefiro und dem selbst konfigurierten Zug starten. Eine Auswertung des Energieverbrauchs und der aerodynamischen Effizienz macht die Vorteile der Zefiro -Hochgeschwindigkeitstechnologie im Vergleich zur eigenen Konstruktion deutlich. Sämtliche Darstellungen und Berechnungen basieren auf den tatsächlichen Konstruktions- und Strömungsdaten von Bombardier Transportation. Der Visualisierung der Stromlinien liegt in der Internetversion eine zeitabhängige Rechnung zugrunde, die eine korrekte Darstellung des Auslaufens der Stromlinien in einzelne Partikel und damit der aerodynamischen Eigenschaften der jeweiligen Komponente garantiert. Visenso zeigt sich unter anderem für die Umsetzung der gerenderten Filme der jeweiligen Komponenten und Züge, die Morphing-Animationen, die Stromliniendarstellung sowie die Flash-Programmierung verantwortlich. Die Internet-Anwendung wurde auf eine kleinere Bildschirm-Auflösung ausgerichtet. Ist beim Konfigurieren des Zuges jetzt nur noch die jeweilige Komponente zu sehen, werden die Unterschiede der gewählten Variante durch die Veränderung des Zugumrisses direkt deutlich gemacht. Für das Hintergrunddesign des abschließenden Rennens wurde zusätzlich eine Landschaft modelliert. Die Einblendung von Videofenstern mit den jeweiligen Zugkomponenten ermöglicht während des Rennens einen direkten Vergleich der Strömung an den vier Komponenten. Kurze Erklärungstexte ersetzen den auf der Messe eingesetzten menschlichen Explainer. Weitere Informationen: und en/efficiency/aerodynamic.html 8 MAGAZIN 01/2009

9 NEUES AUS DER VR-WELT AKTUELL SCHAUERLICH MIT SURROUND HAPTICS Eine neue Technologie für den Tastsinn Surround Haptics ermöglicht es, in Videospielen oder Filmen ein breites Spektrum taktiler Wahrnehmungen zu erfahren: von der sanften Berührung eines Fingers, der über die Haut fährt bis zum heftigen Stoß durch eine Kollision. Das Verfahren basiert auf psychophysischen Experimenten und neuen Modellen der taktilen Wahrnehmung. Disney zeigte Surround Haptics erstmals auf der SIGGRAPH 2011 in Vancouver. In der Vorführung diente die Technologie dazu, ein Fahrsimulator-Spiel auf ein neues Niveau zu heben. Die Spieler saßen dabei auf Stühlen und bedienten preisgünstige, vibrierende Aktuatoren. Durch Surround Haptics spürten sie Unebenheiten auf der Straße, auf das Fahrzeug fallende Subjekte und sie bemerkten, wenn das Fahrzeug schleuderte, bremste, beschleunigte oder kollidierte. Das Verfahren lasse sich aber auch ganz einfach in Kleidung, Handschuhe, Sportausrüstungen und mobile Geräte einbetten, wie Die Anordnung vibrierender Aktuatoren im Sitz bewirkt die Illusion eines fortlaufenden Stoßes auf den Rücken (rot markiert). Bild: Disney Research Pittsburgh von den Erfindern zu erfahren ist. Es könne dazu beitragen, die Wahrnehmung des Fliegens, des Fallens, des Schrumpfens und Wachsens oder wie es sich anfühlte, wenn Wanzen über den Körper liefen, noch realistischer zu machen. Diese Herausforderungen haben die DRP-Forscher gemeistert, indem sie einen Algorithmus entwickelt haben, um eine Reihe vibrationsfähiger Aktuatoren so zu steuern, dass virtuelle Aktuatoren in dieser Reihe auftauchen. Diese können zwischen zwei beliebigen physisch vorhandenen Aktuatoren platziert werden, um dem Anwender die Illusion zu vermitteln, nur den virtuellen zu fühlen. Daraus resultierend spüren die Anwender nicht das allgemeine Summen und Pulsieren, wie es typisch für die meisten haptischen Geräte ist, sondern diskrete, durchgehende Bewegungen, so wie ein Finger, der ein Muster auf der Haut zeichnet. Durch Aktuatoren vermittelte Phantom-Wahrnehmungen sind seit mehr als 50 Jahren bekannt, aber ihre Anwendung blieb beschränkt, weil die Steuerungsmechanismen nicht verstanden wurden. Die DRP-Forscher konnten ihren Steuerungsalgorithmus entwickeln, indem sie die Fähigkeit der Anwender maßen, physische im Gegensatz zu virtuellen Aktuatoren bei verschiedenen Stimulationsgraden zu spüren. Dann entwickelten sie ein Steuerungsmodell, dass durch weitere psychophysische Experimente validiert wurde. Über die Anwendung in interaktiven Spielen, Filmen und Musikdarbietungen verspricht Surround Haptics auch interessante Einsatzmöglichkeiten in der verbesserten taktilen Kommunikation für Blinde, Einsatzkräfte bei Notfällen, Fahrzeugführern und Sportlern. FÜR BESSERE ENTWÜRFE Neue Soft- und Hardware, die an der University of California in San Diego entwickelt wurde, erlaubt es Menschen, ihre Eindrücke von einem Architekturentwurf durch physiologische Rückmeldungen zu kommunizieren. Das ist wichtig für Personen, die sich verbal nur schwer verständlich machen können, weil sie zum Beispiel an der Alzheimer-Krankheit leiden. Forscher an der USCD-Abteilung des California Institute for Telecommunications und Information Technology (Calit2) haben eine CAD-Software namens CAVE-CAD entwickelt, die durch die Verbindung mit Geräten, die neurologische und physiologische Reaktionen der Betrachter überwachen, Architektur-Design effizienter macht. CAVE-CAD bietet außerdem eine wichtige Funktion, die konventionellen CAD-Systemen fehlt: Die Möglichkeit, die Folgen eines modifizierten Designs sofort zu erfahren. Das Team hat CAVE-CAD für den Einsatz in der StarCAVE von Calit2 entwickelt, einer immersiven 360-Grad-VR-Umgebung mit 16 Panels. So können die Forscher mit virtuellen Architektur-Renderings in drei Dimensionen, in Echtzeit und in den natürlichen Maßstäben interagieren. 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 Anmeldung und Informationen sowie Konditionen für Aussteller unter CAVE-CAD für den Einsatz in der StarCAVE von Calit2, 360-Grad-VR-Umgebung mit 16 Panels. Bild: Calit2 Mit freundlicher Unterstützung von: Veranstalter: Virtual Dimension Center Auberlenstr. 13, Fellbach Tel: +49 (0) MAGAZIN 01/2009

10 BRANCHE VR IN DER LUFT- UND RAUMFAHRT: ANDREAS PETERSEN UND WOLFGANG KAISER, CI-BASE SOFTWARE GMBH, IM GESPRÄCH BESTANDTEIL DER PROZESSE Die Luft- und Raumfahrtindustrie gilt als am weitesten fortgeschritten, was den Einsatz von Virtual- Reality-Lösungen betrifft. Mit Andreas Petersen, Geschäftsführer, und Wolfgang Kaiser, Senior Sales Manager bei der ci-base Software GmbH, sprachen wir über den aktuellen Stand der VR-Technologie und Trends am Beispiel dieser Branche. VR Magazin: Wenn man sich einmal die gesamte Produktentwicklung von der Idee bis zum Betrieb anschaut: In welchen Bereichen halten Sie den Einsatz von VR-Lösungen für besonders sinnvoll? Andreas Petersen: Sinnvoll einzusetzen ist VR unternehmensübergreifend in Entwicklung, Produktion, im Vertrieb, im Marketing, im Service und als Trainingsmedium. Wir verstehen VR auch als ein Kommunikationsmittel zwischen den Unternehmensbereichen, zum Beispiel auch an unterschiedlichen Standorten. VR ist sicherlich ein Mittel, um im Rahmen von Engineering Reviews Fehler aufzudecken, die im CAD- System nicht erkennbar waren. Es ist aber ebenso ein Medium, um den Kunden sehr früh in die Produktentwicklung mit einzubeziehen. Nicht jeder technische Einkäufer ist in der Lage, eine 2D-Zeichnung zu lesen. Bei der Präsentation mittels VR erlebt er sein Produkt in realistischer 1:1-Darstellung. Für den Vertrieb ist VR ein innovatives Mittel, Produkte darzustellen, die es noch gar nicht gibt oder die nicht einfach transportierbar sind. Auch im Schulungs- und Trainingsbereich Andreas Petersen, Geschäftsführer der ci-base Software GmbH: VR SOLLTE EIN PERMANENTER, INTEGRIERTER PROZESS MIT DEM ZIEL SEIN, FRÜHZEITIG ERKENNTNISSE ZU GEWINNEN, DIE DEN PRODUKTIONSPROZESS BESCHLEUNIGEN. hat VR seinen Platz: Die Schulung der Techniker in den Bereichen Service und Wartung kann am virtuellen Produkt schon sehr früh erfolgen. VR Magazin: Der Anspruch der Anbieter von VR-Lösungen ist ja auch, den Produktentwicklungszyklus zu straffen. Wie stellt sich das in der Praxis dar? Wolfgang Kaiser: VR sollte ein permanenter, integrierter Prozess mit dem Ziel sein, frühzeitig Erkenntnisse zu gewinnen, die den Produktionsprozess beschleunigen. Wir straffen den Entwicklungsprozess zum Beispiel, indem wir auf den Bau von Prototypen verzichten oder ihn zumindest auf ein Minimum reduzieren. Früher hat man erst verschiedene Prototypen gebaut, um dann festzustellen, was nicht optimal ist. Dieser Aufwand war kostspielig und lässt sich heute mittels VR vermeiden. Die mögliche, frühe Einbindung des Kunden haben wir ja bereits angesprochen. Andreas Petersen: Variationen oder Änderungswünsche von Kunden kann ich deutlich schneller verwirklichen, auch wenn die Produktentwicklung bereits weiter fortgeschritten ist. VR Magazin: In der Autoindustrie werden VR-Lösungen nicht nur in der Produktentwicklung und Kommunikation, sondern vielfach auch in der Fabrik- und Prozessplanung eingesetzt. Sehen Sie in der Luftund Raumfahrtbranche parallele Entwicklungen? Andreas Petersen: Grundsätzlich ist das denkbar. Aber wir sehen VR in erster Linie nicht als Medium zur Fabrik- und Prozessplanung, sondern als integrierten Bestandteil der Unternehmensprozesse. VR Magazin: Die Flugzeugentwicklung wird heute oft auf verschiedene Standorte in mehreren Ländern verteilt. Worauf gilt es bei der Integration der Visualisierungsdaten in die PDM- oder PLM-Systeme zu achten und wie wird die Konsistenz der Daten gewährleistet? Andreas Petersen: Diese Frage ist pauschal schwer zu beantworten. PDM/ PLM-Systeme in Großunternehmen sind in der Regel äußerst individuell und komplex. Die PLM-Lösung steuert das gesamte Freigabesystem, die Versionierung und die Revisionierung. Daraus ziehen wir für das VR-System die CAD-Daten heraus. Das PDM-System muss also an dieser Stelle steuern, dass immer der aktuelle Datenstand vorhanden ist. Das liegt nicht im Einflussbereich von VR. Wir bekommen für das VR-System immer den letzten, aktuellen Stand zur Verfügung gestellt. Wir ändern nichts, sondern visualisieren. Wenn gewünscht, setzen wir auch Mark-ups, kommentieren, dokumentieren und geben die Ergebnisse zurück an die Fachbereiche. 10 MAGAZIN 3/2011

11 VR IN DER LUFT- UND RAUMFAHRT: ANDREAS PETERSEN UND WOLFGANG KAISER, CI-BASE SOFTWARE GMBH, IM GESPRÄCH BRANCHE VR Magazin: Wo setzen Sie bei cibase die Schwerpunkte im Portfolio? Andreas Petersen: Wir verstehen uns im Geschäftsfeld VR einmal als Dienstleistungsunternehmen für Firmen, die vielleicht noch nicht in ein komplettes VR-System investieren möchten. Hier stellen wir für konkrete Projekte unsere Anlage gegen eine Nutzungsgebühr zur Verfügung. Wir stellen auf Wunsch Personal für das Projekt und bereiten die Daten für den Kunden auf. Ferner bieten wir auch die Möglichkeit an, von uns ein komplettes VR-System, also die Software, die Hardware und die entsprechenden Dienstleistungen zu beziehen. Ci-base agiert hier als Generalunternehmer: Der Kunde erhält die Lösung aus einer Hand. Was die Software betrifft, sind das die Lösungen von IC.IDO. Imsys-vr zeichnet für die Hardware verantwortlich. Für beide Unternehmen sind wir Vertriebspartner. VR Magazin: Für einige mittelständische Unternehmen dürfte der VR-Einsatz zwar sinnvoll, aber zu aufwendig und zu teuer sein. Inwiefern bestehen für diese Unternehmen dennoch Möglichkeiten, auf entsprechende Ressourcen zurückzugreifen? Andreas Petersen: Wir adressieren ja vorrangig den Mittelstand, weil die beiden großen Flugzeughersteller ohnehin direkt von den Herstellern bedient werden. Wir arbeiten für klassische mittelständische Unternehmen in der Luft- und Raumfahrt, im Schiffbau, Maschinenbau, Anlagenbau, der Verpackungsindustrie oder der Petrochemie. Für den Endanwender aus dem Norden ist es durchaus von Nutzen, seinen Ansprechpartner unmittelbar vor Ort zu haben. Auch mit der bereits dargestellten Möglichkeit, VR bei ci-base als Dienstleistung zu nutzen, sind wir für den Mittelstand attraktiv. Wolfgang Kaiser: Ich möchte das Thema Kosten/Nutzen gerne noch einmal aufgreifen: Wir adressieren hier wirklich den klassischen Mittelstand. Auch für den sind VR-Lösungen absolut erschwinglich geworden. Die technische Entwicklung im 3D beziehungsweise im kommerziellen Markt der Visualisierungsprodukte kommt uns hier einfach zugute. Ich vergleiche das einmal mit einem ERP-System, das auch im mittelständischen Bereich heute jeder Unternehmer einsetzt. Wer ein ERP- System einsetzt, muss deutlich tiefer in die Tasche greifen als bei der Anschaffung eines VR-Systems. ERP-Systeme haben Einführungszeiten, die sich teilweise über Monate hinziehen und deshalb allein durch Customizing sehr kostenintensiv sind. Beim VR-System kauft der Kunde die Hardund Software, macht je nach Art und Umfang eine Schulung von 3-5 Tagen und hat ein fertiges System, mit dem sofort gearbeitet werden kann. Mittelständische Unternehmen erkennen durch konkrete VR-Projekte sehr schnell ihren speziellen wirtschaftlichen Nutzen im Produktionsoder Vertriebsprozess. Andreas Petersen: Es ist für uns immer wieder eine große Herausforderung, den wahren Nutzen theoretisch oder nur mit Prospekten zu verdeutlichen. Das funktioniert in der Regel nicht. Man muss VR live gesehen, bzw. erlebt haben. Bei allen bisher durchgeführten Präsentationen, oft bereits mit ihren eigenen Daten, haben die Kunden sehr schnell die Möglichkeiten und den Nutzen von Virtual Reality erkannt. VR Magazin: Stellen Sie sich doch bitte den Arbeitsplatz eines VR-Anwenders in zehn Jahren vor. Andreas Petersen: Die Technologieentwicklung ist in allen Bereichen immer noch rasant. Was daher in zehn Jahren auf uns zukommen wird, wissen wir nicht. So ist es auch beim Thema Virtual Reality. Wolfgang Kaiser, Sales Manager bei der ci-base Software GmbH: WER EIN ERP-SYSTEM EINSETZT, MUSS DEUTLICH TIEFER IN DIE TASCHE GREIFEN ALS BEI DER ANSCHAFFUNG EINES VR-SYSTEMS. Wir sind aber sicher, dass dieses Thema stetig weitere Verbreitung finden wird. Effizientere Technologien und Möglichkeiten für den einzelnen Anwender werden die Folge sein. Die Integration von VR in die Unternehmensprozesse wird sich in Zukunft mit Sicherheit erhöhen. VR Magazin: Herr Petersen, Herr Kaiser, vielen Dank für das Gespräch. Intuitives Interagieren mit den 3D-Modellen. VR-Lösungen können Fehler sichtbar machen, die nicht ohne Weiteres im CAD-System erkennbar sind. MAGAZIN 3/

12 HARDWARE TITELSTORY: VR-WALLS VON SCHNEIDER DIGITAL PROMOTION Bild 1: mini VR-Wall von Schneider Digital im Cinemascope- Format. Der transportable Plug-and-Play-3D-VR-Screen mit 5,9 x 2,5 Metern Bildfläche, 6 Megapixel Auflösung, 6 x Ansi-Lumen Helligkeit und einer Bautiefe von nur 55 Zentimetern. Bilder: Schneider Digital KONZEPTIONELLER MEILENSTEIN FÜR GROSSFORMATIGE VISUALISIERUNGSLÖSUNGEN Mit seinen neuen VR-Wall-Systemen definiert Schneider-Digital die künftigen Maßstäbe für den professionellen und wirtschaftlichen Betrieb für Visualisierungslösungen. Massiv niedrige Kosten und vor allem eine sehr vereinfachte Bedienung überraschen hier. Mit der großen Erfahrung aus über 15 Jahren professioneller 3D-High-End-Lösungen ist das erste eigene Produkt ein Meilenstein für großformatige Visualisierungslösungen. Bisher haben Hochleistungsprojektionssysteme in mehrfacher Hinsicht hohe Anforderungen an die Umgebung und die Anwender gestellt. Diese Komplexität in ein Plug & Play- Easy-to-Use -System umzusetzen, stellte das Entwicklungsziel von Schneider-Digital dar. Die Entscheidung für eine VR-Wall war bisher meist langwierig. Das lag nicht nur am hohen Preis, sondern vor allem an der Komplexität der Installationen. Der große Raumbedarf bedingte häufig Umbauten am Gebäude, Klimaanlagenkonzeptionen und das Warten auf Baugenehmigungen. Auch im Betrieb ging es nicht ohne In-House- Spezialisten und hohe Folgekosten bei Wartung und Service. Von einem langen Lifecycle und einem damit einhergehenden Investitionsschutz ganz zu schweigen. Die Schneider-Lösung sticht hier in allen Bereichen mit erheblichen Vorteilen hervor: INFO: PREISE Die MiniVr-Wall kann mit einem günstigen Preis punkten. Die 16:9- und die 16:10-Variante gibt es bereits ab Euro zuzüglich der gesetzlichen Mehrwertsteuer. Hier werden vier Projektoren eingesetzt. Die große Variante im Cinemascope-Format ist ab Euro zuzüglich der gesetzlichen Mehrwertsteuer zu haben. Hier werden sechs Projektoren eingesetzt. 12 MAGAZIN 3/2011

13 PROMOTION VR-WALLS VON SCHNEIDER DIGITAL HARDWARE INFO: SO FUNKTIONIERT ES Die visuelle Technologie der mini VR-Wall basiert auf einer Entwicklung des Technologiepartners 3D-Insight GmbH. Das auf der mini VR-Wall sichtbare Bild besteht aus einzelnen Segmenten, die von vier oder sechs Lightengines als leicht überlappende Teilbilder auf den Screen projiziert werden. Die integrierte Pixelprocessing-Technologie macht diese Segmentierung für den Betrachter unsichtbar. Außerdem sorgt sie dafür, dass sie die Handhabung der mini VR-Wall so einfach gestaltet wie die eines großen Monitors. Der Anwender kann nach dem Anschließen und dem Starten des Rechners gleich mit der Arbeit loslegen und die vorhandene Software wie gewohnt nutzen. Geringe Bautiefe -> VR-Wall lässt sich in bestehenden Räumen nutzen Einfache Nutzung -> kein eigener Betreuer im Haus notwendig Integrierte Mediensteuerung -> Verschiedene Zuspielquellen per Touchscreen wähl- und kombinierbar Vorteile der Front-Pro mit Rück-Pro vereint - Front-Pro ist heller und kaum winkelabhängig, das ist wichtig, wenn man nahe an der VR-Wall steht. - Front Pro ist heller - Schneider Front Pro erlaubt eine Bautiefe von nur 63 Zentimetern - Keine Schatten_-> Lärmschutz und Schattenvermeidung sind die häufigsten Gründe, Rück-Pro einzusetzen. Die Schneider-Lösung ist leise und vermeidet Schatten trotz Front-Pro-Lösung Upgrade-fähig -> Mehr Auflösung und mehr Helligkeit sind durch neue Projektoren möglich. Bisher war es wirtschaftlicher, das System komplett zu ersetzen. Zuverlässigkeit -> Prosumer-Projektoren haben sehr geringe Ausfallsraten. Die sonst teuere 365-Garantie kann der Kunde durch den Swap von Reserveprojektoren preiswert selbst leisten. Swapdauer etwa 30 Minuten. Die geringe Bautiefe von nur 63 Zentimetern erreicht das Schneider-Digital- System durch eine fast senkrechte Projektion und erlaubt daher die Installation und den Betrieb in allen gängigen Büroräumen. Besondere bauliche Voraussetzungen sind also nicht mehr nötig. Alle Systeme sind dazu mobil und können innerhalb eines Tages auf- und wieder abgebaut werden. Die modulare Bauweise ist in jeder Hinsicht technologisch Upgrade-fähig und bietet dem Kunden hohe Sicherheit in seiner Investition. Durch die Modularität kann jederzeit ein bestehendes System zu einer Cave erweitert oder eine Cave zu drei einzelnen Wänden zurückgebaut werden. Zur Wahl stehen die Formate 16:9, 16:10 und 23,5:10. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit des speziellen Customizing. Die starke Auflösung mit bis zu 6 Megapixel und das gleichmäßig ausgeleuchtete Bild runden den positiven Eindruck ab. Dank easy to use sind die Systeme ohne Datenkonvertierung und ohne Clustering für alle Anwender leicht zu bedienen. Nach dem Einschalten kann von jeder beliebigen Quelle per VGA, DVI, Dual-Link DVI, Display Port und HDMI inklusive aller üblichen Stereo-Formate sofort gearbeitet werden. Eine CAD-Session oder eine Powerpoint-Sitzung sind möglich, da das System nach wenigen Minuten einsatzfähig ist und von jedem Mitarbeiter bedient werden kann. Optional lassen sich die Systeme mit IR-Tracking-Kameras ausstatten. Die geringe Latenzzeit von einem Frame macht die Systeme sogar für die Flugsimulatoren tauglich. Mit dem Wireless Touch Tablet hat der Anwen- Bild 2: Mit nur 55 Zentimetern Bautiefe lässt sich die mini VR-Wall ohne Umbauarbeiten in fast jedes Büro integrieren. Es können auch drei Screens im U zu einer Virtual-Reality- (VR-) Cave kombiniert werden und das, ohne die bei Powerwalls und VR-Caves sonst nötigen Umbaumaßnahmen. der komfortabel die volle Kontrolle über alle Eingänge und Funktionen wie zum Beispiel Bild in Bild und Split Screen. Dabei können zwei Projektteams gleichzeitig an stereoskopischen Daten arbeiten jedes Team spielt dabei seine 3D-Daten von einer eigenen Workstation ein. Über einen weiteren Rechner ist es zudem möglich, zusätzlich 2D-Daten anzuzeigen. Die Schneider-Digital VR-Walls sind flexibel im Einsatz in Verbindung mit einer hellen Darstellung und Top- Auflösung. Bei einer Pixelgröße von nur 1,5 Millimetern kann bereits ab einem Betrachtungsabstand von nur 50 Zentimetern ohne Mühe gearbeitet werden. Konzeption, Qualität und Preisstellung sind gelungen. Mit Schneider-Digital können von nun an selbst kleinere Unternehmen den Sprung in die virtuelle Welt problemlos wagen. ANM Bild 3: Der SplitScreen erlaubt die Mehrfachnutzung des Screens. So können auch zwei Teams gleichzeitig den Bildschirm nutzen. Jeder speist dabei seine 3D-Signale von einem eigenen PC ein. Contentbild: Lumiscaphe MAGAZIN 3/

14 BRANCHE PROF. DR. ALFRED KATZENBACH, DAIMLER AG, IM GESPRÄCH ZWEI WELTEN WACHSEN ZUSAMMEN Die Autoindustrie schlägt sich derzeit gut auf den internationalen Märkten. Dazu können nicht nur die klassischen CAD-Werkzeuge für die Prozessplanung und die Produktentwicklung einen Beitrag leisten, sondern auch Virtual-Reality-Systeme, indem sie zum Beispiel frühzeitige Designentscheidungen fördern oder eine realistische Schulung der Mitarbeiter am virtuellen Modell ermöglichen. Prof. Alfred Katzenbach, Leiter Engineering IT bei der Daimler AG, erklärt, wie diese Lösungen bereits heute erfolgreich eingesetzt werden können und welche Trends sich abzeichnen. VR Magazin: Herr Prof. Katzenbach, wo würden sie die Autobranche im Vergleich zum Maschinenbau einordnen, was den Einsatz von Virtual Reality-Lösungen betrifft? Prof. Alfred Katzenbach: Virtual Reality im Automobilbereich zeichnet sich durch die Breite der Anwendung aus. Sie reicht von Designstudien, die miteinander verglichen werden, über Ein- und Ausbauuntersuchungen, Ergonomieuntersuchungen, Simulationsuntersuchungen am digitalen Prototypen, die digitale Fabrik bis hin zur Untersuchung der Wartbarkeit, also inwieweit ein Mitarbeiter im Service Teile auswechseln kann. Wir haben auch schon Studien darüber gemacht, wie man in einer Niederlassung oder in einem Verkaufscenter die Fahrzeuge optimal entsprechend der Gebäudesituation anordnen kann. Durch die Möglichkeit, Massendaten zu verarbeiten, sind wir auch in der Lage, gan- Prof. Alfred Katzenbach, Leiter Engineering IT bei der Daimler AG: WIR SETZEN VR DURCHGÄNGIG IM KOMPLETTEN PROZESS EIN UND ZUNEHMEND NICHT NUR IN DEN VR- ZENTREN, SONDERN AUCH VOR ORT BEI DEN KONSTRUKTEUREN UND IN DEN WERKSTÄTTEN IN FORM VON MIXED-REALITY-ANWENDUNGEN. 14 MAGAZIN 3/2011

15 PROF. DR. ALFRED KATZENBACH, DAIMLER AG, IM GESPRÄCH BRANCHE ze Fabriken zu simulieren und in der Fabrik vom Gebäude bis zur einzelnen Arbeitsstation einzutauchen. Der Maschinenbau liegt beim Thema VR gegenüber der Automobil- und Luftfahrtindustrie ein bisschen zurück, wobei sicherlich auch die hohen Anfangsinvestitionen abschrecken dürften. Auch das in der Vergangenheit erforderliche Spezial-Know-how hat sicher die eine oder andere Anwendung verhindert. Mittlerweile gibt es aber auch da schon relativ preisgünstige Lösungen. Ich war ganz erstaunt, als ich in einem unserer Unternehmensbereiche eine CAVE gesehen habe, die rund Euro gekostet hat und relativ platzsparend aufgebaut ist. VR Magazin: und zur Luft- und Raumfahrt? Prof. Alfred Katzenbach: Die Raumfahrt ist ja quasi die Mutter der Virtual Reality. Die ersten VR-Aktivitäten kamen dadurch zustande, dass man Roboterarme an Satelliten im Weltraum bewegen wollte. Bei den langen Signallaufzeiten dauert das über eine Minute, bis die Reaktion auf der anderen Seite im Weltraum stattfindet. VR Magazin: An welchen Stellen der Prozesskette setzt Daimler VR-Lösungen ein? Prof. Alfred Katzenbach: Alles, was ich bereits genannt habe. Wir setzen VR durchgängig im kompletten Prozess ein und zunehmend nicht nur in den VR-Zentren, sondern auch vor Ort bei den Konstrukteuren und in den Werkstätten in Form von Mixed-Reality-Anwendungen. Wir überlagern hier die virtuelle mit der realen Welt. Das wird in der Zukunft eine sehr große Bedeutung gewinnen. Mixed-Reality-Systeme werden bei Untersuchungen der Baubarkeit bereits eingesetzt. Hier der Aufbau eines solchen Systems bei der Daimler AG. Quelle: Präsentation von Oliver Geißel, Dr. Lina Longhitano, Prof. Alfred Katzenbach, Operativer Einsatz von Mixed Reality-Technologie im Baubarkeitsprozess der Fahrzeugentwicklung, 7. Paderborner Workshop Augmented Reality in der Produktentstehung. VR Magazin: Können Sie uns ein Beispiel für eine solche Mixed-Reality- Anwendung nennen? Prof. Alfred Katzenbach: Sie haben den realen Motorraum eines Fahrzeugs ohne den Motor selbst. Sie können sich jetzt mit einem Messarm, an dem Sie eine Kamera befestigt haben, in das entsprechende Koordinatensystem einmessen und auf einem Bildschirm oder auf einer Großleinwand den virtuellen Motor in einem realen Motorraum sehen. So können Sie darstellen, ob der Motor in den Motorraum hineinpasst und ob Sie noch etwas verändern müssen. Das spart viel Zeit. Und nicht nur das. Mit einem leichten Messarm den Motor zu bewegen, ist ergonomisch und belastet die Mitarbeiter deutlich weniger, als wenn sie einen mehrere hundert Kilo schweren Motor bewegen müssten. Noch einmal zusammengefasst: Wir verwenden also VR-Lösungen in der gesamten Prozesskette vom Design über die Konstruktion, die Simulation und die Darstellung der Berechnungsergebnisse, die Ergonomie, die Produktion bis hin zu Sales und Marketing. VR Magazin: Wie sind diese Lösungen an CAD und PLM angebunden? Prof. Alfred Katzenbach: Die Anbindung ist natürlich ganz wichtig, was Effizienz und Wirtschaftlichkeit betrifft. Wir speichern alle CAD-Daten in unserem PLM-System Smaragd ab, eine andere Möglichkeit steht dem Konstrukteur nicht zur Verfügung. In diesem System wird zum nativen CAD-Format der Da- 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 BRANCHE PROF. DR. ALFRED KATZENBACH, DAIMLER AG, IM GESPRÄCH tensatz automatisch als JT-Datensatz gespeichert. JT ist ja gerade auf dem Weg, zur ISO-Norm zu werden. Es ist davon auszugehen, dass die JT-Version 9.5 bis zum Jahresende offizieller ISO-Standard wird, was auch wiederum diesen Prozess verbessert. JT-Daten sind in Virtual- Reality-Anwendungen sehr leicht lesbar, dadurch entfällt ein großer Datenaufbereitungsaufwand. Selbstverständlich muss man nachbearbeiten, wenn man fotorealistische Darstellungen benötigt, indem man entsprechende Texturen aufbringt. Wir versuchen, wann immer es geht, den direkten Prozess zu nutzen, so dass die JT-Daten aus dem PLM-System Smaragd direkt in die VR-Umgebung hineingeladen werden. VR Magazin: Wie wirkt sich der angekündigte Umstieg von CATIA auf Siemens NX aus? Prof. Alfred Katzenbach: Der Wechsel auf Siemens NX hat keine Auswirkungen. JT als ein Tesselierungsformat können beide CAD-Systeme erzeugen. Ich möchte es sogar so sagen, dass die JT-Standardisierung bei einer Migration von A nach B helfen wird. Aber für die VR-Umgebung hat das keinerlei Auswirkungen. VR Magazin: Welche technischen Innovationen würden Sie auf den VR- Einsatz zurückführen? Prof. Alfred Katzenbach: Soweit möchte ich nicht gehen, dass ich technische Innovationen am Produkt auf VR-Lösungen zurückführen würde. VR hilft uns sicherlich bei den Innovationen insofern, als wir Alternativen viel schneller und besser intuitiv begreifbar darstellen können, indem wir Untersuchungen machen oder Alternativen in der virtuellen Welt miteinander vergleichen können. Wir sind da inzwischen so weit, dass wir selbst manche Vorstandsentscheidung in virtuellen Umgebungen treffen. Detailuntersuchungen oder -vergleiche sind schon seit längerem üblich. Der Vorstand geht dann in das VR-Center, schaut sich die verschiedenen Alternativen an und wählt die aus, mit der dann weitergearbeitet wird. VR ist eine Unterstützungstechnologie, aber keine Technologie, die von sich aus Innovationen generiert. VR Magazin: Wenn neue Produkte gefertigt werden sollen, erfordert das ja oft auch die Planung neuer Werkshallen oder die Umgestaltung bestehender Produktionsprozesse. Was können Virtual-Reality-Anwendungen in dieser Hinsicht leisten? DIE FAHRZEUGE WERDEN IMMER KOMPLEXER UND WENN WIR HIER UNTER- STÜTZUNG LEISTEN KÖNNEN, DIENT DAS DEM ZIEL, BEIM CUSTOMER SERVICE DIE NUMMER EINS ZU BLEIBEN. Prof. Alfred Katzenbach: VR spielt in der Prozess- und Fabrikplanung eine große Rolle. Wir haben hier eine Software namens VEO Factory im Einsatz, die wir selbst entwickelt haben. Sie eignet sich speziell für Massendaten, etwa die Darstellung kompletter Werkshallen. Nehmen wir einmal unsere neue Fabrik in Kecskemét, die wir gerade aufbauen. Man kann hier virtuell mit dem Hubschrauber über das Werksgelände fliegen und dann an Station 13 an Band 4 anschauen, was der Werker genau herstellt. Von der Gebäudeplanung, der Ausrüstungsplanung bis zu den Arbeitsanweisungen adressieren wir die ganze Bandbreite der digitalen Fabrik. Und mit VEO-Training gehen wir noch einen Schritt weiter: Mit dieser Lösung können wir die Werker schon auf neue Fahrzeuge vorbereiten und trainieren, bevor sie diese real zu Gesicht bekommen. Das betrifft jeden einzelnen Arbeitsgang, den ein Werker erlernen muss, um von der Stunde 1 an seine Aufgaben in hoher Qualität zu erfüllen. Schon das erste Auto vom Band muss perfekt sein, und dafür brauchen wir Mitarbeiter, die intensiv geschult sind. Der nächste Schritt wird sein, auch unsere Mitarbeiter im Service zu trainieren. Die Fahrzeuge werden immer komplexer und wenn wir hier Unterstützung leisten können, dient das dem Ziel, beim Customer Service die Nummer eins zu bleiben. VR Magazin: Welche Entwicklungen zeichnen sich ab, was die VR-Anwendung in der Automobilindustrie betrifft? Prof. Alfred Katzenbach: Der Trend geht ganz klar in Richtung Mixed Reality. Dort sehe ich noch ein sehr großes Potenzial. Hierzu haben wir auch bereits Beiträge veröffentlicht und setzen entsprechende Lösungen wie den schon erwähnten Messarm mit der Kamera erfolgreich ein. Damit kann man dann vor Ort gehen und beispielsweise untersuchen, ob die Teile, speziell, wenn es um Prototypenteile geht, exakt der Konstruktionszeichnung entsprechen, ob sich beispielsweise alle Schweißpunkte exakt an der richtigen Stelle befinden. Man kann über solche Vergleiche wunderbar die Fehlerursachen erkennen. Auch andere Anwendungen sind denkbar. Bei Airbus kann der Werker zum Beispiel ein 3D-Modell der Leitungen sehen, die gerade zu verlegen sind. Die sieht er durch seine halbdurchsichtige Datenbrille und greift aus einem großen Regal aus den vielen unterschiedlichen Leitungen immer die richtige heraus. Wir haben hier etwas Vergleichbares: Der Sicherungskasten im Auto umfasst Sicherungen, die je nach Ampere-Wert mit unterschiedlichen Farben gekennzeichnet sind. Hier gibt es die Möglichkeit, reale und virtuelle Welt zu überlagern, so dass der Mitarbeiter sofort sieht, ob alle Sicherungen richtig platziert sind. Solche Dinge sind mit Mixed Reality sehr leicht machbar. VR Magazin: Herr Prof. Katzenbach, vielen Dank für das Gespräch. 16 MAGAZIN 3/2011

17 VIRTUELLE PRÄSENTATION DES AUDI A6 DESIGN & ENGINEERING ERFAHREN, OHNE ZU FAHREN Die technischen Innovationen neuer Automodelle gegenüber den Vorgängermodellen und subjektive Faktoren wie ein anderes Fahrgefühl oder die Raumanmutung sind mit einfachen Visualisierungen nur noch schwer zu vermitteln. Audi hat sich deshalb für die Einführung des A6 auf dem asiatischen, australischen und südafrikanischen Markt eine ganz besondere Präsentation ausgedacht. Für die Einführung des neuen A6-Modells auf dem asiatischen, australischen und südafrikanischen Markt veranstaltete der deutsche Autohersteller Audi ein ungewöhnliches Kennlernerlebnis. Als Örtlichkeit für dieses Event, das vom 30. Mai bis 15. Juni stattfand, wählte Audi die berühmte Formel-1-Rennstrecke Yas Marina Circuit in Abu Dhabi. Die Agentur three monkeys creative consulting fz llc, eine von deutschen 3D- und Postproduktionsspezialisten gegründete Firma mit Sitz in Dubai, kreierte und implementierte diverse interaktive Multimediainstallationen für die so genannte Brand World, wo die Besucher alles über das Auto erfahren konnten, ohne sich hinter das Steuer zu setzen. Die erste Station bestand aus dem Monkeybook, einem von three monkeys mit Unterstützung der Münchner Firma MediaScreen entwickelten interaktiven Buch. Hier konnten die Besucher durch eine digitale Produktbroschüre des A6 blättern, die durch Animationen und Filme besonders informativ gestaltet war. Zusätzlich boten vier Touch-Tische alles Wissenswerte über den neuen Quattro-Allrad-Antrieb, die Leistung des Fahrzeugs, die zugrundeliegenden Technologien sowie regionale Spezifikationen. Zwei Touchscreens, die an sich drehenden Manniquins montiert waren, zeigten Details zu Luxus- und Sicherheitsausstattung, Informationen zum Event und After Sales Services. Der Höhepunkt der Brand World bestand aus einer Modellrennstrecke, die zwei Besucher gegeneinander antreten ließ. Montiert war die Bahn auf einem Holztisch, der allerdings keinerlei Dekoration der Strecke bot. Diese wurde durch eine technologische Innovation ersetzt. Augmented Reality Über einen am Tisch montierten Touchscreen konnten die Fahrer, nachdem sie ihren Namen eingegeben hatten, eine von zwei möglichen Landschaften wählen, in denen sie gerne fahren würden. Zur Wahl standen die A6 Event Brand World (ein Großstadtpanorama) oder die A6 Quattro World (eine Felsenlandschaft). Auf zwei Monitoren, die über der Slotcar-Bahn befestigt waren, wurde das aktuelle Rennen quasi live übertragen, inklusive der jeweils gewählten Landschaft, die per Augmented Reality in das Fernsehbild eingefügt wurde. Nicht nur die Fahrer selbst hatten somit ein besonderes Erlebnis, sondern auch für die Zuschauer wurden die Rennen dadurch doppelt interessant. Natürlich wurden alle Rennzeiten per Laserschranken festgehalten, über eine Datenbank zu Ranglisten verarbeitet und auf den beiden Bildschirmen dargestellt. Alle Installationen der Brand World wurden mit der Echtzeit-Software Ventuz hergestellt. ANM In der interaktiven Multimediainstallation für die so genannte Brand World konnten die Besucher alles über das Auto erfahren, ohne sich hinter das Steuer zu setzen. INFO: VENTUZ Die Ventuz Technology GmbH mit Sitz in Hamburg ist Hersteller von 3D-Echzeit-Technologien für Präsentationen, Events und TV-Grafik. Ziel der Firma ist es, Lösungen zu schaffen, die die neuesten technischen Entwicklungen mit erstklassigem Design verbinden und so Präsentationen und Shows auf die nächste Stufe heben. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf interaktiven Anwendungen. Diverse Agenturen haben Ventuz bereits in ihr Dienstleistungsangebot aufgenommen. Zu den Kunden dieser Agenturen zählen unter anderem Microsoft, Porsche, Rodenstock, Raiffeisen und Adidas. Im TV-Bereich wird Ventuz von diversen Sendern eingesetzt, unter anderem Fox Sport. MAGAZIN 3/

18 TRAINING & SERVICE REALITÄTSNAHE TRAININGSSIMULATION VON ENTSCHÄRFUNGSROBOTERN SAFETY FIRST Die Simulation von Manipulatorfahrzeugen im Entschärferbereich stellt eine große ingenieurstechnische Herausforderung dar. Das Ziel derartiger Simulationen ist es, sowohl das Fahr- und Steuerungsverhalten des Fahrzeugs als auch die komplexen Interaktionen mit der Umwelt plausibel abzubilden, um die operationellen Einsatzkräfte bestmöglich auf den realen Einsatz vorbereiten zu können. In diesem Kurzbeitrag werden die Trainingssimulationen der Firma Cassidian für die Entschärfungsroboter teodor und telemax (Hersteller Telerob) vorgestellt und die besonderen Herausforderungen an derartige Trainingssimulationen diskutiert. VON WOLFRAM SCHOOR UND ARNE RADETZKY Die allgemeine Sicherheitslage hat sich insbesondere durch die andauernde asymmetrische terroristische Bedrohung gegen zivile, politische, religiöse und militärische Ziele verändert. Es gilt, die pro Jahr stetig steigende Anzahl von Anschlägen mit unkonventionellen Sprengund Brandvorrichtungen (International: Improvised Explosive Device IED) und die dadurch bedingten Opferzahlen zu reduzieren (siehe IED-Statistik [Rep10]). Aus diesem Grund müssen Sicherheits- und Spezialkräfte für den Entschärfereinsatz optimal ausgestattet, noch besser als bisher geschult und auf möglichst alle Eventualitäten vorbereitet werden. Dies ist notwendig, um die öffentliche Sicherheit und nicht zuletzt auch die Sicherheit der Entschärfer selbst zu gewährleisten. Um dies zu erreichen, werden vermehrt nichtinvasive Inspektionsmethoden wie zum Beispiel Röntgensysteme oder Neutronenscanner (Unattended Luggage Inspection System ULIS [TDG+09]) wie auch passive oder aktive Schutzsysteme zur Risikoreduktion eingesetzt. Darüber hinaus wird ferngesteuertes Equipment, zum Beispiel Entschärfungsroboter, verwendet, denn es gilt das Entschärferprinzip: Distanz schafft Sicherheit. Entschärfungsroboter sind teure und fragile Ausrüstung des Entschärfers, gekennzeichnet durch eine geringe Verfügbarkeit für Trainingszwecke und langen Ausfallzeiten bei Reparaturen. Zudem ist durch die fehlende Orts- und Zeitunabhängigkeit nur ein eingeschränktes situatives Training möglich. Konventionelles Training kann daher den Trainingsbedarf nicht vollständig oder nur mit überproportional hohem Aufwand oder Kosten decken. Die Frage, die sich ergibt, ist, ob Robotersimulationen das Training effizienter gestalten können und ob diese Simulationen den hohen Anforderungen der Anwender genügen. Einsatz von Entschärfungsrobotern (EOD/IEDD-Robots) Der Einsatz von Entschärfungsrobotern wird seit dem Nordirlandkonflikt in den frühen siebziger Jahren praktiziert und unterstützt seitdem erfolgreich Entschärfer in vielen Nationen im operationellen Einsatz gegen Kampfmittel und unkonventionelle Sprengund Brandvorrichtungen [Her04]. Der schwierigste Aspekt für den Entschärfer ist hierbei, dass er sich anhand der auf dem Bildschirm angezeigten zweidimensionalen Videodaten an einem realen Einsatzort orientieren und fehlerfrei operieren muss. Der Faktor Training spielt bei komplexen Systemen wie diesen eine entscheidende Rolle. Erst die Fähigkeit und Fertigkeit, den teleoperierten Entschärfungsroboter exakt zu steuern, die Entschärferwerkzeuge zweckdienlich einzusetzen sowie eine Lage korrekt einzuschätzen und die daraus resultierende taktische Vorgehensweise ableiten zu können, tragen wesentlich zum Erfolg eines Entschärfungseinsatzes bei. Das Training setzt sich im Regelfall aus verschieden aufeinander aufbauenden Stufen mit unterschiedlichen Anforderungen sowohl an die Fähigkeiten und Fertigkeiten der Teilnehmer als auch an die Ausbildungsinhalte zusammen: 1. Einführungstraining (Theorie): Aufzeigen der möglichen Einsatzzwecke und Limitierungen des jeweiligen Fahrzeugs Generelles Funktionsprinzip und Einführung der Fachtermini 2. Basistraining (Theorie und Praxis): Einfaches Navigationstraining und Manipulieren (Schritt für Schritt) 18 MAGAZIN 3/2011

19 REALITÄTSNAHE TRAININGSSIMULATION VON ENTSCHÄRFUNGSROBOTERN TRAINING & SERVICE Praxisrelevante Tipps (zum Beispiel Gefahrenhinweise) Training des prinzipiellen Vorgehens zur Lösung einfacher Aufgaben 3. Fortgeschrittenen-Training (Theorie und Praxis) Verfeinern beziehungsweise Auffrischen der bereits erworbenen Fähigkeiten/Fertigkeiten Lösen von komplexeren Standardaufgaben (Beseitigung von IEDs) 4. Expertentraining (Theorie und Praxis) Optimierung von bekannten Prozeduren zur Bekämpfung von IEDs Inkorporation von aktuellen Erkenntnissen (Counter-IED-Taktiken) Die Nutzung von virtuellen Trainingstechnologien innerhalb dieses Bereichs kann nachgewiesenermaßen (interne Auswertung von Kundendaten) zu einer effizienten und kostengünstigen Aus- und Weiterbildung des Personals beitragen. Die operationellen Anforderungen an solch ein Trainingssystem nebst Umsetzung werden im Folgenden anhand der Entschärfungsroboter teodor und telemax der Firma Telerob vorgestellt (vergleiche Roboter in Bild 1). Operationelle Anforderungen an realitätsnahe Trainingssimulationen Ein wesentlicher Aspekt im Entschärfertraining sind die verschiedenen Sichten, die im Einsatz eingenommen werden können. Die Steuerung des Roboters erfolgt im Regelfall anhand von übertragenen zweidimensionalen Videodaten, die von einem Set von vorinstallierten Kameras am Roboter (zum Beispiel am Greifer oder am Chassis) geliefert werden. Es ist zwingend notwendig, die Position, Orientierung, Anzahl und Eigenschaften der Kameras nachzubilden, um eine realistische Sicht auf die virtuelle Szene zu ermöglichen. Im Basistraining erfolgt zudem die initiale Navigation und Manipulation mittels direkten Sichtkontakts auf den Roboter, da aufgrund der natürlichen Sicht des Entschärfers ein besseres Verständnis zwischen durchgeführter Handlung und resultierender Reaktion des Roboters geweckt wird. Aus der zweidimensionalen Videoübertragung ergibt sich zudem Bild 1: Entschärfungsroboter der Firma Telerob teodor und telemax (rechts). die Anforderung an ein adäquates optisches Feedback. Die fehlende stereoskopische Wahrnehmung muss, wie in der Realität, durch andere Merkmale zur Tiefenunterscheidung (Depth Cues) kompensiert werden. Dies kann erreicht werden, indem zur Visualisierung des Szenarios realitätsnahe 3D- Modelle (beispielsweise mittels Bump Mapping, Parallax-Mapping, Shader- Effekten, usw.) eingesetzt werden. Die Verwendung von dynamischen Lichtquellen und multiplen Schattenberechnungen (in Echtzeit [AHH08]) ist zwingend erforderlich, um die notwendige Tiefenunterscheidung für den Entschärfer in der virtuellen Welt reproduzieren zu können. Das haptische Feedback ist nötig, um ein Training unter realistischen Bedingungen durchführen zu können ( Train as you Fight ), das heißt, der Entschärfer trainiert exakt am selben Bedienpult, das auch im operationellen Umfeld zum Einsatz kommt. Dieser Ansatz stellt sicher, dass die erworbenen Fähigkeiten und Fertigkeiten ohne Umwege direkt im Einsatz abgerufen werden können. Die Umsetzung erfolgt über eine Anbindung der realen Bedienpulte an die jeweilige Simulation. Die Simulation muss hierbei verschiedene Bedienpultversionen unterstützen. Der Funktionsumfang entspricht der Abdeckung von Aktionsmöglichkeiten in der Realität im Vergleich zu denen in der virtuellen Welt. Je nach Trainingsziel ist in diesem Anforderungsbereich eine didaktische Reduktion möglich. Das bedeutet zum Beispiel, dass im Regelfall beim Training der schießtechnischen Beseitigung eines IEDs mit dem Roboter die korrekte Simulation des Schadensmodells keine Trainingsrelevanz besitzt, sondern das eigentliche Prinzip im Vordergrund steht, und ein einfacher Effekt (Explosion) hinreichend ist, um dies zu verdeutlichen. Dennoch müssen alle relevanten Funktionen des Entschärfungsroboters in der Simulation verfügbar oder abgebildet sein. Die wichtigste Anforderung ist die physikalische Reaktion (für das Training in den Stufen 3 4). Für den Entschärfer ist es entscheidend zu wissen, dass die im Training erworbenen Erkenntnisse verlässlich im Einsatz angewandt werden können. Hierzu müssen Eigenschaften wie Kipp- und Schwingverhalten, Greifen oder Rutschkupplungen präzise abgebildet werden. Das Training von Taktiken ist ebenfalls eine wichtige Anforderung an ein realitätsnahes Trainingssystem. Es setzt voraus, dass die genannten ANFORDERUNG BESCHREIBUNG TECHNOLOGIEANSATZ Sichten Wie sehe ich? Verschiedene virtuelle Kameraperspektiven (Roboterkameras, Entschärfersicht) Interface zum realen Bedienpult Optisches Feedback Haptisches Feedback Funktionsumfang Physikalische Reaktion Taktik Was sehe ich? Wie funktioniert es? Was kann ich machen? Was passiert? Wie soll ich es machen? Modelle, Shader, Texturen, Schatten, Licht Simple Physik, Real-Time- Rendering Hochpräzise Physik, Real- Time-Rendering Operationelles Know-how, Physik, Modelle Tabelle 1: Gegenüberstellung von Kernanforderungen und entsprechendem Technologieansatz. MAGAZIN 3/

20 TRAINING & SERVICE REALITÄTSNAHE TRAININGSSIMULATION VON ENTSCHÄRFUNGSROBOTERN Anforderungen erfüllt sind und ermöglicht es, nahezu frei wählbare Situationen zu exerzieren und die Herangehensweisen mit den Ausbildern im Dialog zu diskutieren. Der wesentliche Faktor ist die Integration des operationellen Know-hows. Die identifizierten Kernanforderungen für das Training von EOD/ IEDD-Robotern in den Stufen 2 4 sind in der Tabelle 1 zusammengefasst dargestellt. Im Folgenden werden Methoden für ausgewählte Eigenschaften, etwa für die physikalische Reaktion, vorgestellt, die es erlauben, die Qualität der umgesetzten Lösung zu beurteilen. Herausforderungen bei EOD/ IEDD-Robotersimulationen Die besonderen Herausforderungen im Bereich der Robotersimulation liegen, wie im Abschnitt zuvor beschrieben, hauptsächlich in der physikalisch korrekten Abbildung des Bewegungsverhaltens des Roboters. Dies zielt insbesondere auf robotereigene Funktionen wie Rutschkupplungen oder das Greifen wie auch das Verhalten des Roboters in Grenzsituationen wie Kippverhalten bei Neigung oder das Rutschverhalten an Treppen und Rampen (siehe Bild 2). Die Roboter- und Umgebungseigenschaften lassen sich zur realitätsnahen Simulationserstellung objektiv evaluieren, indem man Originalverhalten und Verhalten in der Simulation direkt miteinander vergleicht (vergleiche [PBS07]). Andere für das Training des Entschärfungsvorgangs wesentliche Eigenschaften wie etwa die Beleuchtung oder Beschattung in der dargestellten Szene oder die Visualisierung der synthetischen Kamerabilder müssen mittels geeigneter Methoden subjektiv mit dem realen Verhalten verglichen werden, um eine hochwertige Simulation bereitstellen zu können. Details zur Evaluierung der teodor-simulation können in [SNR10] nachgelesen werden. Zu objektiven Eigenschaften zählen Kategorien, die anhand eindeutig quantifizierbarer Messgrößen einen direkten Vergleich zwischen realem und virtuellem Roboter zulassen. Diese umfassen unter anderem: Kinematisches Modell Die Fahrgeschwindigkeit der EOD/ IEDD-Roboter teodor und telemax hängt im Wesentlichen von den folgenden vier Faktoren ab: der Leistung der eingebauten Motoren der Reibungswerte des befahrenen Untergrundes der Steigung des befahrenen Bodens der Zuladung des Roboters Die Motorenleistung der Roboter wurde anhand der Spezifikation des Herstellers virtuell adaptiert, die Festlegung der Reibungswerte erfolgte entsprechend den Bodenmaterialien. Die Geschwindigkeitstests der einzelnen Bewegungen (Teleskopauszug, Oberarmhub, Greiferdrehung, usw.) wurden sukzessive überprüft. Kipptest Der Kipptest ist ein wichtiges Messinstrument zur Validierung der korrekten Massenverteilungen innerhalb der virtuellen Roboter. Wenn alle 3D- Modellteile korrekt in Material und Bild 2: Realer teodor-roboter auf der Treppe und virtueller Roboter bei der Treppenfahrt. Bild 3: Kipptest des telemax-manipulatorfahrzeugs in der Realität und virtuell. Dimension nachgebildet wurden (entsprechend der Herstellerspezifikation), so ergibt sich in der physikalischen Simulation bei spezifischer Auslenkung des Manipulators der nahezu identische Kippwinkel, bei dem der Roboter vom Equilibrium in den Fallzustand übergeht. Die Kippwinkel wurden unter verschiedenen Roboterstellungen für teodor und telemax erfolgreich evaluiert (Bild 3). Merkmale, die sich nicht oder nur schwer mittels in Zahlen fassbaren Werten vergleichen lassen, bedürfen einer subjektiven Bewertung. Der folgende Abschnitt umfasst eine Auswahl an getesteten Merkmalen. Rutschkupplungen Zum vollständigen Funktionsumfang des Roboters gehören Rutschkupplungen. Dies sind mechanische Einrichtungen in den Gelenken des Roboters, deren Aufgabe darin besteht, einen Schutz vor mechanischer Überbeanspruchung zu gewährleisten. Eine Rutschkupplung wird aktiviert, sobald die Kräfte, die auf die Servomotoren einwirken, einen definierten Grenzwert überschreiten. Die Simulation dieses Mechanismus stellt eine besondere Herausforderung bei der Berechnung des physikalischen Modells dar, da punktuell binnen einer sehr kurzen Zeit hohe Änderungen der einwirkenden Kraft oder auch Kraftrichtung auftreten. Nur effiziente Algorithmen mit einer hohen numerischen Rechengenauigkeit sind dazu in der Lage. 20 MAGAZIN 3/2011

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