Spezialeffekt auf Rädern

Informatiker der Professur Graphische Datenverarbeitung und Visualisierung entwickelten mit Industriepartnern einen mobilen 3D-Projektionscontainer mit Kamerasystem nicht nur für den Messe-Einsatz. Virtuelle Realität (VR) hat für Neulinge noch etwas Magisches an sich. Doch für viele Firmen ist sie heute ein wichtiges Tor, um potenzielle Kunden zu erreichen. So werden die Entwürfe neuer Autos, Maschinen oder Konfektionen auf Messen mit Hilfe aufwändiger technischer Installationen demonstriert. Soll die Präsentation möglichst eindrucksvoll sein, greift man in einer sogenannten CAVE (Cave Automatic Virtual Environment) zu qualitativ hochwertigen Multiprojektor-Installationen. Die größte Herausforderung dabei ist, dass die würfel- oder quaderförmig angeordneten Projektionsflächen schatten- und blendfrei mit Bildern bespielt werden und sich die Bilder in den Ecken nahtlos und perspektivisch korrekt zusammenfügen müssen. „Der technische Aufbau und das notwendigerweise pixelgenaue Entzerren sowie Ausrichten dieser Bilder sind sehr aufwändig und damit sehr zeit- und kostenintensiv“, berichtet Prof. Dr. Guido Brunnett, Inhaber der Professur Graphische Datenverarbeitung und Visualisierung der Technischen Universität Chemnitz.

Vor diesem Hintergrund entwickelten die Informatiker der TU Chemnitz mit zahlreichen Praxispartnern aus Sachsen innerhalb von zweieinhalb Jahren eine mobile 3D-Projektion mit Kamerasystem in einem robusten Container. Das Besondere ist laut Aussage von Brunnett seine Mobilität: „Die gesamte CAVE findet in einem Spezialcontainer mit den Transportabmessungen eines Standardcontainers Platz. Damit kann der Container auf dem Lkw regulär, also ohne Sondergenehmigungen, transportiert werden. Am Bestimmungsort entfaltet sich das Gerät in der Höhe und gibt den Zugang ins Innere frei. Die Inbetriebnahme auf einer Messe oder einem anderen Veranstaltungsort dauert nur drei bis vier Stunden.“

Das Herz des „3D-Cube“ aus Sachsen ist die 4-Seiten-CAVE. Vorderseite und Boden messen 3,7 mal 2,25 Meter, die beiden Seitenflächen 2,25 mal 2,25 Meter. Die Auflösung beträgt maximal FullHD pro Seite bei einer sehr hohen Helligkeit. Die 3D-Projektion erfolgt aktiv mit speziellen Shutter-Brillen, die zum Sehen der 3D-Bilder notwendig sind. Die Hauptbrille ist mit Head-Tracking ausgestattet. Mit ihr wird in Abhängigkeit der Position, Lage und Bewegungen des Kopfes des Betrachters eine dem Blickwinkel entsprechende Darstellung in der CAVE bereitgestellt und eine Steuerung mit dem Kopf ermöglicht. Für die Professur Graphische Datenverarbeitung und Visualisierung lag die besondere Herausforderung in der Planung und Entwicklung der gesamten Projektions- und VR-IT-Technik des Containers. „Die Hard- und Software übernimmt die Bilderzeugung sowie das Management des Projektionssystems und stellt gleichzeitig die Schnittstelle zwischen CAVE und Anwenderprogramm dar“, berichtet Projektmitarbeiter Mario Lorenz. Die Architektur dieser Schnittstelle garantiere, dass quasi jede VR-Anwendersoftware im Container genutzt werden kann. Essentiell ist laut Lorenz für das Einstellen der Standardwerte der vier Projektoren das automatisierte Kalibriersystem, welches das bisher aufwändige Justieren der optischen und feinmechanischen Komponenten der Projektoren nach einem Transport überflüssig macht. „An der TU Chemnitz wurde dafür ein spezielles Programm entwickelt, das aus fotografischen Aufnahmen des Istzustands die notwendigen Bildkorrekturen automatisch errechnet. Das Kalibiersystem wendet die Korrekturen in Echtzeit auf die darzustellenden Bildströme an und garantiert die exakte Darstellung der gezeigten VR-Szene“, erläutert Lorenz.

Die neue CAVE ermöglicht ein sehr hohes Maß an Lebhaftigkeit und Interaktivität, das beim Benutzer spontan das Gefühl der Immersion – also des Eintauchens in virtuelle Welten - auslöst. Maßgeblich dafür ist der große Bildraum, der den Betrachter nahezu vollständig umschließt. „Insbesondere bei VR-Neulingen wird so der gewünschte WOW-Effekt ausgelöst, weil die 3D-Bilderzeugung ständig auf ihre Position und Blickrichtung zugeschnitten wird“, weiß Lorenz. So bewirken Körper- und Kopfbewegungen des Betrachters die Änderung seiner Perspektive, so dass er sich wie gewohnt umsehen und vor ihm befindliche Objekte umwandern kann.

Gefördert wurde das Forschungsprojekt vom Bund im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM). Beteiligt waren unter anderem die Menzl Container Vermietung und Verkauf GmbH in Lichtenau, die EPM Schaltanlagen GmbH in Frankenberg, die Golle Zelte & Planen GmbH in Plauen, WIKODEMA in Radebeul sowie WOLFRAM.DESIGN in Dresden. „Durch die erfolgreiche Bündelung der Kompetenzen der am Projekt beteiligten Unternehmen und Forschungseinrichtungen konnten der einfache und kostengünstige Transport, der unkomplizierte und schnelle Aufbau, die hohe Betriebssicherheit, der Schutz der Technik gegen äußere Einflüsse und die vollständige Kompatibilität mit VR-Software erreicht werden“, sagt Brunnett stolz.

Der Prototyp der „3D-Cube“ stand in den letzten Monaten im Innenhof des Böttcher-Baus der TU Chemnitz, um alle Entwicklungen der Partner in einem System zusammenzuführen. Hier konnten auch Studierende der Fakultät für Informatik bereits in die virtuelle Welt eintauchen und das System testen. Künftig soll der Container durch das Projektkonsortium – federführend durch die Menzl Container Vermietung und Verkauf GmbH – vermarktet werden. „Hauptziel ist es dabei, unsere mobile Anlage und die dort realisierbaren VR-Präsentationen einem größeren Personenkreis zu erschließen. So soll zum Beispiel Firmen ermöglicht werden, bisher nur virtuell existierende Prototypen auf Messen für die Betrachter erlebbar zu machen“, blickt Brunnett voraus.

Bild: Studentin Eva Zurbrügg testet den Immersionseindruck innerhalb des virtuellen Stadtrundganges der Stadt Chemnitz. Die an der Decke des Containers angebrachten Projektoren sorgen für den 3D-Eindruck. Foto: Pressefoto Schmidt

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