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Simulation des dynamischen Verhaltens von Kabeln für Einbau-Montage-Simulation in VR

 
: Schotte, W.
: Rettig, A.

Darmstadt, 2005, 102 S.
Darmstadt, TU, Dipl.-Arb., 2005
Deutsch
Diplomarbeit
Fraunhofer IGD ()
simulation technique; Virtual reality (VR); interactive simulation; physically based simulation; realtime computer simulation

Abstract
Heutige Konstruktions- und Visualisierungsprogramme machen zunehmend Gebrauch von Virtueller Realität. Um alle eingesetzten Materialien und Bauteile sowie die einzelnen Produktionsschritte in Virtueller Realität simulieren zu können, sind Verfahren nötig, welche sich sowohl in vorhandene interaktive Simulationsumgebungen integrieren lassen, als auch die physikalischen Eigenschaften der Originalbauteile in Kollision und Bewegung korrekt nachbilden.
Das in dieser Arbeit vorgestellte Verfahren ermöglicht die dynamische Simulation des Verhaltens von Kabeln in Virtueller Realität. Mit Hilfe der Impulstechnik zur Simulation von Starrkörpern wird ein Verfahren entwickelt, welches die speziellen Anforderungen einer interaktiv nutzbaren Kabelsimulation erfüllt. Die Kabelsimulation integriert neben der eigentlichen Kabeldynamik die Eigenkollision und die Kollision des Kabelmodells mit einem gegebenen Volumen, sowie die Gleit- und Haftreibung. Weiterhin sind Manipulatoren und Klipse integriert, welche dem Anwender die Interaktion mit dem Kabelmodell ermöglichen.
Abgesehen von dem Verfahren zur Erkennung der Eigenkollision, besitzt das Simulationsverfahren bezogen auf die Anzahl der modellierten Segmente einer Kabeldiskretisierung ein lineares Laufzeitverhalten. Auf einem Rechner mit einem Athlon 64 3200+ Prozessor lässt sich ein Kabelmodell bei einer Zeitschrittweite von 0.01 s mit bis zu 150 Segmenten in Echtzeit berechnen. In der interaktiven Simulation zeigt das Kabelmodell im Eigenverhalten sowie bei Kollision eine gute Annäherung an das physikalisch korrekte Verhalten.
Das Simulationsverfahren bietet sich neben der Möglichkeit einer Kabelsimulation auch als Verfahren zur Simulation anderer längenkonstanter Körper an, wie zum Beispiel flexible Schläuche und Rohre in technischen oder Arterien in medizinischen Anwendungen. Dabei ist das Verfahren nicht auf eine einheitliche Form der Segmente beschränkt, sondern kann bei entsprechender Implementierung unterschiedliche Körper in das Simulationsmodell eingebunden bzw. als Verfahren in andere Simulationen integriert werden.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-29768.html