Virtual Reality in der Industrie: Mit der VR-Brille Fahrerassistenzsysteme testen tolgart
Trend

Virtual Reality

Mit der Brille durch virtuelle Welten

Virtual Reality ist in den Unternehmen angekommen. Die Technik erschließt ganz neue Möglichkeiten in Fahrzeug-, Maschinen- und Anlagenbau.

11. April 2017

In der Gaming-Szene hat sich Virtual Reality (VR) längst einen festen Platz erobert. Gamer können damit in synthetischen Phantasiewelten lustwandeln, sich Autorennen liefern oder, je nach Inhalt des Spiels, gefahrlos herumballern. Gereift an den hohen Anforderungen der Games-Welt, ist die VR jetzt dabei, die „seriöse“ Unternehmens-IT zu erobern – für Schulungen und Trainings, für die Simulation komplexer Umgebungen oder für die Vermarktung hochwertiger Gebrauchsgüter wie etwa Autos.

Hohe Grafikauflösung, schnelle Reaktionszeiten

Das Hantieren mit virtuellen Welten stellt hohe Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der verwendeten Hardware. Nach Schätzungen des Grafikkartenherstellers Nvidia ist für eine qualitativ befriedigende Darstellung eines Objekts in VR-Technik etwa die siebenfache Rechenleistung im Vergleich zu einem konventionellen Display nötig. Das liegt zum einen an den hohen Anforderungen an die Bildqualität – Auflösungen von 2 x 4K sind hier nicht selten. 4K steht dabei für eine graphische Auflösung, die viermal so hoch ist wie bei der verbreiteten Full-HD-Bildqualität. Das Ganze wird gleich zweimal benötigt, denn die Darstellung ist natürlich stereoskopisch.

Auflösung allein reicht aber für eine hochwertige VR-Darstellung nicht aus: Die Wiedergabe über eine VR-Brille – gebräuchliche Modelle sind etwa „Rift“ von Oculus oder „Vive“ von HTC – verlangt auch eine höhere Bildwiedergaberate; 95 Bilder pro Sekunde sollten es nach Ansicht von Experten schon sein. Mit hoher Auflösung und schneller Bildwiederholrate ist es aber immer noch nicht genug. Weil VR eine interaktive Angelegenheit ist, muss der Rechner auch schnell genug auf Eingaben oder Kopfbewegungen des Users reagieren. Ist das nicht der Fall, kommt es leicht zu Orientierungsschwierigkeiten bis hin zu Schwindelgefühl und Seekrankheit. Unter Fachleuten gilt eine Latenz von 25 Millisekunden oder weniger als akzeptabel. Weitere Bestandteile einer VR-Installation sind Elemente zur Bewegungserkennung und -verfolgung sowie je nach Art der Anwendung zur Sprach- und/oder Gestensteuerung.

Reales Auto in virtueller Landschaft

Besonders aufgeschlossen für den Einsatz von VR-Anwendungen scheint gegenwärtig die Autoindustrie. Ein Beispiel: Audi arbeitet mit einer VR-Anwendung zur Schulung von Verkäufern im Umgang mit modernen Fahrerassistenzsystemen. Dabei ist ein (echtes) Fahrzeug mit einem VR-Rechner ausgestattet; der Fahrer trägt während der Fahrt eine VR-Brille. Das Auto bewegt sich auf einem großen, freien Platz, aber der Fahrer sieht in seiner VR-Brille das virtuelle Abbild einer im Rechner erzeugten urbanen Verkehrsumgebung. Auch auf die realen Fahrerassistenzsysteme wird dieses Szenario aufgeschaltet. Der Fahrer muss dann das reale Auto um virtuelle Kurven steuern, den virtuellen Verkehr in seiner Umgebung berücksichtigen – und dann schickt der Computer unerwartet einen rechnergenerierten Radfahrer auf Kollisionskurs. Der Notbrems-Assistent macht eine Vollbremsung, und er reagiert dabei schneller als jeder menschliche Fahrer; das ist jedenfalls die gewünschte Lernerfahrung. Hinsichtlich des Preises gibt sich Audi zugeknöpft – der Rechner sei ein Einzelstück, daher lasse sich ein Preis nicht angeben.

Auch FERCHAU setzt auf Virtual Reality. Die aktuelle Virtual Reality App „360“ demonstriert eindrucksvoll, wie mit Begeisterung für Technik und Neues sowie Mut zum Experimentieren auf interaktive und spielerische Art Unternehmen und Marken auf Basis aktueller Webtechnologien virtuell inszeniert und erlebbar gemacht werden können.

Virtuelle Realität meets Augmented Reality

Bei der Nutzung von VR im betrieblichen Umfeld werden konzeptionelle Unterschiede zur Gaming-Welt sichtbar: Während VR-Programmierer für Spiele Wert auf eine „reinrassige“ Inszenierung mit vollständig synthetischer Umgebung legen, enthalten gewerbliche VR-Anwendungen oft auch Elemente, die streng genommen der Augmented Reality (AR) zuzuordnen sind. Das heißt, es werden auch elektronische Abbildungen realer Objekte in der VR-Brille dargestellt und mit digitalen Informationen angereichert („augmentiert“).

Ein Beispiel für einen solchen Mix ist das Showcase-Projekt, welches das Frankfurter Unternehmen daenet GmbH für einen Kunden erstellt hat. Weil die Mitarbeiter des Kunden, eines Herstellers von Farben und Lacken, bei ihrer Tätigkeit dicke Handschuhe tragen müssen und daher nicht in der Lage sind, feinmotorische Tätigkeiten wie das Bedienen von Tastatur und Maus durchzuführen, entwickelte daenet eine virtuelle Benutzeroberfläche. Das System basiert auf der Entwicklungsplattform Unity 3D, mit der auch schon viele VR-Spiele programmiert wurden. Als Display nutzt es Microsofts Hololens. Diese enthält einen eigenständigen Windows-Rechner; mit ihrer halbdurchlässigen Optik ist sie in der Lage, virtuelle Bilder einzuspiegeln und dem realen optischen System zu überlagern.

Das System ermittelt mit einem Infrarot-Scanner die Topologie des Raums, sodass sich der Werker frei im Raum bewegen kann, die Hololens-Darstellung wird den Kopfbewegungen des Users angepasst und zeigt jeweils die Kontrollmenüs desjenigen Anlagenteils, das der Werker gerade im Blickfeld hat. Dabei kann er mittels Gestensteuerung die Steueroberfläche des Fertigungssystems bedienen und damit in Echtzeit beispielsweise Mischungsverhältnisse oder Rohstoffmengen einstellen. Laut daenet-Projektmanager Bernd Holzwart ist die Positioniergenauigkeit besser als 1 cm.

Mit Virtual Reality ein Stahlwerk in Betrieb nehmen

Eine weitere IT-Sparte spielt bei professionellen VR-Anwendungen ebenfalls häufig eine Rolle: Simulation. Die Simulationssoftware IndustrialPhysics des Münchner Herstellers Machineering GmbH erlaubt Anwendern den nahtlosen Übergang zwischen den Welten der Simulation und der Virtuellen Realität. Die Software, die auf herkömmlichen PCs läuft, kann sowohl herkömmliche VR-Brillen von Herstellern wie Oculus oder HTC ansteuern als auch hybride Typen wie die Hololens.

Als typische Anwendung beschreibt Machineering-Chefin Beate Maria Freyer etwa die virtuelle Inbetriebnahme von Fertigungsanlagen mit ihrer komplexen Kinematik und Robotik. „Damit können Kunden die Anlage vor der eigentlichen Inbetriebnahme absichern“, erklärt Freyer. Beispiele sind Stahlwerke mit 100 und mehr Speicherprogrammierbaren Steuerungen oder auch Verpackungsanlagen mit ihren schnellen, Präzision erfordernden Handhabungsprozessen. Anwender können diese Anlagen nicht nur im virtuellen Modell begehen, sondern auch schrittweise aktivieren, Bewegungskonflikte identifizieren und diese gegebenenfalls ausmerzen.

Autor

Nando Förster, Leiter Digitale Medien