360°-Großprojektionssystem Elbedome

Forschung und Entwicklung am Elbedome

Virtuelle Arbeitsumgebungen und Erlebnisräume für verteiltes Arbeiten

Skalierbare und verteilte virtuelle Arbeitsumgebungen und Erlebnisräume (OmniVEDS)

Produzierende Unternehmen müssen in der Lage sein, hochflexibel auf die ständig steigenden Anforderungen des Weltmarkts zu reagieren. Flexibilität verlangt unter anderem die laufende Weiterentwicklung der Produkte, den stetigen Auf-, Aus- und Umbau von Produktionsanlagen und die zunehmende Vernetzung der Produktions- und Steuerungssysteme. Die Planungs-, Evaluierungs- und Entscheidungsprozesse müssen dabei standortübergreifend und weltweit verteilt durchgeführt werden können. Insbesondere die Methoden des Virtual Engineering, Digital Manufacturing und der Virtuellen Realität helfen dabei, Planungsphasen zu verkürzen und Planungsfehler durch den frühzeitigen Einsatz von digitalen Modellen und Simulationen sowie durch die verbesserte Kommunikation zwischen den beteiligten Gewerken eines Unternehmens und dessen Zulieferern deutlich zu reduzieren. Übertragbare Anforderungen gibt es im öffentlichen Sektor bei der Planung und Durchführung von großen Bauprojekten.

Virtuelle Realitäten werden in diesem Kontext typischerweise genutzt, um Digital Mock-ups, Design Reviews, Entscheidungsfindungsprozesse sowie Qualifikations-, Kommunikations- und Marketingmaßnahmen zu unterstützen. Um intuitiv und ganzheitlich mit virtuellen Realitäten arbeiten und diese erleben zu können, werden entsprechende virtuelle Arbeitsumgebungen bzw. Erlebnisräume (z.B. Powerwall oder CAVE, engl. Virtual Environment Display System VEDS) benötigt. Ihr Einsatzspektrum lässt sich in die vier Anwendungsdomänen Erleben, Planen, Evaluieren und Steuern untergliedern. Es ist zudem notwendig, dass sich diese Umgebungen anwendungsorientiert skalierbar in die Projektprozesse einbinden und miteinander vernetzen lassen.

OmniVEDS wird gefördert durch das Land Sachsen Anhalt und die Europäische Kommission. Projektträger ist die Investitionsbank Sachsen Anhalt.

© Fraunhofer IFF

Motion Capturing (also Bewegungserfassung) ist ein Tracking-Verfahren, um jede Art von Bewegung computerlesbar so zu erfassen, dass die Bewegungen analysiert, aufgezeichnet und zur Steuerung von Anwendungen bzw. zur Interaktion in virtuellen Umgebungen verwendet werden können.

© Fraunhofer IFF

Der digitale Zwilling ist das virtuelle Abbild einer realen Person. Ihre realen Bewegungen und Handlungen vollführt der digitale Zwilling in einer virtuellen (Arbeits-)Umgebung. Er verknüpft also reale und virtuelle Welt.

© Fraunhofer IFF

Ein digitaler Zwilling ermöglicht dabei ein verteiltes Arbeiten in gemeinsam genutzten virtuellen Räumen über Ländergrenzen und Zeitzonen hinweg.

Um die Anwendung, Praktikabilität, Akzeptanz und Verbreitung dieser Technologien weiter zu steigern, ist es notwendig, den Eindruck der Immersion sowie die Möglichkeiten zur Interaktion in klassischen industriell genutzten virtuellen Arbeitsumgebungen, in Anlehnung an die steigende Verbreitung immersiver Visualisierungen im Consumer-Bereich, weiter zu verbessern. Speziell die Nutzung der virtuellen Umgebungen durch mehrere Anwender ist aktuell noch problematisch, da die stereoskopische Projektion in den meisten Fällen nur auf Basis der Position eines Hauptnutzers berechnet wird. Somit erhält dieser ein aus seiner Sicht berechnetes stereoskopisches Bild, während alle weiteren Anwender im Raum in Abhängigkeit von ihrer Position bzgl. des Hauptnutzers ein mehr oder weniger verzerrtes Bild wahrnehmen. Weiterhin werden Projektionen in zylindrischen oder sphärischen Umgebungen im Allgemeinen statisch entzerrt, d.h. die Entzerrungsfilter wurden bzgl. eines festen Sichtpunktes bestimmt. Bewegt sich der Nutzer an eine abweichende Sichtposition, kann es ebenfalls zu Verzerrungen kommen. Beide genannten Probleme beeinflussen das Erleben der virtuellen Umgebung negativ und verringern somit auch deren Akzeptanz. Zur Verbesserung bieten sich alternative Verfahren zur Erzeugung der stereoskopischen Bilder (z.B. Omni-Stereo), sowie Strategien zur dynamischen Entzerrung an. Beides soll im Rahmen dieses Vorhabens betrachtet werden.

Doch nicht nur die Verbesserung von Stereo-Effekt und Entzerrung der Projektion, auch die eigentliche Bildgenerierung ist auf Grund stetig wachsender Datenmengen enorm herausfordernd. Auch die rasante Verbesserung der 3D-Visualisierung in Unterhaltungsmedien, wie Computerspielen und Kinofilmen, trägt dazu bei, dass die Erwartungshaltung der Nutzer bzgl. der Qualität industrieller Visualisierungen kontinuierlich wächst. Daher ist es erforderlich, bisherige Rendering-Verfahren weiter zu entwickeln, damit sie sowohl die echtzeitfähige Darstellung großer dynamischer Daten ermöglichen, ebenso aber auch qualitativ hochwertige und realitätsnahe Resultate liefern. Durch die Verwendung komplexer Beleuchtungsmodelle in Verbindung mit passender 3D-Geräuschgenerierung kann der Eindruck der Immersion und damit verbunden die Akzeptanz bzgl. industrieller virtueller Realitäten zusätzlich verbessert werden.

Bedingt durch die rasante Entwicklung sogenannter Head-Mounted Displays wird sich in den nächsten Jahren auch der immersive Einsatz virtueller Realitäten direkt am Arbeitsplatz durchsetzen (Arbeitsplatz-VR). Während gemeinsame Reviews von Planungsständen unter Nutzung virtueller Erlebnisräume in der Regel in gewissen Abständen erforderlich und üblich sind, verursachen diese jedoch nicht unerhebliche Aufwände für Reisezeit und -kosten. Daher ist es notwendig, Arbeitsplatz-VR und klassische virtuelle Umgebungen miteinander zu verknüpfen. Auf diese Art und Weise können Aufwände reduziert und Planungssicherheit gewonnen werden, indem Review-Meetings häufiger und räumlich verteilt ausgeführt werden. Ein Teil der zum Review erforderlichen Personen könnte sich weiterhin in der virtuellen Umgebung zusammenfinden, weitere Personen aus möglicherweise weiter entfernten Standorten, könnten sich jedoch von ihrem Arbeitsplatz aus verbinden und am Virtual-Reality-Meeting teilnehmen. Die Herausforderung hierbei besteht vor allem in der Synchronisation der betrachteten Inhalte sowie der Interaktion der verschiedenen, teils verteilten, Nutzer. Sowohl die skalierbare Ausführung als auch der Themenbereich der Interaktion sollen im Rahmen dieses Vorhabens berücksichtigt werden.

Ziel des Projekts »OmniVEDS« ist somit die Entwicklung und Evaluierung neuartiger Ansätze zur Erzeugung und Darstellung von, sowie der Interaktion mit virtuellen Realitäten in skalierbaren und vernetzten virtuellen Arbeitsumgebungen und Erlebnisräumen.

Projektlaufzeit: 07.09.2015 bis 31.07.2018