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TrendVirtual Reality

Mit der Brille durch virtu­elle Welten

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Nando Förster

Nando Förster

Leiter Digitale Medien

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.