Interaktive Erkundung von CAE-Welten

Business-to-business (B2B) und Collaborative Product Commerce (CPC) sind zur Zeit die treibenden Faktoren im CAx Markt. Dabei steht heute die digitale Produktrepräsentation (digitaler Prototyp) im Mittelpunkt von Geschäftsprozessen und -entscheidungen. Wie bereits im DMU-Umfeld und im Design-Review weitestgehend etabliert, werden heute aufgrund von 3D-CAD Modellen strategische Entscheidungen getroffen. Innovative Präsentations- und Interaktionstechnologien wie Virtual- und Augmented Reality Techniken spielen hier eine zunehmend wichtigere Rolle. Allerdings beschränkt sich deren z.Z. weitestgehend auf den Design Bereich, womit das enorme Potential dieser Technologien bei weitem noch nicht ausgeschöpft ist. Tatsächlich beinhaltet das Engineering eine Vielzahl weiterer Aufgaben die über den reinen Konstruktions- und Designprozeß hinausreichen. Eine besondere Bedeutung kommt der Analyse und Optimierung digitaler und realer Prototypen zu. Numerische Simulationen spielen hierbei eine besondere Rolle und sind heute aus dem täglichen Geschäft des Ingenieurs nicht mehr wegzudenken. Physikalische/Mechanische Problemstellungen werden dabei mit Hilfe numerischer Berechnungs- und Lösungsverfahren bearbeitet. Das Ziel ist dabei zum einen bestehende Produkte zu optimieren und zum anderen eine Vorhersage über vielfältige Eigenschaften neuer Produkte zu treffen. Mit der rasant entwickelten Leistungsfähigkeit und Kapazität aktueller Hardwareumgebungen können mittlerweile neben verschiedene Simulationen auch zahlreiche Messungen in immer kürzeren Zeiträumen und mit steigender Genauigkeit durchgeführt werden. Die Herausforderung stellt sich hierbei in der Verarbeitung, Interpretation und Kommunikation der hieraus resultierenden riesigen Datenmengen. Die Interpretation solch gewaltiger Zahlenkolonnen ist ohne den Einsatz visueller Hilfsmittel heute kaum denkbar. Hieraus ergeben sich die wesentliche Aufgaben und Anforderungen an eine rechnerbasierten Visualisierung. Die Aufgaben bestehen in diesem Umfeld zum Einen in der Unterstützung des Anwenders bei der Generierung von Hypothesen (z.B. bei der Interpretation von Messdaten), deren Validierung sowie in der Kommunikation und schließlich der Präsentation von Ergebnissen. Die Anforderungen ergeben sich zum einen aus der Mächtigkeit und Komplexität der darzustellenden Daten und dem Anspruch an Echtzeitfähigkeit/Interaktionsfähigkeit und Vollständigkeit zum anderen. Durch die Bereitstellung innovativer und interaktiver Visualisierungstechniken kann ein Ingenieur in sinnvoller Weise unterstützt werden. Virtual Reality Techniken ermöglichen es hierbei komplexe Sachverhalte in verständlicher und zeitsparender Form zu validieren und zu präsentieren. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt werden die verschiedenen Visualisierungs- und Interaktionstechniken weitestgehend für die Verarbeitung und Analyse bereits abgeschlossener numerischer Simulationen (Post-Processing) genutzt. Auf diese Weise können die Auswirkungen, selbst minimaler Modifikationen, am digitalen Prototypen, erst nach vollständiger Beendigung der Prozesskette, bestehend aus Konstruktion, Vorverarbeitung, Simulation und Visualisierung beurteilt werden. Diese Vorgehensweise ist natürlich sehr Zeitaufwendig zumal sich irrelevante oder fehlerhafte Simulationsverläufe erst am Ende der Prozesskette erkennen lassen. Eine direkte, VR-gestützte Interaktion mit der Simulation bei gleichzeitiger Darstellung der Ergebnisse würde somit enorm zur Verbesserung des gesamten Entwicklungsprozesses beitragen ist daher nach wie vor Gegenstand aktueller Forschungs- und Entwicklungsvorhaben. In diesem Beitrag werden daher die wichtigsten z.Z. eingesetzten interaktiven Methoden und Werkzeuge vorgestellt und ein Ausblick auf weitere innovative Visualisierungstechniken gegeben.