Probefahrt im Cyber-Car - wissenschaft.de
Anzeige
Anzeige

Allgemein

Probefahrt im Cyber-Car

Virtual Reality, das Lieblingsspielzeug der Autobauer. Was als Verrücktheit verspielter Informatiker begann, mausert sich mittlerweile zum Wettbewerbsvorteil für Fahrzeughersteller. Virtual Reality hält Einzug – vom Aufspüren versteckter Designfehler bis zum attraktiven Gag für Verkaufsräume.

Franz May ist mit Prognosen vorsichtig. Doch wenn der promovierte Elektroingenieur im Daimler-Benz-Forschungszentrum Ulm mit Designern, Konstrukteuren oder Managern von Mercedes-Benz spricht, kündigt er vorbehaltlos eine Revolution an.

„Wir helfen Ihnen, künftig die Entwicklungskosten und die Vorlaufzeit für ein neues Automodell zu halbieren“, definiert May sein Ziel. „Auch im Vertrieb stehen Ihnen dann völlig neue Wege offen.“ Das Wundermittel heißt „Virtual Reality“ (VR).

Die erst seit wenigen Jahren existierende Computertechnologie visualisiert in Echtzeit dreidimensionale Gegenstände, die vom Nutzer in einer künstlichen Welt angefaßt und bewegt werden können. Nicht nur die Autohersteller, sondern auch Maschinen-, Flugzeug-, Schiffs- und Möbelbauer setzen auf VR als neue „Mensch-Maschine-Schnittstelle“ – so der Ingenieurs-Jargon.

Mit fünf Jahren Erfahrung und dem praktischen Einsatz von mittlerweile über 70 installierten VR-Anwendungen ist die Arbeitsgruppe um Franz May führend. Schon 1992, „als noch niemand ahnte, daß VR eine ähnliche industrielle Bedeutung wie Computer Aided Design, CAD, bekommt“ (May), begannen bei Daimler-Benz die ersten VR-Projekte.

Anzeige

May ist eigentlich Spezialist für bilderkennende Systeme. Vor fünf Jahren sollte er für ein Zukunftsprojekt des Geschäftsfelds Raumfahrt in der Daimler-Tochter Dasa eine Fernsteuerung und ein Bilderkennungssystem entwickeln. Zu steuern galt es einen noch fiktiven Roboter, der auf der geplanten Raumstation Alpha während einer künftigen Marsmission eingesetzt werden sollte. Weil die Funkwellen rund sechs Sekunden bis zur Erde unterwegs sind, wäre eine herkömmliche Steuerung von der Erde aus viel zu langsam, hatten die Dasa-Entwickler erkannt.

May und seine Mitarbeiter lösten 1992 das Problem mit einem VR-System, das sie mit Fernsehbildern und Daten des Teleroboters fütterten. Auf der nur im Speicher des Computers existierenden, künstlichen Raumstation konnte der Roboter ohne Zeitverzögerung mit Datenhandschuh und Videohelm bedient werden. Wird das Projekt realisiert, brauchen die irdischen Roboter-Lenker die Steuerbefehle nur noch gebündelt ins All zu funken und verlieren nicht kostbare Zeit durch ein jedesmal sechs Sekunden dauerndes Hin und Her von Befehlen und Reaktionssignalen.

Parallel dazu – im Rahmen einer Grundlagenstudie – hatten die Ulmer Forscher Flugzeug-Simulatoren in realistische, länderspezifische Umgebungen integriert. May und seine beiden Mitarbeiter durften sich dazu eine 1,5 Millionen Mark teure Ausrüstung leisten, inklusive eines VR-Hochleistungsgrafikrechners von Silicon Graphics. Sie entwickelten eine Software, mit der aus zweidimensionalen Fotoserien im VR-System dreidimensionale Landschaften und Gebäude entstanden.

Die Dasa nutzte die Studien gleich mehrfach: Airbus-Piloten trainieren heute mit diesem Simulator den Landeanflug und das Einparken auf fremden Flughäfen. Und: Die Münchener Fluglotsen wurden 1992 mit VR für den Umzug von Riem zum neuen Flughafen im Erdinger Moos geschult.

1995 wurde der Einsatz von Virtual Reality im gesamten Unternehmen als „strategisch wichtige Schlüsseltechnologie“ empfohlen. Mit der Umsetzung beauftragte die Konzernleitung Franz May. Im Ulmer „Virtual Reality Competence Center“ (VRCC) geht er mit seinen 14 Informatikern, davon drei Doktoranden, einen unüblichen Weg: Im Gegensatz zu anderen Autoherstellern setzt er auf selbstgeschriebene VR-Software.

Für die Anwender in den Fachabteilungen bringe das hauseigene Programm „DBView“ Vorteile, sagt May. Denn mit dem Urprogramm könnten seine Spezialisten DBView laufend für unterschiedliche Zwecke und Rechnerleistungen anpassen und seien offen für technische Weiterentwicklungen.

So kann das VRCC-Team, das über Virtual-Reality-Ausrüstungen im Wert von fünf Millionen Mark verfügt, sein Programm mit verschiedenen Ein- und Ausgabegeräten kombinieren. Für Anwendungen, die eine stereoplastische Rundumsicht erfordern – etwa in einem simulierten Auto-Cockpit -, werden sogenannte Head-mounted Displays eingesetzt. Das sind bis zu 130 000 Mark teure Videohelme mit Monitoren für beide Augen. Für 20 000 Mark ist ein handgefertigter Datenhandschuh zu haben, mit dem der Cybernaut in der künstlichen Szenerie dreidimensional navigieren und agieren kann.

Um an normalen Konstruktions-Arbeitsplätzen dreidimensional zu sehen, reicht schon ein herkömmlicher Hochleistungsmonitor plus „Shutterbrille“. Auf dem Monitor erscheinen 120mal pro Sekunde abwechselnd linke und rechte Stereobilder. Die 2000 Mark teure Brille verdunkelt im gleichen Rhythmus jeweils ein Auge. Bei der 3-D-Navigation hilft eine „Space Mouse“, die an einen Eishockey-Puck erinnert und um sechs Achsen beweglich ist.

Damit mehrere Experten gleichzeitig im Cyberspace arbeiten – und künftig Mercedes-Kunden neue Modelle mit VR präsentiert bekommen – können, verfügt das VRCC über verschiedene Projektionstechniken: Wiederum mit Hilfe von Shutterbrillen werden dreidimensionale Bilder erzeugt. Auf einer 200-Grad-Rundumleinwand, die von drei Videoprojektoren angestrahlt wird, steigen die Zuschauer tief in die plastischen Szenen ein.

Ein noch höherer Immersions-Effekt – so nennen die Fachleute das realitätsnahe Eintauchen in die simulierte Kunstwelt – wird mit einem 300 000 Mark teuren „VR-Cave“ erzielt. Darin sitzt der Betrachter wie in einem Käfig, auf dessen Wände und Boden von außen VR-Bilder projiziert werden.

May und sein VRCC-Team konzentrieren sich zunächst auf Anwendungen in Design und Vertrieb. Im Design-Zentrum im Werk Sindelfingen sind inzwischen bereits 40 VR-Stationen installiert. Die neue Technologie erleichtert den Designern nicht nur die Fehlerkorrektur ihrer CAD-Entwürfe und beschleunigt die Abstimmung mit Management und Konstrukteuren. Sie ersetzt auch weitgehend die teuren Modelle aus Ton und Holz.

Aus den CAD-Daten entstehen fotorealistische VR-Modelle. Sie setzen sich aus mehreren 100 000 Dreiecken zusammen und können in Originalgröße projiziert werden. Spezielle Silicon-Graphics-Maschinen errechnen mit bis zu 30 Millionen Bildpunkten pro Sekunde selbst feinste Lichtreflexe und sorgen für gleichmäßigen Verlauf. Die Qualität der vom Rechner erzeugten Fahrzeugoberflächen fasziniert Chef-Designer Bruno Sacco immer wieder: „So schön werden wir kaum ein echtes Auto hinkriegen.“

Die VR-Karosserien dienen auch der peniblen Fehlersuche. Der virtuelle Prototyp wird dafür mit virtuellen Neonröhren ausgeleuchtet. Aus dem Lichtverlauf beurteilen die Designer die ästhetische Qualität und erkennen sofort jede Unregelmäßigkeit. Solche – meist nicht einmal tastbaren – Unebenheiten entstehen durch Rundungsfehler in CAD-Programmen und wurden in der Vergangenheit manchmal erst entdeckt, wenn teure Werkzeuge für die Produktion bereits fertig waren.

Ähnliche Kosten- und Wettbewerbsvorteile erwartet VR-Chef May auch für den Vertrieb. Mercedes-Niederlassungen haben heute bereits Platzprobleme, wenn sie die gesamte Modellpalette ausstellen wollen. Und die Anzahl der Modelle wird sich in den nächsten vier Jahren verdoppeln.

Als Lösungsansatz entstand im Ulmer VR-Labor bereits ein „virtueller Showroom“. In solchen Stationen könnten die Kunden „ihr“ Modell mit beliebiger Ausstattung zusammenstellen und anschließend sogar eine virtuelle Probefahrt unternehmen. Einzelheiten, wann und wie der Mercedes-Vertrieb mit VR starten wird, mag May „aus Konkurrenzgründen“ nicht nennen. Denn fest steht, daß die meisten anderen Autohersteller ebenfalls mit Hochdruck an VR-Präsentationen arbeiten. Auch Unternehmen in anderen Branchen erzielen bereits beachtliche Verkaufserfolge mit VR. So werden bei ABB in Mannheim Kunden von Stromproduzenten durch virtuelle Kraftwerke geführt. Der Möbelhersteller Voko richtet mit VR Büros ein. Künftige Eigner von Luxus-Yachten können bei der Lürsen-Werft virtuell an Bord gehen, bevor ihr Boot auf Kiel gelegt wird.

Neben Design und Verkauf hat May jedoch weitere VR-Anwendungen im Blick. „Mercedes-Benz will Entwicklungen so weitgehend wie nur möglich im Rechner abschließen“, beschreibt er das Ziel „Digital Mock-up“. Überspitzt formuliert: „Plane, konstruiere, sieh, teste, fahre und verkaufe ein Auto, bevor du die erste Schraube bestellst.“

Im nächsten Schritt sollen Konstrukteure des Unternehmens mit VR ausgerüstet werden. Ihre CAD-Workstations werden mit VR-Systemen ergänzt. CAD-, VR- und Montage-Daten gehen in die Produktionsplanung. Noch während in Handarbeit die ersten realen Prototypen entstehen, sollen die Fabrikplaner virtuelle Fließbänder entwickeln. Mit VR optimieren sie dann Arbeitsabläufe und Taktzeiten, bevor die realen Maschinen aufgestellt werden.

Auch beim letzten Schritt in der Fahrzeug-Entwicklung ist VR bereits im Einsatz: VW und Audi geben ihren Karossen in einem virtuellen Windkanal den letzten Schliff. Bei BMW und Porsche verdeutlichen VR-Systeme in Zeitlupe und jeder Perspektive, was bei einem Crash in Millisekunden abläuft. Sonst benötigen Experten Wochen, um aus Tabellen und Grafiken das Unfallgeschehen zu verstehen. Die eigentliche Berechnung des Crashs ist allerdings einem Supercomputer vorbehalten: Um die Verformung der 200 000 Strukturelemente von Fahrzeug und Fahrer-Dummy in 100 000 Zeitschritten zu erfassen, arbeiten selbst die schnellsten Computer von Cray oder NEC ein Wochenende lang.

Um diesen Service auch anderen Autoherstellern anbieten zu können, probt das VR-Labor im Weissacher Porsche-Entwicklungszentrum mit dem Rechenzentrum der Universität Stuttgart das verteilte Arbeiten mit VR: Mitarbeiter an zwei Orten agieren im selben virtuellen Raum. Daimler-Mann May verfolgt diese Aktivitäten der Konkurrenz mit Gelassenheit: „Auch wir verbinden DBView mit unserer Cray-Welt.“ Ende dieses Jahres erwartet er den ersten Meilenstein.

Die künstliche Realität wird zunehmend auch für kleinere Unternehmen erschwinglich. Trotz der derzeitigen Monopolstellung von Silicon Graphics in der Hochleistungsgrafik sinken die Preise – pro Jahr um rund 30 Prozent. VR-Workstations sind schon für 20 000 Mark zu haben. Selbst auf professionellen Personal-Computern ist VR schon heute für unter 10 000 Mark möglich.

Der Trend ist offensichtlich: Höchstleistungsgrafik – und damit VR – wird über kurz oder lang auch für Privatleute erschwinglich sein. Vergleichbares geschieht derzeit in einer Nachbarbranche: Der Videospiel-Hersteller Sega nutzt für Spielhallengeräte die Grafik-Hardware von Lockheed/Martin Marietta, dem führenden Hersteller für militärisch genutzte Simulatoren. Sega-Konkurrent Nintendo setzt in seiner nur 300 Mark teuren Heimkonsole ein ähnliches Chip-Set ein wie Silicon Graphics in der tausendmal so teuren Onyx.

Das müssen die PC-Hersteller freilich den Spielzeugfabrikanten erst einmal nachmachen. Sobald es Virtual-Reality-taugliche Heim-PC gibt, sieht May für sein Ulmer Team eine neue Aufgabe: „Dann sollen Mercedes-Kunden zu Hause ihr Wunschmodell aussuchen und gleich eine Probefahrt unternehmen.“

Hayo Koch

Anzeige

bild der wissenschaft | Aktuelles Heft

Anzeige

Aktueller Buchtipp

Sonderpublikation in Zusammenarbeit  mit der Baden-Württemberg Stiftung
Jetzt ist morgen
Wie Forscher aus dem Südwesten die digitale Zukunft gestalten

Wissenschaftslexikon

mo|no|klin  〈Adj.〉 ~es Kristallsystem K., bei dem zwei Achsen im Winkel von 90° zueinander stehen u. eine dritte Achse einen Winkel von mehr als 90° dazu bildet [<grch. monos ... mehr

Ron|de  〈a. [rd] f. 19〉 1 nächtl. Rundgang zur Überprüfung der Wachen 2 der diesen Rundgang ausführende Offizier mit seiner Gruppe ... mehr

Ap|fel|si|nen|baum  〈m. 1u; Bot.〉 aus China stammendes Zitrusgewächs: Citrus Aurantium sinensis

» im Lexikon stöbern
Anzeige
Anzeige