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1
Whitepaper
Collaborative Virtual Engineering
Techniken, Prozesse, Nutzen
von
Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung
VDC-Whitepaper
Collaborative Virtual Engineering
2
Das Umfeld: ausgeprägte Arbeitsteiligkeit
 verteiltes Arbeiten
 multidisziplinäres Arbeiten
 Engineering-around-the-clock /
around-the-globe
 bereichsspezifische Ziele
 bereichsspezifisches Wissen
 Knowhow als undokumentiertes
Erfahrungswissen
 Problematik verschärft mit Projektdauer
und -komplexität
Beispiel [Quelle: Munroe & Associates]
Grundlagen
Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung
VDC-Whitepaper
Collaborative Virtual Engineering
3
Sachprobleme in der Entwicklung [Eversheim 1995]
 ungenaue Zielvorgaben
 „Overengineering“
 fehlende Projektplanung
 Schnittstellenvielfalt
 Informationsdefizite
 Intransparenz der Abläufe
 starke Interdependenzen zwischen Vorgängen
 viele rückgekoppelte Prozesse
 unterschiedliche Lebenszyklen Produkt-Fabrik
erfordern integrative Planung
Aber: „Über 50% der Probleme in Produktentwicklungen sind
auf Verhaltens- und nicht auf Sachprobleme zurückzuführen“
Bild: Institut für industrielle Fertigung und
Fabrikbetrieb, Universität Stuttgart
Grundlagen
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Collaborative Virtual Engineering
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Größte Verhaltensprobleme im Verlauf der Produktentstehung
[Eversheim 1995]
 mangelndes Verantwortungsbewusstsein
 umständliche Entscheidungsfindung
 ungenügendes Kommunikationsverhalten
 fehlende Team- und Kritikfähigkeit
 Hierarchie- und Abteilungsdenken
 starke Funktionsorientierung
Grundlagen
Bild: Eversheim 1995, S. 5
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Collaborative Virtual Engineering
5
Über die Bedeutung von Kommunikation
 nach Studie Contact – VDI – Fh-IPK 2013[Müller 2013]
Studie „Kollaborative
Produktentwicklung und
digitale Werkzeuge“ von
Contact Software, VDI
und Fraunhofer IPK, 2013
[Müller 2013]
Bild: VDC
Bild: VDC
Grundlagen
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Collaborative Virtual Engineering
6
Virtual Engineering [Bullinger, 2002]
 Unterstützung von Entwicklungs-
prozessen mit Hilfe digitaler,
dreidimensionaler Modelle
Zielsetzungen
 schnelle Entwicklungszyklen
als aktives Prozesselement
 frühes Ergebnisfeedback
 Betonung früher Entwicklungsphasen
 Entwicklung alternativer Produktkonzepte
 Spezifikation des Produkts zu entscheiden
zentrale Bedeutung: die Design Reviews
Virtual Engineering
Bild: Eversheim 1995, S. 11
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Untersuchungsobjekte – Designreviews
Freigabestufen [Krottmeier 1995]:
Softwarephase
 Projektanstoss (PA)
 Lastenheft (LH)
 Konstruktionsfreigabe (K)
 Planungsfreigabe (P)
In Designreviews müssen folgende Teilegruppen
und Ereignisse betrachtet werden [Krottmeier 1995]:
 Sicherheitskritische Bauteile, Baugruppen
und Produktfunktionen
 kritische Bauteile, Baugruppen
und Produktfunktionen laut FMEA
 bedeutende Bauteile, Baugruppen
und Produktfunktionen laut QFD
 Bauteile, Baugruppen und Produktfunktionen,
die in der Vergangenheit Probleme bereitet haben
Virtual Engineering
Hardwarephase
 Versuchsfreigabe (V)
 Beschaffungsfreigabe (B)
 Dispositionsfreigabe (D)
 Serienfreigabe (SF)
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Vorteile 3D
 universelle Sprache
 Abläufe und Prozesse darstellbar
 intuitiv begreifbar, je nach Ausgestaltung nah an
der Realität
 die Umgebung kann in Echtzeit mit anderen
geteilt werden – auch über Distanz ; die
Wahrnehmung der anderen ist erkennbar
 Behandlung von explizitem und
implizitem Wissen möglich
Einzelaspekte der Kooperationsunterstützung
 Integration Daten, Distanz, Fachgrenzen, Zeit
Essentiell:
 Vertrauen in die Gültigkeit der Modelle!
 „heiliger“ Datenmaster intensiv zu pflegen
Virtual Engineering
Bild: Eversheim 1995, S. 17
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9
Wissensmanagement in Virtuellen Umgebungen
Wissensarten in Virtuellen Umgebungen:
 Positionswissen: was ist wo?
 Strukturwissen: wie hängt was zusammen?
 Verhaltenswissen: wie verhält sich das System?
Wie verhalte ich mich?
 Prozedurwissen: welche Abläufe bewirken was?
Möglichkeiten des Lernens in
Virtuellen Umgebungen:
 räumliches Explorieren
 konzeptuelles Lernen
 Erlernen motorischer Fähigkeiten
 prozedurales Lernen
Bild: Fh-IPA
Bild: Fh-IPA
Bild: HS Mannheim
Training Bedienung
Steuerung in Bergwerk
Test
Werkzeugeinsatz
Explorieren Cockpit
Landmaschine
Virtual Engineering
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Collaborative Virtual Engineering
10
Virtual & Augmented Environments for Concurrent Engineering
Technische Möglichkeiten:
 Planungstische
 große Displays
 kollaborative Augmented Reality (AR)
 verteilte Virtuelle Umgebungen
Bild: Fh-IPA
Bild: VDC
Bild: VDC
Fabrikplanungstisch
Powerwall
Avatare in
verteilter
3D-Umgebung AR-Roundtable
Große DisplaysPlanungstische Kollaborative AR Verteilte VEs
Bild: Fh-FIT
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11
Planungstische
 gleichzeitig verknüpfte 2D- und 3D-Sicht
(sinnvoll einsetzbar bei 2D-3D-Problem)
 Projektion auf Tischfläche und
an Wand/Leinwand
 Mehrbenutzer-System
 z. T. Klötzchen als
Interaktionsmetaphern
oder Touch-Screen
gleichzeitig Layout
und Perspektive
Θ Interaktion „über Kopf“ z. T. nicht gelöst
Θ Eingabe Buchstaben & Zahlen?
Bild: Fh-IPA
Bild: VDC
Bild: Fh-IPA
Schema
Fabrikplanungstisch:
2 Projektionen, IR-Kamera
Arbeit am Planungstisch:
OP-Anordnungsplanung
Interaktion: Touch (links)
oder IR-getrackte Bricks
(rechts)
Planungstische
Bild: Microsoft
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12
Große Displays
Powerwalls
 DAS industrielle Standardsystem
nahezu beliebig skalierbar
Auflösung nahezu beliebig
geeignet für Gruppenbesprechungen
Θ u.U. Installation & Wartung
CAVEs
 Zur Einnahme einer Innenperspektive
hohe Immersion
Θ prinzipiell Einzelnutzersystem (wg.
Head Tracking): max. Kleinstgruppen
Θ Installation, Wartung
Θ Platzbedarf, Kosten
Bild: Imsys
Bild: Fh-IPA
Bild: Visenso
Mehrwand-
Projektionssystem
CAVE
Interaktion über Menüs
an einer Projektion
Powerwall
Imsys scale XL mit
41 Mio. Pixeln auf
5.5 x 2.2m
Große Displays
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13
Große Displays
1-Kanal Workbench
 für Produktuntersuchungen
 für 2-4 Personen
kompakt, mechan. Tracking
Θ Verfügbarkeit
2-Kanal-Workbench („HoloBench“)
 für Produktuntersuchungen
 für 2-4 Personen
sehr großes Sichtfeld abgedeckt
Θ z.T. große Abmessungen
Θ Verfügbarkeit
Bild: Barco
Bild: Barco
Bild: Fh-IPA
Barco Baron
Barco Consul
Arbeit an einer
HoloBench
Große Displays
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14
Große Displays
Flat angled Systems (Gewinkelte Wand)
 Kompromiss zwischen CAVE u. Powerwall
 je nach Größe für Gruppen geeignet
relativ gute Immersion
relativ einfach einzurichten
Θ leichte Verzerrungen an den
Kanten für Nicht-Getrackte
Curved Screens (Sphärische Displays)
 zylinder- /torusförmige Projektionsfläche
 aufgrund Größe für Kleinstgruppen
gute Immersion
Θ schwierige Installation wg. Verzerrungen,
Überblendungen (Edge Blending)
Bild: Barco
Bild: Meta VR
Bild: Barco
Designreview
bei Miele
Joint Terminal Attack
Controller Training
Rehearsal System JTAC
Flugsimulator der
israelischen Luftwaffe
Große Displays
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Große Displays: aktuelle Entwicklungen
 Display-Wand mit Lentikular-Systemen
(autostereoskopisches Verfahren)
 Richtungsmultiplex
Mehrbenutzer-fähig
keine Brille
keine Kalibrierung
skalierbar
Θ fixe, optimale Sichtbereiche
Θ optimale Sichtentfernung festgelegt
Θ spezielle Software
Θ reduzierte Auflösung
Θ Stege
Bild: www.3d-forums.com
Bild: Tridelity
Bild: University of Illinois at Chicago
Schematische
Darstellung des
Verfahrens
Illustration
Wirkungsweise
Gekacheltes,
autostereoskopisches
Display
Große Displays
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Multi-Viewer Stereo
 Problem aller immersiven Anwendungen:
Headtracking verschafft nur 1 Person ein
korrektes Bild
 Bewegungsparallaxe, fortschreitendes
Zu- und Aufdecken: Tiefenkriterium
Mehrbenutzer-Head Tracking:
 verschiedene Sichten für verschiedene
Betrachterpositionen müssen angezeigt
und getrennt werden
 Verwendung vieler Zeitschlitze oder
Kombination Polfilter-Zeitmultiplex
(bislang nur für Projektionssysteme)
Head Tracking für viele Benutzer
Θ Helligkeitsverlust, technischer Aufwand
Bild: Universität Weimar, Fh-IAO
Bild: Universität Weimar, Fh-IAO
Bild: Uni Weimar
Verschiedene
Perspektivenaufgrund
verschiedener
Standpunkte
Sicht auf das
Projektionssystem:
2 Perspektiven aufgrund
2 verschiedener
Standpunkte
6 separat getrackte
Betrachter vor
Powerwall
Große Displays
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Kollaborative Augmented Reality (AR)
 AR: Überlagerung Sicht mit Computergrafik
 Kontext-Sensitivität; 3D oder Alphanumerik
Funktionen
 Konsistenz-Checks digitales Modell – phys. Welt
 Anleitung, Anweisung, Prozessunterstützung
 Marketing, Unterhaltung
 Visualisierung Zeitversatz
Generierung eines gemeinsamen
Arbeitsraums mittels AR über
gemeinsame Referenzierung
Kollaborationsfunktion per se
räumliche Verteilung möglich
Θ Realisierungen noch prototypisch
Bild: TU Wien
Bilder: National Geographic
Gemeinsamer
AR-Arbeitsraum
mittels Head Mounted
Displays
AR mit Geo-
Referenzierung denkbar
Kollaborative AR
Gemeinsamer
AR-Arbeitsraum
mittels Smart PhonesBild: National Geographic
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Verteilte Virtuelle Umgebungen[Distributed Virtual Environments DVEs]
 sind virtuelle Umgebungen, in denen
mehrere Anwender miteinander in
Echtzeit interagieren
 Teilnehmer können durch
Avatare repräsentiert sein
 neben Avataren können auch
autonome Agenten anwesend sein
 Teilnehmer können miteinander
kommunizieren (sprachlich, gestisch)
 Interaktion mit anderen Teilnehmern
oder virtuellen Objekten
Bild: ESI-Ic:ido
Bild: Uni Hannover
Bild: Fh-IPA
Brillen-Metapher: andere
Teilnehmer werden
lediglich über deren
Brillen dargestellt
Nutzer und Avatar
stehen sich in CAVE
gegenüber
Verteilte VEs
Video-Conferencing
in 3D-Umgebung
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Verteilte Virtuelle Umgebungen
Fundamentale Konzepte
 Latenz: Verzögerung, mit
der gesendete Daten beim
Empfänger ankommen
 Bandbreite: Menge der Daten, die pro
Zeiteinheit übertragen werden können
 Verlässlichkeit: Verlust,
Korruption, Einsehbarkeit
 Netzwerkprotokoll
Netzwerkarchitekturen
 Nadelöhre
 Skalierbarkeit
 lokale Intelligenz, gezielte Multicasts
Client-Server-Architektur
Client-Server-Architektur
mit mehreren Servern
Peer-to-Peer-Architektur
Verteilte VEs
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Verteilte Virtuelle Umgebungen: Zustandsverwaltung
 Kernidee: alle Teilnehmer in gleicher Umgebung anwesend, Zustand muss für alle
Teilnehmer konsistent sein
 Information wird auf einem Host erzeugt und auf einem anderen gespiegelt
 durch Latenz bei der Übertragung kann Information schon veraltet sein
 ohne Synchronisation kann gespiegelter Information nur eingeschränkt vertraut werden
 konsistente Zustände können nur durch Synchronisation erreicht werden,
aber diese nur durch Verzicht auf hohe Update-Raten
-> Widerspruch zwischen Schnelligkeit und Konsistenz
 demnach sind verteilte virtuelle Umgebungen entweder dynamische Welten mit schnellen
Änderungen oder konsistente Welten, die allen Hosts identische Informationen bereitstellen
 3 Ansätze zur Zustandsverwaltung:
- Zentrale Informationshaltung
- Hochfrequente Informationsverteilung
- Zustandsvorhersage (Dead Reckoning)
Verteilte VEs
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21
Verteilte Virtuelle Umgebungen: Zustandsverwaltung
1. Zentrale Informationshaltung:
 Zustand der virtuellen Umgebung wird zentral verwaltet
 Schreibzugriff synchronisiert
 Zentrale ist das Nadelöhr, kann aber auch gezielt verteilen
2. Hochfrequente Informationsverteilung
 Ziel: schnelle Updates auf Kosten der netzwerkweiten Konsistenz
 Zustände aller Hosts werden vollständig und häufig an alle anderen Hosts
geschickt
 Problem: Verhindern, dass mehrere Hosts gleichzeitig dasselbe Objekt
manipulieren (z.B. über Lock-Manager)
Verteilte VEs
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Verteilte Virtuelle Umgebungen: Zustandsverwaltung
3. Zustandsvorhersage
 Idee: jeder Host konstruiert Approximationen des tatsächlichen Zustands zwischen Updates
 2 Phasen: Vorhersage (Dead Reckoning) und Konvergenz (in den tatsächlichen Zustand)
nach Update
 Nutzung von Gesetzen der Physik, Kollisionserkennung
Weitere Techniken
 High-Level-Animation
- starten lokaler Animation
- bei eher irrelevanten Animationen (z.B. Flammen, Flüssigkeiten, Laub)
 Rendering-bezogen
- Aufteilung in virtuelle Räume. Nur Zustandsänderungen im selben Raum sind von Interesse
(Area of Interest-Management)
- Level-of-Detail: weit entfernte Objekte in geringer Auflösung darstellen
 Optimierung des Kommunikationsprotokolls:
Kompression, Zusammenfassung von Nachrichten
 Dynamische Netzwerk-Architektur:
je nach Bedarf Client-Server oder Peer-to-Peer
Verteilte VEs
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Verteilte Virtuelle Umgebungen: Kriterien
 Anzahl Benutzer
 Latenz, Konsistenz
 Hardware-Kompatibilität
 Annotationen, Multimedia, Telefonie,
Videokonferenz
 Dokumentation Arbeitsergebnisse
 zeitversetzte Kooperation: Möglichkeit
zum Abspeichern und Wiederaufrufen
von Arbeitsergebnissen
 Einhaltung Regeln/Empfehlungen des
User Interface Designs
Bild: ESI-Ic:ido
Bild: VDC
Bild: Visenso
Schematische Darstellung
des verteilten Virtuellen
Engineerings
Video-Stream als
dynamische Textur
Planungsbüro mit vielerlei
Multimedia-Systemen
Verteilte VEs
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Collaborative Virtual Engineering
implementation
issues
participant
observable
issues
24
Weitere Kriterien von CVEs
scalability
 applicable number of users
 maximum number of users
 size of the modeled world
 world space limitations
 maximum number of artificially
intelligent objects
 applicable number of objects
 maximum number of objects
 distributed to multiple servers
 option for external links
avatar features
 persistent avatars
 avatar complexity
 avatar configurability
 avatar history and development
 avatar interactions
 avatar body language
world realism
 AI learning from experience
 world interaction [on-line building option]
 number of objects that can be interacted
with self-evolving world
 physical laws modelled
 dynamic speed of objects and world
[world speed]
 dynamic scenery
 level of artificial intelligence
 seemingly real scenery
user interface
 navigation and control
 keyboardcontrol
 mouse control
 sound support
 advanced input devices
 advanced output devices
communication
 audio communication
 video communication
Verteilte VEs
 Manninen [Manninen 1999]  Bartlett
[Bartlett 2004]
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25
Anwendungen: Design & Engineering
 intuitives und interaktives Explorieren,
Testen und Erproben
 unmittelbares Verständnis,
Reduktion Missverständnisse
 Erläuterung der eigenen
Aufgabenstellung zu Fachfremden
 gemeinsames Entwickeln am gleichen Ort
 Abbau der Digitalen Kluft
 verteiltes Entwickeln am gleichen
Betrachtungsgegenstand
Bild: ESI-Ic:ido
Bild: VDC
Frontend-unabhängiges
verteiltes Kooperieren
Fabrikplanung am
Planungstisch
Anwendungen
Bild: HS Mannheim
Service Engineering
an Powerwall
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26
Anwendungen: Design & Engineering
Bild: xxxxxxx
Bild: xxx
Sitzkiste für 2 Personen.
Links: physischer Aufbau,
rechts: 3D-Darstellung
Anwendungen
Bild: Uni Weimar (http://www.uni-weimar.de/cms/medien/vr/research/display-systems/the-two-user-seating-buck.html)
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Anwendungen: Training
 Lernstufen: Erläutern, Begleiten, Prüfen
 Einbringen von Dokumentation
 Einbringen von Simulatoren
 Szenarien-Simulation
 Sichtbarmachen von Verborgenem
 Verkürzung Stillstandzeiten
 Training schon während Planung /
ohne Belegung des Objekts /
gefahrlos mit Szenarien-Technik
Bild: ESI-Ic:ido
Bild: University of Southern California
Bild: Visenso
Ausbau Batterie
Assistent Steve
erläutert, was zu tun ist
Cyberclassroom
Anwendungen
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28
Anwendungen: Training
Anwendungen
Anlagen-
Trainingssimulator
Des Virtual Reality und
Multimedia Parks Turin:
Definition von Szenarien,
Abarbeiten von Szenarien,
gekoppelte
2D- und 3D-Sicht
Bild: Virtual Reality and Multimedia Park, Turin
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29
Anwendungen: Prozessunterstützung & Teleaufgaben
 Verwendung einer 3D-Umgebung als
Wissensmanagement-Plattform zur
Unterstützung entfernter Servicekräfte
 Kopplung 3D-Umgebung an Realsystem:
online-3D vermittelt schnell Perspektive
des Kollegen vor Ort
 Einsatz online-3D dort, wo Kameras
nicht einsetzbar sind (raue Umgebung,
Signallatenzen)
 Servicekräfte vor Ort können mit
3D-Informationen, z. B. in AR-Systemen,
unterstützt werden
Bild: Fh-IPA
Bild: Fh-IPA
Fern-Konfiguration einer
Werkzeugmaschine über
VR
Kopplung virtuelles
Bergwerk an ein reales
Bild: Fh-IPA
Servicetechniker in
der Zentrale kann dem
Werker vor Ort Zusatz-
informationen über ein
AR-Display einblenden
Anwendungen
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30
Anwendungen: Präsentation & Marktforschung
 interaktive Präsentation des Produkts
 gemeinsames Verständnis sichern
 einfaches Zeigen von Varianten
 Produkt virtuell im Betrieb zeigen
 detaillierte Einblicke bieten
 Kunde gestaltet sein spezifisches Produkt
 Einsatz von Produktkonfiguratoren
(spez. Konfiguratorenlogik)
 komplexe und große Produkte präsentierbar
 Einsparung von Transportkosten für
aufwändig zu bewegende Güter
(z. B. Maschinen)
 bessere Geheimhaltung möglich,
Präsentation kritischer Details nur
ausgewählten Kontakten
Bild: ESI-Ic:ido
Bild: Visenso
Bild: Kimberley-Clark
Erläuterung
Funktionsweise
Maschine
Messestand für
Gruppen
Review Supermarkt,
Szenario Produkttest
Anwendungen
Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung
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31
Vergleich
Planungstische Große Displays kollaborative AR verteilte Virtuelle
Umgebungen
koloziert ja ja ja nein
pro mehrere Eingaben
gut für
2D-3D-Aufgaben
Tastatur nutzbar
gut für komplexe
3D-Aufgaben
einfach zu installieren
Integration der
realen Umgebung
in den Arbeitraum
Kooperation auf
Distanz
kontra nicht für komplexe
3D-Aufgaben
Dialoge stehen auf
dem Kopf an einer
Tischseite
Auflösung
alphanumerische Eingaben
z.T. Umständlich
1 Person navigiert
1 Person getrackt
fehlendes Head-Tracking
verzerrt Bild und Interaktion
hohe Auflösung u.U. nur
über Array erreichbar
Ausgabegeräte oft
noch umständlich
geringe Auflösung
komplexe
Installation
im Normalfall
zusätzliche
Kommunikations-
kanäle (Sprache,
Bild) notwendig
Zusammenfassung
Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung
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Collaborative Virtual Engineering
32
Ausblick
 Erfassung und Übertragung Gestik,
da relevanter Kommunikationskanal:
z. B. Zeigeoperationen, Achselzucken
 Erfassung und Übertragung Mimik, da
für Kommunikation Angesicht zu
Angesicht sehr relevant: Interpretation
 Remote Rendering und Video Streaming:
komplexe Grafiken auch für
3D-leistungsschwache Endgeräte
(Smartphone, Tablet-PC)
Bild: TU Chemnitz
Bild: heise.de
Gestenerkennung
von Powerwall (hier:
zur Szenensteuerung)
Kinect registriert
Bewegungen der
Mundwinkel und
Augenbrauen und
animiert damit
Avatarfiguren:
Augenbrauenrunzeln,
Nicken, Lächeln,
Lippenbewegungen
[Bonnert 2013]
Bild: RTT
3D-Content auf
mobilen Endgeräten
Zusammenfassung
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VDC-Whitepaper
Collaborative Virtual Engineering
33
Zusammenfassung
Literatur
 Bartlett, R.: A Categorisation Model for Distributed Virtual Environments. In:
IEEE Computer Society (Hrsg.): Proceedings of the 18th International Parallel
and Distributed Processing Symposium (IPDPS'04), Workshop 13, 26.-30.
April 2004, Santa Fe/USA. Washington/USA: IEEE Press, 2004, S. 231-238
 Bonnert, E.: Kinect-Chat mit Stirnrunzeln. Online unter
http://www.heise.de/newsticker/meldung/Kinect-Chat-mit-Stirnrunzeln-
1164198.html ; heruntergeladen am 10.6.2013
 Bullinger, H.-J.: Virtual Engineering: Neue Wege zu einer schnellen
Produktentwicklung. In: Bullinger, H.-J. ; Sonderforschungsbereich
Entwicklung und Erprobung Innovativer Produkte - Rapid Prototyping -SFB
374-, Stuttgart: Virtual Engineering und Rapid Prototyping. Innovative
Strategiekonzepte und integrierte Systeme : Forschungsforum Sb 374,
27. Februar 2002. Stuttgart: Universität Stuttgart, 2002
Zusammenfassung
 vorgestellte Kooperationsansätze grundsätzlich unterschiedlich
 Einsatzszenarien vielfältig und ebenso unterschiedlich
 auszuwählendes System auf Einsatzzweck abzustimmen
 Vielzahl möglicher Eigenschaften erfordern sorgfältige Auswahl und Tests
 Einbindung in Entwicklung-/Service-/Trainings-/Marketing-Abläufe essentiell
 allgemein akzeptierter, kollaborativer Datenmaster gründlich zu pflegen
 Eversheim, W. et al.: Simultaneous Engineering. Springer-Verlag, Berlin,
1995
 Krottmeier, Johannes: Leitfaden Simultaneous Engineering. Springer-
Verlag, Berlin, 1995
 Manninen, T.; Pirkola, J.: Comparative Classification of Multi-User Virtual
Worlds (1999); http://www.tol.oulu.fi/~tmannine/game_design/multi-
user_virtual_worlds.pdf (11.12.2005)
 Müller, P.; Pasch, F.; Drewinski, R.; Hayka, H.: Kollaborative
Produktentwicklung und Digitale Werkzeuge. Defizite heute, Potenziale
morgen. Hrsg.: Stark, R.; Drewinski, R.; Hayka, H.; Bedenbender, H.;
Fraunhofer IPK, Berlin, 2013
Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung
VDC-Whitepaper
Collaborative Virtual Engineering
34
Zusammenfassung
Links
 Barco ClickShare:
http://www.barco.com/en/products-
solutions/presentation-collaboration/clickshare-
presentation-system/wireless-presentation-and-
collaboration-system.aspx
 ESI-IC.IDO Cooperate:
http://www.icido.de/de/Produkte/VDP/IDO_Cooper
ate.html
 Fraunhofer IPA i-Plant:
http://www.ipa.fraunhofer.de/3D-
Layoutplanung_mit_dem_IPA-
Planungstisch.384.0.html?&no_cache=1&sword_lis
t[]=planungstisch
 Visenso Covise Collaborative Engineering:
http://www.visenso.de/leistungen/software/grund
module/covise-ce.html
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Kooperative VR - Collaborative Virtual Engineering: VDC-Whitepaper

  • 1. © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 1 Whitepaper Collaborative Virtual Engineering Techniken, Prozesse, Nutzen von
  • 2. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 2 Das Umfeld: ausgeprägte Arbeitsteiligkeit  verteiltes Arbeiten  multidisziplinäres Arbeiten  Engineering-around-the-clock / around-the-globe  bereichsspezifische Ziele  bereichsspezifisches Wissen  Knowhow als undokumentiertes Erfahrungswissen  Problematik verschärft mit Projektdauer und -komplexität Beispiel [Quelle: Munroe & Associates] Grundlagen
  • 3. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 3 Sachprobleme in der Entwicklung [Eversheim 1995]  ungenaue Zielvorgaben  „Overengineering“  fehlende Projektplanung  Schnittstellenvielfalt  Informationsdefizite  Intransparenz der Abläufe  starke Interdependenzen zwischen Vorgängen  viele rückgekoppelte Prozesse  unterschiedliche Lebenszyklen Produkt-Fabrik erfordern integrative Planung Aber: „Über 50% der Probleme in Produktentwicklungen sind auf Verhaltens- und nicht auf Sachprobleme zurückzuführen“ Bild: Institut für industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb, Universität Stuttgart Grundlagen
  • 4. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 4 Größte Verhaltensprobleme im Verlauf der Produktentstehung [Eversheim 1995]  mangelndes Verantwortungsbewusstsein  umständliche Entscheidungsfindung  ungenügendes Kommunikationsverhalten  fehlende Team- und Kritikfähigkeit  Hierarchie- und Abteilungsdenken  starke Funktionsorientierung Grundlagen Bild: Eversheim 1995, S. 5
  • 5. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 5 Über die Bedeutung von Kommunikation  nach Studie Contact – VDI – Fh-IPK 2013[Müller 2013] Studie „Kollaborative Produktentwicklung und digitale Werkzeuge“ von Contact Software, VDI und Fraunhofer IPK, 2013 [Müller 2013] Bild: VDC Bild: VDC Grundlagen
  • 6. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 6 Virtual Engineering [Bullinger, 2002]  Unterstützung von Entwicklungs- prozessen mit Hilfe digitaler, dreidimensionaler Modelle Zielsetzungen  schnelle Entwicklungszyklen als aktives Prozesselement  frühes Ergebnisfeedback  Betonung früher Entwicklungsphasen  Entwicklung alternativer Produktkonzepte  Spezifikation des Produkts zu entscheiden zentrale Bedeutung: die Design Reviews Virtual Engineering Bild: Eversheim 1995, S. 11
  • 7. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 7 Untersuchungsobjekte – Designreviews Freigabestufen [Krottmeier 1995]: Softwarephase  Projektanstoss (PA)  Lastenheft (LH)  Konstruktionsfreigabe (K)  Planungsfreigabe (P) In Designreviews müssen folgende Teilegruppen und Ereignisse betrachtet werden [Krottmeier 1995]:  Sicherheitskritische Bauteile, Baugruppen und Produktfunktionen  kritische Bauteile, Baugruppen und Produktfunktionen laut FMEA  bedeutende Bauteile, Baugruppen und Produktfunktionen laut QFD  Bauteile, Baugruppen und Produktfunktionen, die in der Vergangenheit Probleme bereitet haben Virtual Engineering Hardwarephase  Versuchsfreigabe (V)  Beschaffungsfreigabe (B)  Dispositionsfreigabe (D)  Serienfreigabe (SF)
  • 8. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 8 Vorteile 3D  universelle Sprache  Abläufe und Prozesse darstellbar  intuitiv begreifbar, je nach Ausgestaltung nah an der Realität  die Umgebung kann in Echtzeit mit anderen geteilt werden – auch über Distanz ; die Wahrnehmung der anderen ist erkennbar  Behandlung von explizitem und implizitem Wissen möglich Einzelaspekte der Kooperationsunterstützung  Integration Daten, Distanz, Fachgrenzen, Zeit Essentiell:  Vertrauen in die Gültigkeit der Modelle!  „heiliger“ Datenmaster intensiv zu pflegen Virtual Engineering Bild: Eversheim 1995, S. 17
  • 9. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 9 Wissensmanagement in Virtuellen Umgebungen Wissensarten in Virtuellen Umgebungen:  Positionswissen: was ist wo?  Strukturwissen: wie hängt was zusammen?  Verhaltenswissen: wie verhält sich das System? Wie verhalte ich mich?  Prozedurwissen: welche Abläufe bewirken was? Möglichkeiten des Lernens in Virtuellen Umgebungen:  räumliches Explorieren  konzeptuelles Lernen  Erlernen motorischer Fähigkeiten  prozedurales Lernen Bild: Fh-IPA Bild: Fh-IPA Bild: HS Mannheim Training Bedienung Steuerung in Bergwerk Test Werkzeugeinsatz Explorieren Cockpit Landmaschine Virtual Engineering
  • 10. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 10 Virtual & Augmented Environments for Concurrent Engineering Technische Möglichkeiten:  Planungstische  große Displays  kollaborative Augmented Reality (AR)  verteilte Virtuelle Umgebungen Bild: Fh-IPA Bild: VDC Bild: VDC Fabrikplanungstisch Powerwall Avatare in verteilter 3D-Umgebung AR-Roundtable Große DisplaysPlanungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Bild: Fh-FIT
  • 11. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 11 Planungstische  gleichzeitig verknüpfte 2D- und 3D-Sicht (sinnvoll einsetzbar bei 2D-3D-Problem)  Projektion auf Tischfläche und an Wand/Leinwand  Mehrbenutzer-System  z. T. Klötzchen als Interaktionsmetaphern oder Touch-Screen gleichzeitig Layout und Perspektive Θ Interaktion „über Kopf“ z. T. nicht gelöst Θ Eingabe Buchstaben & Zahlen? Bild: Fh-IPA Bild: VDC Bild: Fh-IPA Schema Fabrikplanungstisch: 2 Projektionen, IR-Kamera Arbeit am Planungstisch: OP-Anordnungsplanung Interaktion: Touch (links) oder IR-getrackte Bricks (rechts) Planungstische Bild: Microsoft
  • 12. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 12 Große Displays Powerwalls  DAS industrielle Standardsystem nahezu beliebig skalierbar Auflösung nahezu beliebig geeignet für Gruppenbesprechungen Θ u.U. Installation & Wartung CAVEs  Zur Einnahme einer Innenperspektive hohe Immersion Θ prinzipiell Einzelnutzersystem (wg. Head Tracking): max. Kleinstgruppen Θ Installation, Wartung Θ Platzbedarf, Kosten Bild: Imsys Bild: Fh-IPA Bild: Visenso Mehrwand- Projektionssystem CAVE Interaktion über Menüs an einer Projektion Powerwall Imsys scale XL mit 41 Mio. Pixeln auf 5.5 x 2.2m Große Displays
  • 13. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 13 Große Displays 1-Kanal Workbench  für Produktuntersuchungen  für 2-4 Personen kompakt, mechan. Tracking Θ Verfügbarkeit 2-Kanal-Workbench („HoloBench“)  für Produktuntersuchungen  für 2-4 Personen sehr großes Sichtfeld abgedeckt Θ z.T. große Abmessungen Θ Verfügbarkeit Bild: Barco Bild: Barco Bild: Fh-IPA Barco Baron Barco Consul Arbeit an einer HoloBench Große Displays
  • 14. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 14 Große Displays Flat angled Systems (Gewinkelte Wand)  Kompromiss zwischen CAVE u. Powerwall  je nach Größe für Gruppen geeignet relativ gute Immersion relativ einfach einzurichten Θ leichte Verzerrungen an den Kanten für Nicht-Getrackte Curved Screens (Sphärische Displays)  zylinder- /torusförmige Projektionsfläche  aufgrund Größe für Kleinstgruppen gute Immersion Θ schwierige Installation wg. Verzerrungen, Überblendungen (Edge Blending) Bild: Barco Bild: Meta VR Bild: Barco Designreview bei Miele Joint Terminal Attack Controller Training Rehearsal System JTAC Flugsimulator der israelischen Luftwaffe Große Displays
  • 15. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 15 Große Displays: aktuelle Entwicklungen  Display-Wand mit Lentikular-Systemen (autostereoskopisches Verfahren)  Richtungsmultiplex Mehrbenutzer-fähig keine Brille keine Kalibrierung skalierbar Θ fixe, optimale Sichtbereiche Θ optimale Sichtentfernung festgelegt Θ spezielle Software Θ reduzierte Auflösung Θ Stege Bild: www.3d-forums.com Bild: Tridelity Bild: University of Illinois at Chicago Schematische Darstellung des Verfahrens Illustration Wirkungsweise Gekacheltes, autostereoskopisches Display Große Displays
  • 16. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 16 Multi-Viewer Stereo  Problem aller immersiven Anwendungen: Headtracking verschafft nur 1 Person ein korrektes Bild  Bewegungsparallaxe, fortschreitendes Zu- und Aufdecken: Tiefenkriterium Mehrbenutzer-Head Tracking:  verschiedene Sichten für verschiedene Betrachterpositionen müssen angezeigt und getrennt werden  Verwendung vieler Zeitschlitze oder Kombination Polfilter-Zeitmultiplex (bislang nur für Projektionssysteme) Head Tracking für viele Benutzer Θ Helligkeitsverlust, technischer Aufwand Bild: Universität Weimar, Fh-IAO Bild: Universität Weimar, Fh-IAO Bild: Uni Weimar Verschiedene Perspektivenaufgrund verschiedener Standpunkte Sicht auf das Projektionssystem: 2 Perspektiven aufgrund 2 verschiedener Standpunkte 6 separat getrackte Betrachter vor Powerwall Große Displays
  • 17. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 17 Kollaborative Augmented Reality (AR)  AR: Überlagerung Sicht mit Computergrafik  Kontext-Sensitivität; 3D oder Alphanumerik Funktionen  Konsistenz-Checks digitales Modell – phys. Welt  Anleitung, Anweisung, Prozessunterstützung  Marketing, Unterhaltung  Visualisierung Zeitversatz Generierung eines gemeinsamen Arbeitsraums mittels AR über gemeinsame Referenzierung Kollaborationsfunktion per se räumliche Verteilung möglich Θ Realisierungen noch prototypisch Bild: TU Wien Bilder: National Geographic Gemeinsamer AR-Arbeitsraum mittels Head Mounted Displays AR mit Geo- Referenzierung denkbar Kollaborative AR Gemeinsamer AR-Arbeitsraum mittels Smart PhonesBild: National Geographic
  • 18. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 18 Verteilte Virtuelle Umgebungen[Distributed Virtual Environments DVEs]  sind virtuelle Umgebungen, in denen mehrere Anwender miteinander in Echtzeit interagieren  Teilnehmer können durch Avatare repräsentiert sein  neben Avataren können auch autonome Agenten anwesend sein  Teilnehmer können miteinander kommunizieren (sprachlich, gestisch)  Interaktion mit anderen Teilnehmern oder virtuellen Objekten Bild: ESI-Ic:ido Bild: Uni Hannover Bild: Fh-IPA Brillen-Metapher: andere Teilnehmer werden lediglich über deren Brillen dargestellt Nutzer und Avatar stehen sich in CAVE gegenüber Verteilte VEs Video-Conferencing in 3D-Umgebung
  • 19. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 19 Verteilte Virtuelle Umgebungen Fundamentale Konzepte  Latenz: Verzögerung, mit der gesendete Daten beim Empfänger ankommen  Bandbreite: Menge der Daten, die pro Zeiteinheit übertragen werden können  Verlässlichkeit: Verlust, Korruption, Einsehbarkeit  Netzwerkprotokoll Netzwerkarchitekturen  Nadelöhre  Skalierbarkeit  lokale Intelligenz, gezielte Multicasts Client-Server-Architektur Client-Server-Architektur mit mehreren Servern Peer-to-Peer-Architektur Verteilte VEs
  • 20. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 20 Verteilte Virtuelle Umgebungen: Zustandsverwaltung  Kernidee: alle Teilnehmer in gleicher Umgebung anwesend, Zustand muss für alle Teilnehmer konsistent sein  Information wird auf einem Host erzeugt und auf einem anderen gespiegelt  durch Latenz bei der Übertragung kann Information schon veraltet sein  ohne Synchronisation kann gespiegelter Information nur eingeschränkt vertraut werden  konsistente Zustände können nur durch Synchronisation erreicht werden, aber diese nur durch Verzicht auf hohe Update-Raten -> Widerspruch zwischen Schnelligkeit und Konsistenz  demnach sind verteilte virtuelle Umgebungen entweder dynamische Welten mit schnellen Änderungen oder konsistente Welten, die allen Hosts identische Informationen bereitstellen  3 Ansätze zur Zustandsverwaltung: - Zentrale Informationshaltung - Hochfrequente Informationsverteilung - Zustandsvorhersage (Dead Reckoning) Verteilte VEs
  • 21. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 21 Verteilte Virtuelle Umgebungen: Zustandsverwaltung 1. Zentrale Informationshaltung:  Zustand der virtuellen Umgebung wird zentral verwaltet  Schreibzugriff synchronisiert  Zentrale ist das Nadelöhr, kann aber auch gezielt verteilen 2. Hochfrequente Informationsverteilung  Ziel: schnelle Updates auf Kosten der netzwerkweiten Konsistenz  Zustände aller Hosts werden vollständig und häufig an alle anderen Hosts geschickt  Problem: Verhindern, dass mehrere Hosts gleichzeitig dasselbe Objekt manipulieren (z.B. über Lock-Manager) Verteilte VEs
  • 22. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 22 Verteilte Virtuelle Umgebungen: Zustandsverwaltung 3. Zustandsvorhersage  Idee: jeder Host konstruiert Approximationen des tatsächlichen Zustands zwischen Updates  2 Phasen: Vorhersage (Dead Reckoning) und Konvergenz (in den tatsächlichen Zustand) nach Update  Nutzung von Gesetzen der Physik, Kollisionserkennung Weitere Techniken  High-Level-Animation - starten lokaler Animation - bei eher irrelevanten Animationen (z.B. Flammen, Flüssigkeiten, Laub)  Rendering-bezogen - Aufteilung in virtuelle Räume. Nur Zustandsänderungen im selben Raum sind von Interesse (Area of Interest-Management) - Level-of-Detail: weit entfernte Objekte in geringer Auflösung darstellen  Optimierung des Kommunikationsprotokolls: Kompression, Zusammenfassung von Nachrichten  Dynamische Netzwerk-Architektur: je nach Bedarf Client-Server oder Peer-to-Peer Verteilte VEs
  • 23. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 23 Verteilte Virtuelle Umgebungen: Kriterien  Anzahl Benutzer  Latenz, Konsistenz  Hardware-Kompatibilität  Annotationen, Multimedia, Telefonie, Videokonferenz  Dokumentation Arbeitsergebnisse  zeitversetzte Kooperation: Möglichkeit zum Abspeichern und Wiederaufrufen von Arbeitsergebnissen  Einhaltung Regeln/Empfehlungen des User Interface Designs Bild: ESI-Ic:ido Bild: VDC Bild: Visenso Schematische Darstellung des verteilten Virtuellen Engineerings Video-Stream als dynamische Textur Planungsbüro mit vielerlei Multimedia-Systemen Verteilte VEs
  • 24. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering implementation issues participant observable issues 24 Weitere Kriterien von CVEs scalability  applicable number of users  maximum number of users  size of the modeled world  world space limitations  maximum number of artificially intelligent objects  applicable number of objects  maximum number of objects  distributed to multiple servers  option for external links avatar features  persistent avatars  avatar complexity  avatar configurability  avatar history and development  avatar interactions  avatar body language world realism  AI learning from experience  world interaction [on-line building option]  number of objects that can be interacted with self-evolving world  physical laws modelled  dynamic speed of objects and world [world speed]  dynamic scenery  level of artificial intelligence  seemingly real scenery user interface  navigation and control  keyboardcontrol  mouse control  sound support  advanced input devices  advanced output devices communication  audio communication  video communication Verteilte VEs  Manninen [Manninen 1999]  Bartlett [Bartlett 2004]
  • 25. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 25 Anwendungen: Design & Engineering  intuitives und interaktives Explorieren, Testen und Erproben  unmittelbares Verständnis, Reduktion Missverständnisse  Erläuterung der eigenen Aufgabenstellung zu Fachfremden  gemeinsames Entwickeln am gleichen Ort  Abbau der Digitalen Kluft  verteiltes Entwickeln am gleichen Betrachtungsgegenstand Bild: ESI-Ic:ido Bild: VDC Frontend-unabhängiges verteiltes Kooperieren Fabrikplanung am Planungstisch Anwendungen Bild: HS Mannheim Service Engineering an Powerwall
  • 26. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 26 Anwendungen: Design & Engineering Bild: xxxxxxx Bild: xxx Sitzkiste für 2 Personen. Links: physischer Aufbau, rechts: 3D-Darstellung Anwendungen Bild: Uni Weimar (http://www.uni-weimar.de/cms/medien/vr/research/display-systems/the-two-user-seating-buck.html)
  • 27. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 27 Anwendungen: Training  Lernstufen: Erläutern, Begleiten, Prüfen  Einbringen von Dokumentation  Einbringen von Simulatoren  Szenarien-Simulation  Sichtbarmachen von Verborgenem  Verkürzung Stillstandzeiten  Training schon während Planung / ohne Belegung des Objekts / gefahrlos mit Szenarien-Technik Bild: ESI-Ic:ido Bild: University of Southern California Bild: Visenso Ausbau Batterie Assistent Steve erläutert, was zu tun ist Cyberclassroom Anwendungen
  • 28. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 28 Anwendungen: Training Anwendungen Anlagen- Trainingssimulator Des Virtual Reality und Multimedia Parks Turin: Definition von Szenarien, Abarbeiten von Szenarien, gekoppelte 2D- und 3D-Sicht Bild: Virtual Reality and Multimedia Park, Turin
  • 29. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 29 Anwendungen: Prozessunterstützung & Teleaufgaben  Verwendung einer 3D-Umgebung als Wissensmanagement-Plattform zur Unterstützung entfernter Servicekräfte  Kopplung 3D-Umgebung an Realsystem: online-3D vermittelt schnell Perspektive des Kollegen vor Ort  Einsatz online-3D dort, wo Kameras nicht einsetzbar sind (raue Umgebung, Signallatenzen)  Servicekräfte vor Ort können mit 3D-Informationen, z. B. in AR-Systemen, unterstützt werden Bild: Fh-IPA Bild: Fh-IPA Fern-Konfiguration einer Werkzeugmaschine über VR Kopplung virtuelles Bergwerk an ein reales Bild: Fh-IPA Servicetechniker in der Zentrale kann dem Werker vor Ort Zusatz- informationen über ein AR-Display einblenden Anwendungen
  • 30. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 30 Anwendungen: Präsentation & Marktforschung  interaktive Präsentation des Produkts  gemeinsames Verständnis sichern  einfaches Zeigen von Varianten  Produkt virtuell im Betrieb zeigen  detaillierte Einblicke bieten  Kunde gestaltet sein spezifisches Produkt  Einsatz von Produktkonfiguratoren (spez. Konfiguratorenlogik)  komplexe und große Produkte präsentierbar  Einsparung von Transportkosten für aufwändig zu bewegende Güter (z. B. Maschinen)  bessere Geheimhaltung möglich, Präsentation kritischer Details nur ausgewählten Kontakten Bild: ESI-Ic:ido Bild: Visenso Bild: Kimberley-Clark Erläuterung Funktionsweise Maschine Messestand für Gruppen Review Supermarkt, Szenario Produkttest Anwendungen
  • 31. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 31 Vergleich Planungstische Große Displays kollaborative AR verteilte Virtuelle Umgebungen koloziert ja ja ja nein pro mehrere Eingaben gut für 2D-3D-Aufgaben Tastatur nutzbar gut für komplexe 3D-Aufgaben einfach zu installieren Integration der realen Umgebung in den Arbeitraum Kooperation auf Distanz kontra nicht für komplexe 3D-Aufgaben Dialoge stehen auf dem Kopf an einer Tischseite Auflösung alphanumerische Eingaben z.T. Umständlich 1 Person navigiert 1 Person getrackt fehlendes Head-Tracking verzerrt Bild und Interaktion hohe Auflösung u.U. nur über Array erreichbar Ausgabegeräte oft noch umständlich geringe Auflösung komplexe Installation im Normalfall zusätzliche Kommunikations- kanäle (Sprache, Bild) notwendig Zusammenfassung
  • 32. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 32 Ausblick  Erfassung und Übertragung Gestik, da relevanter Kommunikationskanal: z. B. Zeigeoperationen, Achselzucken  Erfassung und Übertragung Mimik, da für Kommunikation Angesicht zu Angesicht sehr relevant: Interpretation  Remote Rendering und Video Streaming: komplexe Grafiken auch für 3D-leistungsschwache Endgeräte (Smartphone, Tablet-PC) Bild: TU Chemnitz Bild: heise.de Gestenerkennung von Powerwall (hier: zur Szenensteuerung) Kinect registriert Bewegungen der Mundwinkel und Augenbrauen und animiert damit Avatarfiguren: Augenbrauenrunzeln, Nicken, Lächeln, Lippenbewegungen [Bonnert 2013] Bild: RTT 3D-Content auf mobilen Endgeräten Zusammenfassung
  • 33. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 33 Zusammenfassung Literatur  Bartlett, R.: A Categorisation Model for Distributed Virtual Environments. In: IEEE Computer Society (Hrsg.): Proceedings of the 18th International Parallel and Distributed Processing Symposium (IPDPS'04), Workshop 13, 26.-30. April 2004, Santa Fe/USA. Washington/USA: IEEE Press, 2004, S. 231-238  Bonnert, E.: Kinect-Chat mit Stirnrunzeln. Online unter http://www.heise.de/newsticker/meldung/Kinect-Chat-mit-Stirnrunzeln- 1164198.html ; heruntergeladen am 10.6.2013  Bullinger, H.-J.: Virtual Engineering: Neue Wege zu einer schnellen Produktentwicklung. In: Bullinger, H.-J. ; Sonderforschungsbereich Entwicklung und Erprobung Innovativer Produkte - Rapid Prototyping -SFB 374-, Stuttgart: Virtual Engineering und Rapid Prototyping. Innovative Strategiekonzepte und integrierte Systeme : Forschungsforum Sb 374, 27. Februar 2002. Stuttgart: Universität Stuttgart, 2002 Zusammenfassung  vorgestellte Kooperationsansätze grundsätzlich unterschiedlich  Einsatzszenarien vielfältig und ebenso unterschiedlich  auszuwählendes System auf Einsatzzweck abzustimmen  Vielzahl möglicher Eigenschaften erfordern sorgfältige Auswahl und Tests  Einbindung in Entwicklung-/Service-/Trainings-/Marketing-Abläufe essentiell  allgemein akzeptierter, kollaborativer Datenmaster gründlich zu pflegen  Eversheim, W. et al.: Simultaneous Engineering. Springer-Verlag, Berlin, 1995  Krottmeier, Johannes: Leitfaden Simultaneous Engineering. Springer- Verlag, Berlin, 1995  Manninen, T.; Pirkola, J.: Comparative Classification of Multi-User Virtual Worlds (1999); http://www.tol.oulu.fi/~tmannine/game_design/multi- user_virtual_worlds.pdf (11.12.2005)  Müller, P.; Pasch, F.; Drewinski, R.; Hayka, H.: Kollaborative Produktentwicklung und Digitale Werkzeuge. Defizite heute, Potenziale morgen. Hrsg.: Stark, R.; Drewinski, R.; Hayka, H.; Bedenbender, H.; Fraunhofer IPK, Berlin, 2013
  • 34. Große Displays AnwendungenGrundlagen Virtual Engineering Planungstische Kollaborative AR Verteilte VEs Zusammenfassung VDC-Whitepaper Collaborative Virtual Engineering 34 Zusammenfassung Links  Barco ClickShare: http://www.barco.com/en/products- solutions/presentation-collaboration/clickshare- presentation-system/wireless-presentation-and- collaboration-system.aspx  ESI-IC.IDO Cooperate: http://www.icido.de/de/Produkte/VDP/IDO_Cooper ate.html  Fraunhofer IPA i-Plant: http://www.ipa.fraunhofer.de/3D- Layoutplanung_mit_dem_IPA- Planungstisch.384.0.html?&no_cache=1&sword_lis t[]=planungstisch  Visenso Covise Collaborative Engineering: http://www.visenso.de/leistungen/software/grund module/covise-ce.html
  • 35. © Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC 35 Das Thema interessiert Sie und Sie suchen nach Umsetzungspartnern? Sprechen Sie mit uns. VDC. Netzwerk für Virtual Engineering. Virtual Dimension Center (VDC) Auberlenstr. 13 70736 Fellbach Tel.: 0711 / 58 53 09-0 info@vdc-fellbach.de www.vdc-fellbach.de