Surround-Screen Virtual Reality Installation
Final Report Abstract
Virtuelle Hochtemperatur-Konversionsprozesse – Virtuhcon (BMBF Zentrum für Innovationskompetenz): Die Virtualisierung von komplexen Prozessen ist der Schlüssel für eine neue effiziente Strategie der Technologieentwicklung. Unter Prozessvirtualisierung wird dabei die durchgängige Zusammenführung und Integration der einzelnen mathematisch-naturwissenschaftlich fundierten Modelle und Simulationen zur Beschreibung aller Teilvorgänge von komplexen Prozessablaufen verstanden in einer Form, die deren nahezu vollständige visuelle Abbildung ermöglicht. Über diesen Weg werden die realitätsnahe, Optimierung, Weiterentwicklung und Maßstabsvergrößerung von Prozessen sowie die Entwicklung prinzipiell neuer Lösungsansätze in virtueller Realität durchführbar ohne die Notwendigkeit, zunächst technische Anlagen errichten zu müssen. Dadurch werden Entwicklungszeiten signifikant verkürzt sowie Kosten und Risiken stark reduziert. In verschiedenen Bereichen der Volkswirtschaft, wie der Luftfahrt- und Automobilindustrie wird diese Vorgehensweise bereits sehr erfolgreich angewendet. Das übergeordnete Ziel, das mit der Einrichtung des Zentrums für Innovationskompetenz „Virtuelle Hochtemperatur-Konversionsprozesse – Virtuhcon“ an der TU Bergakademie Freiberg verfolgt wird, besteht darin, diese Entwicklungsstrategie in das sehr dynamische und wirtschafts- bzw. umweltpolitisch brisante Feld der Stoff- und Energiebereitstellung einzuführen. SFB 920: Multifunktionale Filter für die Metallschmelzefiltration - ein Beitrag zu Zero Defect Materials: Forschungsarbeiten im Teilprojekt „VR-basierte visuelle Analyse von Filtrationsprozessen“ zielen auf die Entwicklung neuartiger Methoden für die interaktive und intelligente Analyse von Werkstoffeigenschaften und Filtrationsprozessen mittels Techniken der Virtuellen Realität (VR). Damit sollen Defizite herkömmlicher CFD-Visualisierungssoftware überwunden werden, welche bei den im SFB zu erwartenden Datenmengen der Supercomputing-Simulationen im Terabyte-Bereich bei weitem überfordert ist. Zum Umgang mit der Datenkomplexität werden insbesondere folgende Aspekte bearbeitet: (1) Techniken zum Management und zur Reduktion sehr großer Datensätze, wobei als Besonderheit des vorliegenden Projekts die Datenkompression teilweise schon in die Supercomputing-Simulationen integriert wird (in situ Verarbeitung); (2) großflächige Echtzeit-Visualisierung in einer VR-CAVE, deren Pixel-Auflösung um ein Vielfaches über der üblicher Computer-Monitore liegt; sowie (3) interaktive und intelligente Funktionen für die Exploration und Analyse von Filtrationsprozessen in VR. Roundtrip3D - Modellgetriebene Methoden zur iterativen Entwicklung von Anwendungen der virtuellen und erweiterten Realität (DFG Einzelverfahren): Im Projekt Roundtrip3D werden softwaretechnische Konzepte und Werkzeuge zur Verbesserung des Prozesses der Entwicklung von 3D-Anwendungen, insbesondere Anwendungen der virtuellen und erweiterten Realität, erarbeitet. In Vorarbeiten wurde bereits gezeigt, dass modellgetriebene Methoden auch bei der Entwicklung von 3D-Anwendungen, die mit sehr heterogenen Werkzeugen (3D-Autorenwerkzeugen, Programmierwerkzeugen) erstellt werden, gewinnbringend eingesetzt werden können und die stark interdisziplinär geprägte Arbeitsweise unterstützen. Allerdings wurden bisher die iterativen Aspekte des Entwicklungsprozesses vernachlässigt. Im vorliegenden Projekt liegt daher der Hauptschwerpunkt auf der Unterstützung einer iterativen Vorgehensweise. Hierbei wird inbesondere die Übertragbarkeit von Techniken des Roundtrip Engineerings auf die Entwicklung von 3D-Anwendungen untersucht. In diesem Zuge werden vorhandene Konzepte und Werkzeuge weiterentwickelt und verbessert. Ein zusätzlicher Fokus liegt auf der (teil-) automatisierten Adaptierung der entwickelten Anwendungen auf heterogene Zielplattformen, z. B. einfache Desktop- oder gar CAVE- ähnliche Mehrseitenprojektionssysteme. Virtual Workers: Interaktive digitale Menschmodelle im virtuellen Prototyping (DFG Einzelverfahren): Gegenstand des Projekts „Virtual Workers“ ist die Entwicklung neuartiger, auf dem Einbezug teilautonomer digitaler Menschmodelle beruhenden Methoden für die Evaluation virtueller Prototypen mit Techniken der Virtuellen Realität (VR). Ein Hauptaspekt betrifft die Übertragung von per Datenhandschuh in VR durchgeführten Bedienungsprozeduren auf digitale Menschenmodelle unterschiedlicher anthropometrischer Statur. Auf diese Weise wird der Aufwand zur Animationserstellung deutlich reduziert sowie die funktionale und ergonomische Überprüfung virtueller Prototypen unter generalisierten Bedingungen ermöglicht. In Erweiterung konventioneller Motion Capture Techniken werden dazu nicht nur die Bewegungen des VR-Benutzers erfasst sondern auch Interaktionen mit Szenenobjekten. In dem als Action Capture bezeichneten Verfahren werden Bewegungen des Benutzers vielmehr zu Handlungsbeschreibungen abstrahiert, die mittels verhaltensbasierter Animationsverfahren durch die digitalen Menschmodelle reproduziert werden. Web 2.0 basierte visuelle Entscheidungsunterstützung bei komplexen dynamischen Datenfeldern (E-Science Forschungsnetzwerk Sachsen, Sächs. Ministerium für Kunst und Wissenschaft): Interaktive 3D-Visualisierungen sind ein unerlässliches Werkzeug für die Analyse und Kommunikation komplexer Datenfelder aus Simulations-, Mess- und Informationsdaten. Sie unterstützen das Gewinnen von Einsichten und Erkenntnissen und sind somit ein notwendiger Baustein für E-Science mithin. Neue Web-Standards wie WebGL, die in der aktuellen Browser-Generation bereits umgesetzt sind, bieten in diesem Zusammenhang seit Kurzem die Möglichkeit, 3D-Visualisierungen ohne größeren Aufwand im Web-Browser darzustellen. Allerdings bestehen insbesondere Einschränkungen bei der Größe der visualisierten Datensätze, welche bei dynamischen Vorgängen durchaus in der Größenordnung von mehreren 10 bis 100 Gigabyte liegen können. Daher ist zur Web-basierten Datenpräsentation der Zwischenschritt der Datenextraktion unabdingbar. Eine interessante Möglichkeit hierzu liegt in der Ergänzung der bisher schon zur Datenanalyse eingesetzten Techniken der Virtuellen Realität. So sind z.B. CAVEs als High-End-Installationen für die Analyse sehr großer Datensatze optimal geeignet und können zur Selektion eingesetzt werden. Da sie Mehrbenutzer-fähig sind, unterstützen CAVEs insbesondere auch die kollaborative Analyse der Daten.
Publications
- Imitation Learning of Motor Skills for Synthetic Humanoids. Dissertation, TU Bergakademie Freiberg, 2010
H. Ben Amor
- Model Driven Iterative VR and AR Development. IEEE VR 2010 Workshop on Software Engineering and Architectures for Realtime Interactive Systems (SEARIS)
A. Vitzthum & B. Jung
- Action Capture: A VR-based Method for Character Animation. Virtual Realities. Dagstuhl Seminar. Springer. 2011
B. Jung, H. Ben Amor, G. Heumer, A. Vitzthum
- Simulation, Erfassung und Analyse direkter Objektmanipulationen in Virtuellen Umgebungen. Dissertation, TU Bergakademie Freiberg, 2011
G. Heumer
- Enabling and Analyzing Natural Interaction with Functional Virtual Prototypes. Modeling and Simulation in Engineering. Intech. 2012. 261- 279
F. Gommlich, G. Heumer, B. Jung, M. Lenk & A. Vitzthum
- XSAMPL3D: An Action Description Language for the Animation of Virtual Characters. Journal of Virtual Reality and Broadcasting, 2012
A. Vitzthum, H. Ben Amor, G. Heumer, B. Jung
