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Dokument 1.pdf - RWTH Aachen University

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Forschen in der elektronischen Höhle 32004 Zeitung für Mitglieder und Freunde der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen Foto: Peter Winandy Es ist ein Gefühl, als werde man Teil eines Computerspiels: Wände in grellen Farben bauen sich auf, sie lassen sich problemlos durchschreiten. Der Boden unter den Füßen verschwindet, man schwebt plötzlich im Raum. Ecken und Kanten sind keine Hindernisse, man kann sogar den Kopf in Rohre stecken. Das Innenleben von Maschinen lässt sich bewundern, der Weg flüssigen Eisens in einem Stahlwerk ohne spürbaren Wärmeunterschied verfolgen. Doch selbst, wenn ein flaues Gefühl im Magen auftritt oder die Beine unsicher werden – man bewegt sich nur in einem Kubus von etwa drei Meter Kantenlänge, umgeben von viel Technik. Es ist ein Raum zur Projektion einer dreidimensionalen Illusionswelt, ein „CAVE Automatic Virtual Environment”– kurz CAVE genannt. Den Prototypen eines solchen technischen Systems entwickelten Wissenschaftler der University of Illinois in Chicago vor etwa zehn Jahren. Das englische Wort „cave” wählten sie in Anspielung auf Platons bekanntes Gleichnis von den Menschen in der Höhle. Die neue CAVE der RWTH wurde im Frühjahr 2004 von der BARCO GmbH in Kooperation mit dem Rechen- und Kommunikationszentrum installiert. Sie wird künftig die Bereiche in Lehre und Forschung an der Aachener Hochschule, die mit virtueller Realität arbeiten, wesentlich unterstützen. Bereits im Jahr 2000 wurde an der RWTH das Virtual Reality Center Aachen (VRCA) als Arbeitsgemeinschaft des Forums Informatik gegründet. Derzeit zählt das VRCA, das von Dr. Torsten Kuhlen koordiniert wird, 37 ordentliche Mitglieder aus fast allen Fakultäten und neun Unternehmen als Fördermitglieder. Die CAVE kann von den ordentlichen VRCA-Mitgliedern, aber auch von sonstigen Instituten beziehungsweise Lehrstühlen der RWTH und deren Industriepartnern jederzeit genutzt werden. Bei freien Kapazitäten steht auch den Fördermitgliedern des VRCA die Nutzung der CAVE offen. Rundumprojektion in der Aachener CAVE Der Besucher einer CAVE begibt sich in eine computererzeugte Umgebung und erlebt diese Illusion als nahezu realistisch. Die virtuelle Welt entsteht, indem Bilder von außen auf die Flächen in das Innere des Raumes so projiziert werden, dass eine fast perfekte Abbildung der Wirklichkeit entsteht. In der Aachener CAVE ist sogar eine 360 Grad Rundumprojektion möglich, da auf den Boden und auf alle vier Seitenwände projiziert wird. Der Betrachter trägt eine Spezialbrille, mit deren Hilfe ein dreidimensionaler Eindruck vermittelt wird. Seine Kopfposition wird ständig durch fünf an der Decke installierte Kameras ermittelt, um die Projektionen fortlaufend den errechneten Augenpositionen anzupassen. Die stereoskopische Bildwiedergabe wird über zwei digitale Projektoren pro Fläche erzielt, die mit 1.600 mal 1.200 Bildpunkten eine extrem große Auflösung haben. Sie erlauben eine scharfe Darstellung von komplexen technischen oder physikalischen Prozessen. Die Projektionsflächen der CAVE lassen sich in ihrer Anordnungsform variieren, die Wissenschaftler können somit flexibel auf verschiedene Anwendungen reagieren. Grundlagen für eine Visualisierung sind dreidimensionale Konstruktions- und CAD-Daten, die zuvor am Computer erstellt wurden. Die CAVE bietet eine wirklichkeitsnahe Darstellung von Anlage- und Maschinenmodellen. Auch fachfremden Personen wird sehr anschaulich vorgeführt, wie zum Beispiel eine Gießwalzanlage aufgebaut ist. Der Rundgang durch ein virtuelles Stahlwerk erlaubt es, sich frei in der Fabrikhalle zu bewegen und einzelne Maschinen genauer zu betrachten. Hier kann man auch Anlagenteile sehen, die sonst hinter Maschinenverkleidungen versteckt oder auf Grund extrem hoher Hitze nicht zugänglich sind. Es ist möglich, noch vor der Produktion im Walzwerk die Auswirkungen der Walzenstellung auf die Kräfte im Walzspalt und auf das Blech zu erkennen. Außerdem lassen sich aufgrund von Logistiksimulationen und Detailanalysen Zielgrößen wie Durchfluss oder Anlagenkapazität optimieren. Die Ergebnisse aus Simulationen in Anlagenteilen sind auch auf andere Bereiche übertragbar. Und virtuell kann man beliebige Anlagen aus verschiedenen Bauteilen neu zusammenbauen. VR-Anwendungen sind heute ein ganz selbstverständlicher Teil in industriellen Produktentstehungsprozessen. Besonders die Automobilindustrie und die Luft- und Raumfahrtindustrie nutzen diese Technologie. Das VRCA der RWTH legt viel Wert auf interdisziplinäre Arbeit durch anwendungsorientierte Projekte. Die virtuelle Gießwalzanlage ist beispielsweise das Ergebnis der Zusammenarbeit von Ingenieuren am Institut für Bildsame Formgebung, Informatikern am Rechen- und Kommunikationszentrum sowie Mitarbeitern der SMS Demag AG. Chirurgen trainieren im virtuellen OP Aber auch in der medizinischen Forschung und Ausbildung hat sich der Einsatz von VR-Technologie bewährt. So ist in einer CAVE die Darstellung einzelner Zellen oder ganzer Organe möglich. Im virtuellen Operationssaal können Chirurgen trainieren und beispielsweise Schnitte noch vor dem tatsächlichen Eingriff optimieren. Die Neuropsychologen des Universitätsklinikums Aachen erforschen mit Hilfe der VR die kognitiven Leistungen und funktionalen Zusammenhänge des menschlichen Gehirns, um Systeme für Therapien und die Rehabilitation neurologisch erkrankter Patienten zu konzipieren. In diesem Zusammenhang erzeugte man eine virtuelle Stadt mit dem Namen „Eurade”. Um einen wirklichkeitsnahen Effekt zu erzielen, wurden Häuser echter Städte fotografiert und deren Fassade als Textur auf die virtuellen Häuser angebracht. Diese „Stadt” ist frei begehbar, der Nutzer hat die Möglichkeit, zwischen verschiedenen Pfaden zu wählen. Auf diese Weise kann man Patienten Navigationsaufgaben stellen, um so ihr Orientierungsvermögen exakt zu protokollieren. Dieses „PathMan-System” soll für die Rehabilitation von Patienten eingesetzt werden, die beispielsweise an Störungen der räumlichen Orientierung leiden. Ein wichtiger Bestandteil der Therapie ist die Wiederherstellung des Erinnerungsvermögens. Da Patienten aber oft nur unter sehr aufwändigen Vorkehrungen eine reale Stadt begehen können, ist besonders hier durch den Einsatz von VR eine effektive Therapie möglich. Leistungsstarke Software und immer günstiger werdende Hardware macht die VR-Technologie mittlerweile auch für mittelständische Unternehmen erschwinglich. Zur Entwicklung von VR-Anwendungen steht das von VRCA-Mitgliedern gemeinsam entwickelte Toolkit „ViSTA” zur Verfügung, welches auf die Visualisierung komplexer technisch-physikalischer Prozesse in virtuellen Umgebungen zugeschnitten ist und bereits in der Mehrzahl der Projekte des VRCA eingesetzt wird. Mit der Installation der CAVE auf dem neuesten Stand der Technik kann sich die RWTH und insbesondere das VRCA im nationalen und internationalen Wettbewerb als kompetenter Partner für Forschungsprojekte mit einem ausgewogenen Gesamtkonzept von Software und Infrastruktur präsentieren. Mareike Schrödter

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