Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Investigating user response to a hybrid sketch based interface for creating 3D virtual models in an immersive environment
    ( 2015)
    Bonnici, A.
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    Israel, J.H.
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    Muscat, A.M.
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    Camilleri, D.
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    Camilleri, K.
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    Rothenburg, U.
    Computer modelling of 2D drawings is becoming increasingly popular in modern design as can be witnessed in the shift of modern computer modelling applications from software requiring specialised training to ones targeted for the general consumer market. Despite this, traditional sketching is still prevalent in design, particularly so in the early design stages. Thus, research trends in computer-aided modelling focus on the the development of sketch based interfaces that are as natural as possible. In this paper, we present a hybrid sketch based interface which allows the user to make draw sketches using offline as well as online sketching modalities, displaying the 3D models in an immersive setup, thus linking the object interaction possible through immersive modelling to the flexibility allowed by paper-based sketching. The interface was evaluated in a user study which shows that such a hybrid system can be considered as having pragmatic and hedonic value.
  • Publication
    From movements to objects: Creating physical sculptures from Iaido sword motions
    ( 2014)
    Ueno, T.
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    Brych, A.
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    Israel, J.H.
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    Eisenack, G.
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    Jastram, B.
    This project was concerned with the development of physical sculptures from the motion of an Iaido sword. Iaido is a Japanese traditional martial art concerned with moving a sword and performing a cutting motion at the same time. It is practiced to prepare the swordsman for a surprise attack. All phases of the stroke have to be absolutely flawless to keep the performer alive. From the perspective of Iaido practitioners the performance of Iaido can be regarded as the will to accomplish perfection and finality. This work is concerned with creating a physical sculpture which displays the motions of the Iaido sword during various movement cycles. In order to achieve this, the sword's movements were captured by using a motion capturing system, processed in a 3D CAD system and printed by means of a 3D printer. Video footage of the project is available at http://vimeo.com/62947874.
  • Publication
    Mastering digital materiality in immersive modelling
    ( 2013)
    Israel, J.H.
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    Mauderli, L.
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    Greslin, L.
    In theory, the potential to use virtual reality systems for creating visually rich and free-spirited models and prototypes is high. In contrast, immersive modelling is not relevant in today's design practice and design researchers are often sceptical if it will ever be possible to use virtual environments (i.e. virtual material) with the same fidelity as physical materials. The aim of this paper is to search for bridges which allow designers to use the potential of immersive modelling even though no materiality (i.e. no touchable material) is present. It describes four approaches of mastering digital materiality which emerged during a design study among four design students who used an immersive modelling system for two weeks all day long. All approaches imply different means of substituting the missing material constraints. Furthermore the results of a post-study survey among the participants are discussed. The results of this study suggest that designers can find indi vidual ways to handle digital material in immersive environments which may satisfy their professional expectations and standards. They may possibly be able to develop a professional level of manipulative skills within virtual environments comparable to their work with physical material. It can be expected that more approaches to immersive modelling appear as the technology advances and designers become engaged with it.
  • Publication
    An object-centric interaction framework for tangible interfaces in virtual environments
    ( 2011)
    Israel, J.H.
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    Belaifa, O.
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    Gispen, A.
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    Stark, R.
    The spatial and semantic integration of tangible user interfaces (TUI) into virtual environments is a promising approach to enhance mixed reality-applications with dynamic three-dimensional graphics and graspable controls. Although various software frameworks for virtual reality periphery [e.g. 26, 311 and tangible interaction exist [cf. 7, 18, 221, a novel framework which provides a high-level TUI-object-centric interface (instead of device-centric interface) and duplex access to important physical properties of TUI-objects, e.g. three-dimensional position, sensor states, force actuators could foster the development of such mixed-reality applications. This paper describes a TUI-VR-framework whose aim is to support the development of physically enriched VR-applications. It focuses on the spatial and manipulative properties of TUI-objects, leaving it to the application to implement interaction techniques, semantics and expressive physical/digital couplings [cf. 10, 27]. On the programming side, the primary goals of the framework are the integration of a device abstraction layer, a lightweight application programming interface and full duplex communication between the TUI-application and interaction devices. The framework allows for a distributed system configuration and is highly customizable. Various virtual reality tracking frameworks and devices (e.g. VRPN, Ascension Motion Star, force-feedback devices) and physical toolkits (e.g. Phidgets) are already integrated. Further adapters can also easily be integrated. The capabilities and flexibility of the framework are illustrated at the end of the paper by means of two use cases.
  • Publication
    Shape modeling with sketched feature lines in immersive 3D environments
    ( 2010)
    Perkunder, H.
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    Israel, J.H.
    ;
    Alexa, M.
  • Publication
    3D-Skizzieren in virtuellen Umgebungen - Neue Wege für kreatives Problemlösen
    ( 2009)
    Wiese, E.
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    Israel, J.H.
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    Zöllner, C.
    ;
    Mateescu, M.
    ;
    Stark, R.
  • Publication
    Intuitive Haptische Interfaces für die Deformationssimulation
    ( 2009)
    Völlinger, U.
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    Beckmann-Dobrev, B.
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    Schäfer, J.
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    Israel, J.H.
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    Stark, R.
    Bei derzeitig verfügbaren Lösungen für die physikbasierte Handhabungssimulation fle-xibler Bauteile in der VR stellt die intuitive Interaktion mit haptischen Force-Feedback-Geräten immer noch ein großes Problem dar. Die Berücksichtigung der Verformungsei-genschaften flexibler Objekte in der Simulation ist für eine Vielzahl von Anwendungen von Vorteil wie dynamische Ein- und Ausbauuntersuchung oder Montagesimulationen. Derzeit scheitert die Handhabung zum einen an den enormen Anforderungen an die Be-rechnungszeit für eine Kraftrückgabefrequenz von 1000 Hz, zum anderen ist die Benut-zung bisheriger haptischer Interfaces wenig intuitiv. Mit Hilfe des entwickelten haptischen Interfaces können interaktiv Kräfte und Momente auf die deformierbaren Körper übertragen werden. Für das haptische Inte rface wurden Interaktionsmöglichkeiten untersucht, die eine Kopplung und Entkopplung mit dem Deformationsmodell zur Simulationszeit ermöglichen. So können während der Simulation innerhalb des flexiblen Objektes frei wählbare Andockgebiete ausgewählt werden, um somit eine Verformung einzuleiten. Des Weiteren ist ein Andocken an starre Körper möglich, die durch Translation oder Rotation die Kräfte und Momente auf die flexiblen Teile übertragen, falls Sie mit diesen gekoppelt sind. Um ein physikalisch plausibles Verhalten der flexiblen Teile zu gewährleisten wurden die Materialeigenschaften in einem Vorverarbeitungsschritt durch Optimierungsverfah-ren aufbereitet. Als Ausgangspunkt dienten Feder-Masse-Modelle deren Federsteifig-keiten und Topologien mit Hilfe von FEM-Referenzverformungen opt imiert wurden. Dazu erweiterten wir unsere bisherige Optimierungsmethode für Tetraedernetze, so dass nun auch Hexaedernetze hinsichtlich verschiedener Belastungsarten optimiert werden können. Mit den entwickelten Methoden konnte eine physikalisch plausible interaktive Deformation der flexiblen Teile erreicht werden. Des Weiteren konnte durch die Kopp-lung mit hochaufgelösten Oberflächen sehr detailreiche Modelle in Echtzeit deformiert werden, wobei die Handhabung mit dem haptischen Gerät, d.h. das Andocken an ver-schiedene Gebiete in den Deformationsmodellen auf eine einfache und intuitive Art durchgeführt werden kann.
  • Publication
  • Publication
    Smart Hybrid Prototyping zur multimodalen Erlebbarkeit virtueller Prototypen innerhalb der Produktentstehung
    ( 2009)
    Stark, R.
    ;
    Beckmann-Dobrev, B.
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    Schulze, E.-E.
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    Adenauer, J.
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    Israel, J.H.
  • Publication
    Ein Renderingsystem für immersive Anwendungen in Forschung und Lehre
    ( 2009)
    Neumann, J.
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    Beckmann-Dobrev, B.
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    Kulf, L.
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    Israel, J.H.
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    Stark, R.
    Alternative stellen hier Aktiv-Stereo-Projektionslösungen dar. Zur Nutzung dieser Technologie sind jedoch zusätzliche Funktionalitäten bezüglich der Syn-chronisation der Renderer sowie des Multiplexens der Video-Signale bereitzustel-len. Gleichzeitig werden die genannten Probleme des passiven Stereo vermieden. Mit einem solchen System haben das Institut für Werkzeugmaschinen und Fab-rikbetrieb (IWF) der TU Berlin und das Fraunhofer IPK Berlin im Jahre 2001 ihre Forschungen auf dem Gebiet der VR begonnen. Seither gab es zahlreiche For-schungsaktivitäten z.B. in den Bereichen immersives Styling (Virtual Clay Mo-delling), interaktive Ein- und Ausbausimulation und immersives 3D-Skizzieren. Im Zuge einer Modernisierung entstand ein Visualisierungs-System auf Basis eines PC-Clusters, welches sic h durch die Nutzung einer Aktiv-Stereo-Projektionslösung auszeichnet und zusätzlich auch im Passiv-Stereo-Modus be-trieben werden kann. Die entwickelte Lösung kommt darüber hinaus mit der Hälf-te der bisherigen Anzahl an Renderern und drastisch verringertem Konfigurations- und Wartungsaufwand aus und bietet dabei eine moderne Grafikleistung. Im Kern der Entwicklung wurde unter dem Arbeitstitel RENDERit!2 eine flexible VR-Visualisierungssoftware auf Basis eines Open Source Szenegraphen realisiert, die für Aktiv- und Passiv-Stereo und an unterschiedlichsten Displaysystemen betrie-ben werden kann. Im Ergebnis entstand ein modernes und performantes VR-Visualisierungssystem, das für Forschung und Lehre an der TU Berlin und am Fraunhofer IPK erfolgreich eingesetzt wird. Die vorgestellte Arbeit s tellt zusätz-lich einen Praxisbericht dar und beschreibt die wichtigsten Aspekte des Aufbaus eines VR-Systems.