3D-VISUALISIERUNG I PROZESSE AUTOMATISIEREN

Workshop 1: Produktvisualisierungen automatisiert erstellen

und für unterschiedlichste Anwendungen nutzen

3D-Visualisierungen ermöglichen es, Produkte kundenwirksam darzustellen, komplizierte technische Prozesse verständlich zu vermitteln und Alleinstellungsmerkmale hervorzuheben, sogar in Echtzeit. Werden die Erstellungsprozesse automatisiert, sind die Anwendungsmöglichkeiten schier unbegrenzt.

Vorbei sind die Zeiten, in denen B2B-Unternehmen und Herstellern Designentwürfe lediglich als Skizzen oder CAD-Zeichnungen vorlagen und Produktfotos sowie -videos aufwendig produziert wurden. Heute werden neue Produkte aus unterschiedlichsten Perspektiven mit unterschiedlichen Geräten betrachtet, bevor der erste Prototyp produziert wird. Setzen Unternehmen VR- und AR-Technologien ein, eröffnen sich obendrein völlig neue und effiziente Visualisierungsmöglichkeiten. Auf dem Markt sind zahlreiche Tools verfügbar, die solche Visualisierungsprozesse weitgehend automatisiert durchführen.

Nachfolgend erhalten Sie einen Einblick, wie Sie aus Ihren CAD-Daten virtuelle Erlebnisse für Ihre Anspruchsgruppen kreieren können. Dazu gehen wir zunächst auf den Visualisierungsprozess und die Visualisierungspipeline ein und runden den Beitrag mit Praxisbeispielen ab.

Basis: Der Visualisierungsprozess und die Visualisierungspipeline

Ziel eines Visualisierungsprozesses ist es, abstrakte Daten in Form von Bildern und Filmen zu veranschaulichen. Bei der Erzeugung dieser Darstellungen werden mehrere Schritte durchlaufen, die sich in einer sogenannten Visualisierungspipeline anordnen lassen. Zu den wesentlichen Schritten gehören die Datenaufbereitung, das Mapping, die Inszenierung, das Rendering sowie die Ausgabe auf dem gewünschten Endmedium wie Tablet oder VR/AR-Brille.

Abbildung: Visualisierungspipeline Feynsinn

Der letzte Schritt in der Visualisierungspipeline umfasst die Bildgenerierung, das sogenannte Rendering. Hier erfolgt die Abbildung der Geometriedaten in Bilddaten bzw. Videofiles. Am Markt gängige Software erzeugt die gewünschten Renderings. Unternehmen, die früher Tage benötigten, um aufwendige Bilder oder Videos zu erzeugen, benötigen noch einen Bruchteil der Zeit bei verbesserter Visualisierung des Bildmaterials. Das über die Pipeline erstellte Bildmaterial lässt sich für verschiedenste Anwendungen einsetzen und über unterschiedliche Hardware ausgeben. Die CAD-Daten liegen gewöhnlich als Kurven vor. Damit eine Visualisierungsengine die Daten problemlos nutzen kann, werden sie in Polygone konvertiert.

Abbildung: CAD-Daten werden in Polygone konvertiert. Jede Biegung einer Kurve wird durch einen Punkt kenntlich gemacht.

Die Polygone werden gewöhnlich in verschiedenen Auflösungsstufen hinterlegt, damit im nachfolgenden Prozess die bestmögliche Datenauswahl für eine einwandfreie Objektdarstellung in der jeweiligen Endanwendung möglich ist.
Bei einer komplexen Darstellung, wie z. B. einer kompletten Fabrikanlage, werden sehr viele Werte erhoben, was eine Echtzeitdarstellung der Modelle schwer bis fast unmöglich macht. Da nicht alle Daten relevant sind, wird die Datenmenge nach bestimmten Kriterien reduziert. Der Konstrukteur bzw. Visualisierungsartist wählt den passenden Detaillierungsgrad aus. Diese Vorgänge werden als Tesselierung und Entkernung bzw. Bereinigung bezeichnet.

Im Ergebnis der Datenaufbereitung liegen die so bezeichneten aufbereiteten Daten vor, die an die weiteren Schritte der Visualisierungspipeline übergeben werden.

Dazu zählt das „Mapping“. Das Mapping ist ein Kernstück des Visualisierungsprozesses. Hier wird eine Daten-zu-Geometrie-Abbildung realisiert, bei der die Datenwerte Geometrien zugeordnet werden. Dazu zählen beispielsweise Attribute, wie Farben und Materialen. Die Konstrukteure/Visualisierungsartists nutzen für diesen Schritt am Markt verfügbare Bibliotheken oder Bibliotheken der Engines. Heutzutage werden mithilfe der Bibliotheken rund 95 % der Attribute zugewiesen, sodass lediglich noch Spezialeffekte oder Texturen durch die Konstrukteure/Visualisierungsartists einzupflegen sind. Vermerkt der Konstrukteur im CAD-System, welches Material für das jeweilige Bauteil vorgesehen ist, wird dies automatisiert über die Bibliothek zugewiesen.

Beim Mapping wird in entscheidendem Maße Einfluss auf die spätere visuelle Repräsentation der Daten genommen. Hier wird entschieden, mit welchen Attributen sie belegt werden. Darüber hinaus werden Anordnungsfragen, wie das Zusammenfassen von Bauteilen (z. B. das Zusammenfassen aller Blech- oder Gummiteile eines Objektes) sowie komplexe Animationen definiert.

Handelt es sich bei dem Visualisierungsobjekt um einen Konfigurator werden im nächsten Schritt Varianz-Möglichkeiten definiert. Die jeweiligen geometrischen Daten werden in diesem Prozessschritt über angebundene Systeme wie Datenbanken oder Dateien (z. B. XML) weitgehend automatisiert eingelesen und dargestellt.

Liegt das Datenmodell vor, geht es im nächsten Schritt um die Inszenierung der Objekte in der Zielsoftware. In dieser Phase werden Lichteinflüsse bewertet und optimiert, Hintergrundbilder eingefügt und die Kamera gesetzt, sodass die gewünschte Anmutung des Objektes entsteht. Existieren verschiedene Hintergrundbilder, werden diese im System hinterlegt. Sie werden gewöhnlich für verschiedene Varianzausprägungen oder Assets genutzt.

Der letzte Schritt in der Visualisierungspipeline umfasst die Bildgenerierung, das sogenannte Rendering. Hier erfolgt die Abbildung der Geometriedaten in Bilddaten bzw. Videofiles. Am Markt gängige Software erzeugt die gewünschten Renderings. Unternehmen, die früher Tage benötigten, um aufwendige Bilder oder Videos zu erzeugen, benötigen noch einen Bruchteil der Zeit bei verbesserter Visualisierung des Bildmaterials. Das über die Pipeline erstellte Bildmaterial lässt sich für verschiedenste Anwendungen einsetzen und über unterschiedliche Hardware ausgeben.

Praxisbeispiele automatisierter Prozesse im Umfeld von 3D-Visualisierungen

Anwendungsfälle für automatisierte Prozesse im Umfeld von 3D-Visualisierungen sind nahezu unbegrenzt. Die am Markt verfügbaren Tools und Technologien erfüllen vielfältige Anforderungen und sind inzwischen auch für kleinere und mittlere Unternehmen erschwinglich. Beispielhaft stellen wir Ihnen nachfolgend einige Anwendungen vor, sodass Sie einen Einblick gewinnen, wie sich Unternehmen 3D-Visualisierungen mit automatisierten Prozessen heutzutage zunutze machen. Die Anwendungen haben wir von Feynsinn gemeinsam mit unseren Kunden entwickelt.

1.Pipeline zur Innenraumvisualisierung von Fahrzeugen

Zur Visualisierung der Innenräume neu geplanter Fahrzeugmodelle/Facelifts setzt ein namhafter OEM eine speziell für diesen Anwendungsfall entwickelte Visualisierungspipeline ein. Die Pipeline nutzt CAD-Daten, die aus dem PDM-System des Unternehmens extrahiert und mit dem Tool DELTAGEN aufbereitet werden. Die aufbereiteten Daten werden in einer Datenbank zwischengespeichert und automatisiert in einer Game Engine für die Visualisierung weiterbearbeitet.

Ein Abgleich von Entwicklungsständen ermöglicht eine Vor- und Rückschau. Neue Bauteile werden in der Datenbank nach einem Ampelsystem abgelegt. Der Konstrukteur/Visualisierungsartists entscheidet, wann er das Bauteil aktualisiert. Wird ein Material geändert, wird diese Information am Ende der Visualisierungskette eingebunden. Nach dem Update von Bauteilen bzw. Materialanpassungen wählt der Konstrukteur/Visualisierungsartist die gewünschte Variante aus, optimiert im Bedarfsfall die Performance und erstellt in kurzer Zeit die Innenraum-Visualisierung für ein neues Fahrzeugmodell/Facelift. Für die Bilderstellung eines komplett neuen Fahrzeuginnenraums werden für den Export und den Import nur wenige Stunden benötigt, für die Änderung eines Bauteils wenige Sekunden bis Minuten, abhängig vom Bauteil. Die Visualisierungspipeline wird bei dem OEM intern im Unternehmen verwendet und drüber hinaus in der Zusammenarbeit mit externen Lieferanten eingesetzt.

2.Webbasiertes System, das Bewegtbilder automatisiert visualisiert

Die automatisierte Erstellung von Videos von in der Entwicklung befindlichen Produkten war erklärtes Ziel eines OEMs. Wichtig war, dass die Produkte in einer natürlichen Alltagssituation dargestellt werden und die Videos in kurzer Zeit verfügbar sind. Für diese Anforderung wurde ein webbasiertes System entwickelt. Über eine Benutzeroberfläche ist jeder Berechtigte autorisiert per „drag und drop“ eine Strecke zusammenzustellen, in der das jeweilige Fahrzeug z. B. bei einer Fahrt in einer winterlichen Landschaft oder einer Fahrt im Stadtverkehr dargestellt wird. Der Nutzer wählt aus einer Datenbank das gewünschte Fahrzeug in entsprechender Konfiguration und Hintergründe aus. Die Fahrzeugansichten werden anschließend automatisch zusammengefügt, farblich angepasst und die erstellten Shots zu einem Film aneinandergereiht. Der fertige Film wird dem berechtigten Benutzer in unterschiedlichen Auflösungsstufen und Formaten in einem Downloadbereich zur Verfügung gestellt. Auch fachfremde Benutzer ohne Experten-Know-how stellen so mit wenigen Klicks in wenigen Minuten von einem neuen Produkt einen Film in Marketingqualität zusammen. Die Anwender greifen weltweit auf das Tool zu.

3.Interaktiver Verkaufsassistent – passgenaue Produktinformationen in 3D erlebbar

Bei einem interaktiven Verkaufsassistenten werden Produkte in 3D erlebbar: Durch „einzoomen“ und die Betrachtung unterschiedlicher Perspektiven werden Produktbilder und verfügbare Produktinformationen visuell ansprechend dargestellt. Die Integration von Funktionen bietet zusätzliche Vorteile. Informationen unterschiedlichster Art, Informationstiefe und -breite sind darstellbar. Interaktive Verkaufsassistenten eignen sich für einfache und komplexe, erklärungsbedürftige Produkte. Sie werden auf unterschiedlichen Devices (mobil und Desktop) genutzt. Darüber hinaus lassen sich Augmented-Reality-Technogien integrieren, um spezifische Funktionen zu ermöglichen.

4.K*Ex (Kinematik-Exporter) übersetzt Kinematiken aus Catia in Visualisierungsanwendungen in wenigen Minuten

Der Kinematik-Exporter ist eine Applikation zur schnellen und vollautomatischen Überführung von CATIA V5-6 Kinematiken in Virtual-Reality-Anwendungen. K*Ex übersetzt Kinematiken zusammen mit der Geometrie in das Format FBX (oder auf Wunsch VRML). Mit der Anwendung wird die Lücke zwischen CATIA- und VR-Anwendungen geschlossen. Der Import der Kinematik vom nativen CAD-System in eine 3D-Visualisierungssoftware erfolgt mit minimalem Aufwand.

Ergänzende Informationen, weitere Praxisbeispiele und Hinweise zu Tools finden Sie im aufgezeichneten Workshop 1 „3D VISU Automatisierter Prozess“, das wir zusammen mit unserem Partner encad Consulting durchgeführt haben.

Workshop 1: 3D-Visu I Prozesse automatisieren
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Feynsinn – Ihr Partner für die 3D Visualisierung

Feynsinn, eine Marke der EDAG mit der Spezialisierung auf 3D-Visualisierung, setzt seit mehr als 10 Jahren modernste Visualisierungstechnologien in industriellen Anwendungsfällen ein: von der Absicherung von Designs in der frühen Produktentstehung über die virtuelle Begehung von Fabrikanlagen bis hin zu einer völligen neuen Kunden/Kauf-Experience an einem virtuellen Verkaufsstand. Unsere Experten nutzen die für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneten Tools wie DELTAGEN, PiXYZ, Instal.OD, Maya, VRED, RizomUV sowie die Game Engines Unity und Unreal.

Gerne unterstützen wir Sie, schnell und optimiert, Daten aus Ihrem CAD-System für 3D-Visualisierungen aufzubereiten, einen Visualisierungsprozess und Visualisierungspipeline zu etablieren, neue digitale Erlebnisse zu kreieren und die für Ihre Anforderungen passenden „Must-have“-Technologien in Ihren Unternehmen zu integrieren.

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Blogartikel

22.02.2022

Lesedauer: 2:10 min

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Jan Berner

Leiter Technik & Prozesse