Fraunhofer IPK

Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik

Virtual Reality Solution Center

Die Virtuelle Realität hat sich innerhalb der letzten Jahre als ein wichtiges Werkzeug für Produktentwicklung und -präsentation etabliert. Um neue Potentiale dieser Technologie zu erschließen, neue Anwendungsfelder zu etablieren und bestehende Technologien weiterzuentwickeln, wurde im Jahr 2001 das Labor für Virtuelle Realität eingerichtet.

Heute ist das Labor ein Kompetenzzentrum, in dem innovative Basistechnologien, wie z.B. projektionsbasierte 3D-Visualisierung, 3D-Interaktionstechnologien und haptische Interaktionslösungen ständig weiterentwickelt werden. Basierend auf diesen Technologien werden Anwendungen in den klassischen Anwendungsfeldern CAD, CAS entwickelt und darüber hinaus neue VR-Einsatzmöglichkeiten in den Bereichen Fly-and-Walk-Through für Technik und Architektur, Ein- und Ausbauuntersuchungen, Trainingsplattformen, Prototypenentwicklung sowie telepräsente Maschinensteuerungen erschlossen.

Kompetenzen

  • Verteilte VR Visualisierung
    Um verschiedene immersive Sichtgeräte komfortabel, flexibel und performant anzusteuern, wurden ein OpenSG-basiertes VR-Visualisierungssystem sowie eine Konfigurationssoftware entwickelt. Unser fortschrittlicher Server-Client Ansatz sorgt für eine strikte Trennung von I/O-Aufgaben, Applikation und Visualisierung, die als eigenständige Prozesse auf separaten Servern laufen.
  • Rapid Prototyping von 3D-Werkzeugen
    Im Rahmen des VRIB (www.vrib.de) Projektes erfolgte die Entwicklung einer neuen Methodik, nach der 3D-Interaktionswerkzeuge schneller und einfacher entwickelt werden können. Die Arbeiten erfolgten unter der Zielstellung, mit den dabei entstehenden Werkzeugen ebenso intuitiv und natürlich wie in der realen Welt arbeiten zu können. Exemplarisch wurden bereits drei Interaktionsgeräte für verschiedene Anwendungsgebiete entwickelt.
  • VR I/O Management
    Die Integration neuer Interaktionsgeräte in VR-Anwendungen ist häufig ein langwieriger Prozess. Unsere Hardware-Integrationsplattform vereinfacht diesen Prozess sowohl für kommerzielle als auch für selbstentwickelte Interaktionsgeräte dramatisch. Flexibilität wird durch eine einheitliche XML-Beschreibung der Komponenten und Schnittstellen gewährleistet. Das System ermöglicht eine Verbindungsneukonfiguration zur Laufzeit ohne Neustart oder Neukompilierung.
  • Kinästhetische 6-DoF Interaktion
    Basierend auf zwei Aktuator-Komponenten haben wir ein neues, kinästhetisch wirkendes, Force Feed-back-System entwickelt. Mit dem System lassen sich nahezu beliebige Interaktionsgeräte mit physikalischen Eigenschaften wie Gewicht, Trägheit sowie Kollisionskräften und –momenten ausstatten. Je nach Anwendungszweck können spezifische Interaktionsgeräte verwendet werden, wie z.B. reale, medizinische Instrumente für virtuelle Operationssimulationen oder technische Aggregate, wie sie in der Automobilindustrie benötigt werden. Ein Minimum an Reibungsverlusten sowie eine optimal ausbalancierte Lastverteilung erlauben dem Benutzer, virtuelle Objekte mit deutlich realistischerem Empfinden zu handhaben.
  • Dynamische Ein –und Ausbausimulation
    Heutige Echtzeitsimulationen vernachlässigen häufig die physikalischen Eigenschaften des zu simulierenden Objektes. Jedoch wird beispielsweise auch die Einbeziehung der Elastizität einer Komponente innerhalb der Simulation benötigt, wenn Kühl- oder Hydraulikschläuche innerhalb einer virtuellen Entwicklungsumgebung gehandhabt werden sollen. Exemplarisch haben wir Methoden zur virtuellen Handhabung flexibler Bauteile wie Hydraulikleitungen oder Schläuche entwickelt und prototypisch implementiert. Auf Basis der damit durchführbaren Ein- und Ausbauuntersuchungen lassen sich Bewegungspfade und Volumen aufzeichnen und für nachfolgende Entwicklungsprozesse verwenden.
  • Immersives Styling
    Um 2D-Skizzen in CAD Modelle zu überführen wird ein hoch interaktives Modellierwerkzeug benötigt. Wir haben dazu die Modelliertechnik der »Virtuellen Tonmodellierung« entwickelt, welche starke Analogien zur konventionellen Tonmodellierung aufweist. Für den Industriedesigner liefert diese Technik Modellierwerkzeuge, die eine interaktive Arbeit mit einem virtuellen Tonmodell ermöglichen. Ein virtueller Tonmodellierer bildet die Basis für einen Prototypen, der eine interaktive Modellierung und eine Visualisierung von Highlight-Linien zur Flächenbewertung erlaubt. Multimodale VR-Interaktionstechniken sorgen für ein realistisches Empfinden während der Modellierung.
  • Immersiver Werkzeugmaschinenbau
    Gemeinsam mit anderen Fraunhofer-Instituten entwickelt das IPK eine VR-unterstützte Baukastenlösung für die durchgängige Konstruktion von Werkzeugmaschinen (www.vrax.de). Das neuartige System – in Anlehnung an gängige CAx-Werkzeuge »VRAx« genannt – behandelt Maschinenelemente als Komponenten eines Baukastens und fasst ihre Geometrie, Parameter und Funktion zusammen. Indem es für Werkzeuge, Spannmittel sowie für Komponenten und Grundstrukturen speziell einzelne Baukästen bereithält, vereinfacht VRAx erheblich das Zusammenstellen neuer Maschinen. Dabei nutzt VRAx erstmals VR-Technologien als aktives Entwicklungs- und Konstruktionsmedium für die immersive Modellierung, d. h. die in der VR erzeugten Daten werden wieder in den Gesamtprozess der Entwicklung zurückgeführt.

Leistungsangebot

  • Entwicklung von VR-Softwarelösungen:

    • VR-Schnittstellen für existierende Kundenanwendungen
    • Anwendungsentwicklung für:

      • Beleuchtungs- und
      • Kinematiksimulationen
      • Interaktives Industriedesign
      • Immersives Konstruieren
      • Interaktive Ein- und Ausbauuntersuchung

  • Mixed Reality -basierte Prototypenentwicklung
  • Telepräsente Maschinensteuerungen
  • Turn-Key-Lösungen:

    • Schlüsselfertige Systeme bestehend aus mehrkanaliger Projektionstechnik, 3D-Interaktionswerkzeugen und VR-Anwendungssoftware

  • 3D-Interaktionsgeräteentwicklung
  • Datenintegration CAD/VR
  • VR-Modellierungsleistungen
  • VR-Consulting