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Virtual Reality im LRZ

Das LRZ betreibt eine großformatige Projektionsanlage als Basis für Virtual-Reality-Anwendungen und wissenschaftliche Datenvisualisierung. An dieser Stelle finden Sie alles Wissenswerte rund um das VR-Labor des LRZ.

Inhalt:

Was ist Virtual Reality ?

Jaron Lanier
Jaron Lanier

Der Begriff Virtual Reality (Virtuelle Realität, VR) wurde in den 80er Jahren von Jaron Lanier geprägt und bezeichnet einerseits eine den menschlichen Sinnen vorgetäuschte, künstlich erzeugte Umgebung, andererseits aber auch das Fachgebiet, das sich mit deren Erzeugung beschäftigt. Letzteres umfasst eine Mischung aus Computergrafik, Projektionstechnologie, Wahrnehmungspsychologie (visuell, auditorisch, haptisch), der Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine und anderen Gebieten.

Computergestützte Visualisierungstechniken sind heute aus der Wissenschaft nicht mehr wegzudenken. Bei der Arbeit an einem konventionellen Computerarbeitsplatz muss sich der Benutzer jedoch mit Darstellungen auf dem stark beschränkten, zweidimensionalen Bildschirm und der oft ungeeigneten Interaktion mit Maus und Tastatur begnügen. Mit immersiven Techniken (von Immersion = Eintauchen) wird eine scheinbare Wirklichkeit erzeugt, mit der der Benutzer ähnlich interagieren kann, wie er es aus der Realität gewohnt ist. Wichtige Apekte für hochwertige Virtual Reality sind:

  • Großformatige Darstellung
  • Stereoskopische Darstellung
  • Positionsverfolgung (Perspektivenanpassung abhängig vom Betrachterstandpunkt)
  • Intuitive Interaktionsmöglichkeiten

Stereoskopische Darstellung

Räumliches Sehen entsteht durch die gegeneinander versetzten Augen und den damit leicht unterschiedlichen Bildern. Für computergeneriertes Stereo-Sehen muss daher ebenfalls eine rechte und linke Ansicht einer Szene berechnet und dem entsprechenden Auge präsentiert werden. Dabei unterscheidet man

Sehbahn

  • Aktives Stereosehen

    Bei der Aktiv-Stereo-Darstellung werden auf dem Sichtgerät in schnellem zeitlichen Wechsel linke und rechte Ansichten dargestellt. Die Bildtrennung erfolgt durch eine Shutter-Brille mittels zweier abwechselnd verdunkelter LCD-Gläser.

  • Passives Stereosehen

    Hier erfolgt die Trennung der überlagert auf einem Schirm dargestellten Ansichten für das rechte und linke Auge mittels Filter-Brillen (Farb- oder Polfilter).

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© Egmont Ehapa Verlag, Lustiges Taschenbuch, Walt Disney

Anwendungsgebiete

Die folgende Auswahl nennt Einsatzgebiete, wie sie immer häufiger in der Industrie oder auch Ausbildungs- bzw. Forschungseinrichtungen zu finden sind:

  • Industrielle Fertigung: Montagesimulation (Digital Mock-Up), Untersuchung der Ergonomie von Arbeitsplätzen, Entwurf von Fertigungsanlagen
  • Ausbildung und Training: z.B. Flugsimulation, Training für die Bedienung von Anlagen, deren Fehlbedienung sehr gefährlich oder extrem teuer wäre
  • Telekooperation als Zusammenarbeit anhand eines gemeinsamen Anschauungsgegenstands
  • Medizin: Analyse medizinischer Datensätze, Planung und Training von Operationen
  • Design: z.B. Präsentation von Innenausstattungen in der Automobilindustrie
  • Psychologie: Phobietraining zum Abbau von Ängsten (z.B. Höhenangst)
  • Architektur: Gebäudeplanung
  • Kunst

Turbinensimulation

Osteotomie

Kunstpraktikum
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Virtual Reality Hardware im LRZ

Das LRZ bietet den Münchner Universitäten folgende VR-Einrichtungen zu Visualisierungszwecken an:
Holobench: L-förmige Projektionsanlage, die im Aktiv-Stereo-Modus betrieben wird. Holobench
Tracking-System: Über ein elektromagnetisches Trackingsystem wird die Kopfposition und Blickrichtung verfolgt und die perspektivische Darstellung vom Grafikrechner angepaßt. Tracking
Peripheriegeräte:
  • Stylus: Positionsverfolgtes, stiftähnliches Instrument für die Interaktion und Navigation
  • Datenhandschuh
  • Space Mouse: Mausähnliches Instrument zur dreidimensionalen Objektmanipulation und Navigation
Visualisierungsrechner
  • PC-Cluster mit synchronisierten NVIDIA FX 4000 Grafikboards
  • 5 AMD Dual-Opteron 64-Bit Maschinen ( je 2,4 GHz, 8GB RAM)
  • Betriebssysteme: Windows XP und Linux unter 64 Bit
 orad
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Mobile Stereoprojektion

Die Verwendung der Holobench-Visualisierungshardware ist nur im Visualisierungslabor am LRZ möglich. Damit Institute auch vor Ort wissenschaftliche Daten und Modelle bei Vorträgen und Veranstaltungen einem größeren Publikum in 3D präsentieren können, steht auch eine mobile Projektionsanlage zur Ausleihe zur Verfügung. Technische Details
  • Rollbare Polarisationsleinwand mit 2 m x 1,80 m Fläche
  • Kompaktes Rack  mit 2 DLP Beamern in rollbarem Flightcase
  • Projektor-Auflösung: 1280 x 1024 Pixel,
    Helligkeit: 3.000 ANSI-Lumen, Gewicht: 3 kg
  • Vormontierte Polarisationsfilter mit guter Bildtrennung.
  • Cyviz XPO2 Aktiv/Passiv Stereo-Wandler
Mobile
Design der Beamerjustierung von Peter Weinert

Head Mounted Display (HMD)

Das LRZ verfügt über ein Head-Mounted-Display (HMD) mit folgender Spezifikation:/p> Technische Details >
  • 2 SVGA Microdisplays mit einer Auflösung von je 800x600 Pixeln
  • Field of view: ca. 40°
  • Stereo: 2 unabhängige Kanäle
 HMD
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VR-Software

Kommerzielle Softwareprodukte

COVISE Linux Datenvisualisierung z.B. für Strömungsdaten und Finite-Elemente-
Modelle, kann aber auch als VR-Viewer für die Darstellung von 3D-Modellen in verschiedenen Formaten an der Holobench verwendet werden.		 Visenso
AVS/Express Windows, Linux
 Wissenschaftliche Datenvisualisierung für Anwendungen aller Art.
 AVS
Amira Windows, Linux Visualisierung und 3D-Rekonstruktion
Virtools Windows 3D-Authoring Software Virtools

Frei verfügbare Software

VMD Windows, Linux Darstellung und Analyse von Molekülen, insbesondere von größeren biomolekularen Systemen. Vmd
VRED Windows, Linux Visualisierungssoftware für die Darstellung von komplexen 3D-Szenen, basierend auf dem Open-Source Renderer OpenSG. vred

Eigene Entwicklungen

Das LRZ leistet im Rahmen seiner Möglichkeiten Unterstützung bei eigenen VR-Entwicklungen. Bei Fragen wenden Sie sich bitte an die unten aufgeführten Ansprechpartner.

Kommerzielle Grafikbibliotheken wie Performer oder OpenInventor stehen zur Verfügung, aber auch freie Hilfsmittel wie VTK, OpenGL oder OpenScenegraph sind geeignet. Spezielle Funktionen für VR-Anwendung werden durch die Kombination z.B. mit VRJuggler realisiert.

 Donald
© Egmont Ehapa Verlag, Lustiges Taschenbuch, Walt Disney

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Projekte

Hier finden Sie eine kurze Übersicht von Bereichen, die im Rahmen von Projekten VR-Technologie am LRZ nutzen:

Strömungsanalysen Visualisierung von CAD-Modellen Studentische Praktika
Turbomaschinen Garching Kunstpädagogik
Psychologische Studien
 Operationsplanung und Simulation Computational Steering
HMD-VR Osteotomie Computational Steering
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Zugangsmöglichkeiten

Das VR-Labor des LRZ (Hörsaaltrakt, Raum H.U.009) steht den Einrichtungen aller Münchner Hochschulen (FHM, LMU, TUM) zur Verfügung.
Die Nutzung setzt eine Reservierung bei einem der Ansprechpartner (siehe unten) voraus, die auch eine Einführung in die Benutzung geben.
 Universitäten
Betreuung

Forschungsprojekte im Umfeld von Virtual Reality z.B. im Rahmen von Studien-, Diplom- oder Doktorarbeiten benötigen häufig intensive Betreuung, da es sich um ein umfangreiches Gebiet mit nichtalltäglichen Fragestellungen handelt. Die Hilfestellung durch das LRZ versucht, die Hemmschwelle für die Initiierung derartiger Vorhaben herabzusetzen. Wir leisten Unterstützung bei der Nutzung von VR-Soft- und Hardware und der Visualisierung Ihrer Daten an der Holobench bzw. bieten Beratung bei der Entwicklung von Anwendungen in der Virtual Reality.
Mit Fragen und Problemen wenden Sie sich bitte an die unten genannten Ansprechpartner.
 Pfadfinder
© Egmont Ehapa Verlag, Lustiges Taschenbuch, Walt Disney

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Ansprechpartner

  • Jutta Dreer
  • Peter Weinert

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