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3D- & Virtual-Reality-Menschmodelle: VDC-Whitepaper
- 1. Whitepaper
3D-Menschmodelle
Typen, Anwendungen, Nutzen
von:
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- 2. Whitepaper
3D-Menschmodelle
Vorstellung VDC Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete Digitalisierung
Anwendungsklassen
Inhalt
Anwendungsklassen 3D-Menschmodelle
Zielsetzung und Nutzen 3D-Menschmodelle
Beschreibungsdimensionen
Anwendungsgebiete
Aufnahme, Digitalisierung
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- 3. Whitepaper
3D-Menschmodelle
Anwendungsklassen
Vorstellung VDC Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete Digitalisierung
Anwendungsklassen
Anwendungsklassen 3D-Menschmodelle
Digitaler Entwurf und Test von (technischen) Systemen für Benutzung durch Menschen
(Beispiele: Bedienbarkeit, Erreichbarkeit, Sichtbarkeit, Komfort, Sicherheit, Schutz, Crash,
Orthetik, Prothetik)
Digitaler Entwurf und Test technischer Systeme unter Berücksichtigung der Anwesenheit
von Menschen: Mensch als physische Einflussgröße etwa in Simulationsmodellen
(Beispiele: Crash, Luftströmung Cockpit, Schwingungsanalyse Sitz)
Physikalische Simulation von Körperfunktionen
(Beispiele: Kräfte, Strömung)
Entwurf, Test, Training von Abläufen unter Einbeziehung weiterer Akteure/Avatare
(Beispiele: Trainingsumgebungen Militär, Noteinsatz-Simulatoren)
Training und Ausbildung am digitalen Menschen
(Beispiel: Chirurgie)
Virtueller Mensch als Trainer zur Verbesserung Wissenstransfer
Medien, Entertainment, Infotainment, Tele-Konferenzen
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- 4. Whitepaper
3D-Menschmodelle
Vorstellung VDC Zielsetzung und Nutzen
Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete Digitalisierung
Anwendungsklassen
Zielsetzung und Nutzen 3D-Menschmodelle
Vermeidung (Unfall-/Lebens-)Gefahr
im Systementwurf Betrachtung vieler Altersklassen, Perzentile, Somatotypen:
Absicherung Produktfunktionalität für großen Bevölkerungsteil erzielbar
objektive, wiederholbare Aussagen zu Komfort
aussagekräftige Simulationsergebnisse (Physik) tw. nur unter
Berücksichtigung Menschmodell möglich
realistische aber risikofreie militärische und medizinische Simulatoren:
besserer Trainingseffekt
Diagnoseunterstützung
Simulationsumgebungen mit Avataren mittelfristig kostengünstiger als
Feldübungen; unabhängig von Störeinflüssen (wie Wetter)
Steigerung Unterhaltungswert, Verbesserung Transfer
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- 5. Whitepaper
3D-Menschmodelle
Vorstellung VDC Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen
Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete Digitalisierung
Anwendungsklassen
Beschreibungsdimensionen 3D-Menschmodelle
Menschmodell
Funktionale Darstellung und Zeitbezogene
Autonomie Individualität
Sicht Visualisierung Sicht
Animation, Grad der Rollen-
Anthropometrie Biomechanik Physiologie Kognition Sprache Emotionalität Detailgrad Ausgabesystem
Manipulation Autonomie beschreibung
Umsetzbarkeits- Körper- Dynamische Desktop-
Bewegungs- Ganzkörper-
temperatur- Wahrnehmen Spracheingabe Emotions- basierte Keyframing Proaktivität Konversation
bewertung analysen modell
analysen zustände 3D-Darstellung
Haltungs- Immersive VR Parametrisierte
Kraftanalysen Problemlösen Sprachausgabe Gesichtsmodell Reaktivität Präsentation
analysen (graphisch) Animation
Komfort- Belastungs- Inverse
Entscheiden Kleidermodell Haptik Robustheit Assistenz
analysen analysen Kinematik
Erreichbarkeits- Motion
Unfall Lernen Haarmodell Adaptivität Pädagogik
analysen Capturing
Anatomische Gesichts- Kulturelle
Sichtanalysen Analysen Kognition
Modelle animation Aspekte
Lippensynchrone
Sprechanimation Sozialität
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- 6. Whitepaper
3D-Menschmodelle
Vorstellung VDC Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete
Anwendungsgebiete Digitalisierung
Anwendungsklassen
Anwendungsfelder
Engineering: Entwurf Arbeitsplätze,
Cockpit, Arbeitsabläufe, Werkzeuge,
Sportgeräte, (Schutz-)Kleidung
Verteidigung: Training,
Gefechtsfeld-Simulation
Medizin: Training Chirurgie,
Entwurf Implantat mit CT-Daten,
Simulation als Diagnoseunterstützung
Fashion Design
Unterhaltung: Spiele, Film
Ausbildung: digitale Trainer
Anwendungsbereiche für digitale Menschmodelle [Badler, Norman (1997): Virtual Humans for
Animation, Ergonomics, and Simulation. Los Alamitos, Calif.: IEEE Computer Society
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- 7. Whitepaper
3D-Menschmodelle
Vorstellung VDC Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete
Anwendungsgebiete Digitalisierung
Anwendungsklassen
Anthropometrische Modelle
Komfort- und Erreichbarkeitsanalysen
Sichtbarkeitsanalysen
Kollisionsüberprüfungen
(etwa im Fahrzeugbereich)
Jack (Siemens PLM)
Realitätsnahe Bewegungssimulation
Anthropometrie-Datenbank
zur statistischen
Körperformdimensionierung
Automatische, statisch fundierte
Generierung von Körpertypen, die
auf Angabe drei bestimmter Maße
basiert
Skelett mit Knochen und Gelenken IDO:Ergonomics (ICIDO)
(Kinematiken), Winkelbeschränkungen
RTT Ramsis (RTT)
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- 8. Whitepaper
3D-Menschmodelle
Vorstellung VDC Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete
Anwendungsgebiete Digitalisierung
Anwendungsklassen
Anthropometrische Modelle
Fashion Design
Virtual Prototyping von Fashion,
Evaluation Styling
Generierung Schnittmuster
Fashion Visualisierung (RTT)
Fashion Visualisierung (Wurzel-Medien)
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- 9. Whitepaper
3D-Menschmodelle
Vorstellung VDC Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete
Anwendungsgebiete Digitalisierung
Anwendungsklassen
Biomechanikmodelle
Digitale Atlanten und
Analyse CT- und MRT-Daten
räumliche Darstellung
menschlicher Anatomie DigiHom
für die Ausbildung (Fraunhofer IPA)
CT- und MRT-Daten ebenfalls
immersiv darstellbar
räumliches Arbeiten
(Navigation, Schnitte) möglich
Google Body Browser
(Google)
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- 10. Whitepaper
3D-Menschmodelle
Vorstellung VDC Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete
Anwendungsgebiete Digitalisierung
Anwendungsklassen
Biomechanikmodelle
Analyse des menschlichen Bewegungsapparats
Muskel- und Gelenkkräfte
Elastische Energie in Sehnen
Muskelaktivität
Entwicklung von Prothesen und Implantaten
Ergonomische Untersuchungen
Bewegungsanalysen im Sportbereich
Rehabilitation
Menschlicher Bewegungsapparat
(AnyBody)
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- 11. Whitepaper
3D-Menschmodelle
Vorstellung VDC Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete
Anwendungsgebiete Digitalisierung
Anwendungsklassen
Biomechanikmodelle
graphische und haptische Darstellung
invasiver Eingriffe mit zugehöriger
Gerätetechnik
(Endoskope, Laparoskope, …)
zur Ausbildung
Laparoskop--Simulator Endoskop--Simulator
Virtuelle Operation mit der dazugehörigen haptischen Schnittstelle
(The Medical News (2010): http://www.thaimedicalnews.com)
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- 12. Whitepaper
3D-Menschmodelle
Vorstellung VDC Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete
Anwendungsgebiete Digitalisierung
Anwendungsklassen
Physiksimulationsmodelle
Analyse von Strömungs- und
Struktursimulationsergebnissen
räumliche Darstellung und Interaktion für die
Analyse von Simulationsergebnissen
Strömungssimulation
Aneurisma (Visenso)
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- 13. Whitepaper
3D-Menschmodelle
Vorstellung VDC Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete
Anwendungsgebiete Digitalisierung
Anwendungsklassen
Physiksimulationsmodelle
Belastungsrechnung für Implantate auf
der Basis FEM und MKS
Produkt AnyBody:
Kinematik der Wirbel festlegen
Produkt ANSYS:
FEM-Analyse (Belastung, Festigkeit) des
Wirbel-Implantats auf der Basis der
Wirbel-Kinematik
Implantatberechnung
(CADFEM, Anybody)
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- 14. Whitepaper
3D-Menschmodelle
Vorstellung VDC Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete
Anwendungsgebiete Digitalisierung
Anwendungsklassen
Avatare
Digitale Trainer
Multimodale Kommunikation:
Sprechen, Gestikulieren,
Zeigen gleichzeitig
Assistent Steve erläutert, was zu tun ist
(University of Southern California )
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3D-Menschmodelle
Vorstellung VDC Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete
Anwendungsgebiete Digitalisierung
Anwendungsklassen
Avatare
Einsatz von Menschmodellen
als eigenständige Akteure
Erstellung parametrischer
Bewegungen
Modelle fest programmiert
oder Verhaltens-basiert
Spezielle Modellier- und Spezialisierte Software: Poser (li.) und MakeHuman (re.)
(POSER - Complete 3D Figure Design & Animation http://poser.smithmicro.com/poser.html ,
Animationswerkzeuge, MAKEHUMAN - Open Source Tool for making 3D charakters, http://www.makehuman.org)
Animations-Bibliotheken
Verarbeitung Motion-Capturing-Daten
Zusatz-PlugIns (etwa Stoffsimulation)
Morphing (etwa für Gesichtsanimation)
Haarsimulation Virtuelle Schauspielerin aus dem Spiel „Heavy Rain“
[Heavy Rain - Playstation 3 (2010), http://www.heavyrainps3.com]
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3D-Menschmodelle
Vorstellung VDC Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete
Anwendungsgebiete Digitalisierung
Anwendungsklassen
Avatare
Bereitstellung von Handlungsszenarien Learn2work der Fa. Korion
Nachstellen von Produktionsszenarien:
Mitarbeiterführung, Entlohnungssysteme
Schulung, Team-Training, Einsatzplanung, :
Team-Training, Überprüfen von Abläufen,
Virtuelle Unfallübungen, Üben des
Einsatzes
ADMS der Fa. ETC
Nachstellen von Katastrophenszenarien, Simulation, Florida/USA
Rekonstruktion von Abläufen in
Zusammenhang mit Katastrophen und
den anschließenden Rettungsmaßnahmen
Abnahme von Bauwerken und Anlagen:
Überprüfung hinsichtlich der Eignung zur
Evakuierung, zur Isolation eines Störfalls
XVR der Fa. E-Semble, Niederlande
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- 17. Whitepaper
3D-Menschmodelle
Vorstellung VDC Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete Digitalisierung
Digitalisierung
Anwendungsklassen
Aufnahme, Digitalisierung
länderweite Reihenmessungen (z.B. iSize)
Body Scanner: Oberflächenmodell
Computer-Tomographie (CT):
v.a. Knochen
Magnetresonanztomographie (MRT):
v.a. Gewebe und Organe
3D Bodyscanner (Vitus)
Kraft-Momenten-Sensoren
CT-Daten (Wikipedia)
Aufnahme Kraft-Weg-Verlauf
(hier noch mittels Tierpräparat)
Quelle: TU München
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3D-Menschmodelle
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Digitalisierung
Anwendungsklassen
Aufnahme, Digitalisierung
Motion Capturing
Aufnahme der
Positionen von
Gliedmaßen
und Gelenken
Übertrag auf Avatar
echtzeitfähig
hoher Realismus
der Bewegungen Motion Capturing optisch, magnetisch, mechanisch und gyroskopisch [Tümmler, Jörn (2007):
Avatare in Echtzeitsimulationen. Dissertation, Kassel University Press GmbH, Kassel]
optisch,
elektromagnetisch,
mechanisch, gyroskopisch
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3D-Menschmodelle
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Digitalisierung
Anwendungsklassen
Literatur
Brechter, Matthias: Entwicklung einer Auswahlsystematik für digitale Menschmodelle. Masterthesis, Hochschule
Reutlingen, 2010
Badler, Norman (1997): Virtual Humans for Animation, Ergonomics, and Simulation. Los Alamitos, Calif.: IEEE
Computer Society
Bubb, Heiner: A Scientific perspective of digital human models: past, present, and future. In: Duffy, Vincent; R
aton, Boca: Handbook of Digital Human Modelling.CRC Press, 2009
Jens Mühlstedt, Hans Kaußler und Birgit Spanner-Ulme: Programme in Menschengestalt: Digitale
Menschmodelle für CAx- und PLM-Systeme. The Software Incarnate: Digital Human Models for CAx- and
PLMSystems. In: Zeitschrift für Arbeitswissenschaft, 2/2008
Organisationen
Global Human Body Models Consortium, www.ghbmc.com
SAE G-13 Committee on Digital Human Modelling Technology
http://www.sae.org/standardsdev/aerospace/g13.htm
IEA Technical Committee on Human Simulation and Virtual Environments (TC HSVE),
http://www.iea.cc/02_about/Technical%20Committees/Human%20Simulation%20and%20Virtual%20Environ
ments.html
International Society for Human Simulation http://www.societyhumansimulation.org/
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3D-Menschmodelle
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Digitalisierung
Anwendungsklassen
Normen, Richtlinien, Ausschüsse
ISO 7250 Anthropometrie /Wesentliche Maße des menschlichen Körpers für die
technische Gestaltung
ISO 15535 General requirements for establishing anthropometric databases
ISO 15536-1/-2 Ergonomics - Computer manikins and body templates
ISO 13407 Benutzer-orientierte Gestaltung interaktiver Systeme
ISO 20685 3-D scanning methodologies for internationally compatible
anthropometric databases
ISO/IEC 19774 Information technology - Computer graphics and image processing –
Humanoid Animation (H-Anim)
DIN EN 547-1/3 Körpermaße des Menschen
VDI 3633-6 Simulation - Abbildung des Personals in Simulationsmodellen
VDI 4499 Part 4 Features and Limitations of Human Models, German Guideline
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3D-Menschmodelle
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