DE20203367U1 - Frühzeitige Visualisierung von Designideen im Ton-/Designmodell - Google Patents

Description

AUDI AG
85045 lngolstadt

Neckarsulm, den 19.03.2003 N/EK-7-PZ-IG4409

Frühzeitige Visualisierung von Desiqnideen im Ton-/Designmodell

Heutiger Stand

Zu Beginn der Designphase werden zu einem Thema eine Vielzahl von zweidimensionalen Design-Entwürfen gemacht, die anschließend in Tonmodellen erstmalig dreidimensional umgesetzt werden. Die Anzahl der Visualisierungen nimmt dabei vom Skizzenstadium über das Tonmodell stetig ab, bis ein präziser Design-Vorschlag in Form des Design Prototypen vorliegt, wie in Figur 2 dargestellt.

Da der Aufbau eines Tonmodells sehr zeit- und kostenintensiv ist, muss eine Entscheidung getroffen werden, welche der anfänglichen zweidimensionalen Ideen im Tonmodell dreidimensional visualisiert werden sollen. Es können also nicht alle skizzierten Ideen zu einem Thema umgesetzt werden, und man muss eine Vorauswahl aufgrund der 2D Design Zeichnungen treffen. Dabei läuft man Gefahr, Designvarianten, die ein hohes Potential im 3D Modell besitzen, aus Zeit- und Kostengründen verwerfen zu müssen, da man sie nur in 2D einschätzen kann.

Des weiteren können Ideen, die aus Erkenntnissen des Tonmodells entstanden sind nur durch eine Anpassung des Tonmodells visualisiert werden, was eine weitere Iteration Skizze-Tonmodell bedingt und somit den Zeit- und Kostenbedarf in der Designphase steigert.

IG4409TEXT.DOC

Neue Idee

Um zum einen die Vorauswahl der Ideen zu erleichtern, die im Tonmodell umgesetzt werden, und zum anderen die Anzahl der physischen Tonmodell zu reduzieren, kann ein zentrales Tonmodell aufgebaut werden, in das mittels AR-Methoden verschiedene Entwürfe zu einem Thema abgebildet werden.

Das zentrale Tonmodell sollte dabei so gestaltet werden, dass es als Visualisierungsplattform für die einzelnen Detail-Varianten dienen kann.

Der Designer wird dabei mit einer Vorrichtung ausgerüstet, die es ihm ermöglicht, in seinem natürlichen Sichtfeld zum einen das physische Tonmodell, zum anderen die in Echtzeit gerenderte und in Abhängigkeit seiner Blickposition korrekt dargestellten Varianten-Designs zu sehen. Man spricht hierbei von Augmented Reality. Die natürliche Realität wird von Zusatzinformationen „augmentiert", d.h. überlagert.

Mögliche Augmentierungsobjekte für Design Visualisierungen im Tonmodell sind hierbei alle Themen, die sich innerhalb der äußeren Begrenzung des Modells befinden. Dies wären beispielsweise unterschiedliche Rad-Reifen Varianten, Scheinwerfer, Leuchten, Kühlergrill, allgemeine Produktgrafiken wie Fugenverläufe oder Vorder/Heckansichten. Im folgenden Beispiel werden zwei unterschiedliche Varianten einer Tür in das Tonmodell eingeblendet, wie in Figur 1 dargestellt.

Die Design-Varianten können dabei in Form von 2D-Skizzen, aber auch als 3D Modelle augmentiert werden. Die 3D Modelle können als grobes CAD-Modell augmentiert werden aber auch als High-End Rendering, welche durch geeignete Aufbereitung bereits phototrealistische Anmutung zulassen. Somit kann bereits in diesem Stadium des Produkts Designs mit Farben, Texturen oder Oberflächenbeschaffenheiten experimentiert werden.

Durch dieses AR-Szenario kann also ein realistischer Ausblick auf das Potential einzelner Ideen gegeben werden, womit sich der Designprozess

zum einen präzisieren, und zum anderen die Anzahl teurer physischer Modelle zu einem Thema reduzieren lässt. Darüber hinaus wird dem Designer durch ein robustes AR-System ein Werkzeug zur Hand gegeben, das ihm einen größeren kreativen Spielraum eröffnet, wodurch sich ein Mehrwert in der Designqualität erzielen lässt.

Das physikalische Objekt muss nicht ausschließlich ein Tonmodell sein, es können auch schon gefinishte Design-Prototypen oder aber auch Serienfahrzeuge als zu augmentierendes Objekt dienen. Je nach Untersuchungsschwerpunkt ist dies zu entscheiden.

Technische Umsetzung

Um ein AR-System für obiges Szenario zu realisieren, werden folgende Komponenten benötigt:

- Reale Komponente (zu augmentierendes Objekt)

- Virtuelle Datensätze (augmentierende Objekte/Daten)
- Datenspeicher

- Rechner

- Renderer, Bildgenerierung

- Komponente zur Bildüberlagerung

- Tracking-Einheit

- Visualisierungs-Einheit

- Einheit zur Abbildung der realen Umgebung

- Kamera

- Halbdurchlässiger Spiegel

Bei der Abbildung der realen Umgebung ist prinzipiell zwischen zwei Möglichkeiten zu unterscheiden.

Figur 3 zeigt die Abbildung der realen Umgebung durch Kameras.

-A-

Figur 4 zeigt die Abbildung der realen Welt ohne Hilfsmittel. Dabei werden reale Sicht und gerendertes Bild über einen halbdurchlässigen Spiegel überlagert.

Definition

- Prototyp 1 „Low Cost Lösung"

- Software: ArBrowser, Marker basiertes Tracking

- Hardware: NoteBook (GeForce2Go)

USB-Cam/DV-Cam

- Prototyp 2 „High End Lösung"
-Software: VD2

- Hardware: Onyx

HMD (Video-See-Through Verfahren) Optisches Tracking Fa. A. RT

Szenario Verifikation von Prototypenteilen

Problematik Prototvpenaufbau:

Fehler, die aus Herstellungsprozess resultieren, werden im Prototypenteil (werkzeugfallendes Bauteil) erst beim Prototypenaufbau erkannt. Dadurch können weitere kostenintensive Iterationsschleifen verursacht werden, wie in Figur 5 dargestellt

Notwendig ist frühe Kontrolle von: - Form- und Lagegenauigkeit

- Geometrie

- Freiformflächen

AR-Ansatz:

Intuitives Überprüfen geometrischer und topologischer Eigenschaften des ersten werkzeugfallenden Prototypenteils vor Prototypenaufbau, wie in Figur 6 dargestellt.

Visualisierung von Designvarianten Designprozess:

Wie in Figur 2 dargestellt werden beim Designprozess zuerst viele Skizzen erstellt, diese Skizzen dienen als Vorlagen für mehrere Tonmodelle mit Hilfe derer wenige Design-Prototypen hergestellt werden.

Problematik:

- Prototypenaufbau ist sehr aufwendig, zeit- und kostenintensiv

- Nicht alle der Grundideen können deshalb im Ton/Designmodel

umgesetzt werden
Gefahr Ideen mit Potenzial zu verlieren

AR-Ansatz

Mehrere Detail-Designs in ein zentrales Tonmodell abbilden, wie in Figur 1 dargestellt.

Daraus ergibt sich die Möglichkeit frühzeitig das Potenzial von Designideen zu erkennen und gezielt auszuarbeiten.

Umsetzung

Versuchsbau

- Einsatz Prototyp 1 im Versuchsbau bei Aufbau eines „Technikträgers" zu Evaluieren.

- Spezifikation der Anforderungen im Versuchsbau.

- Erzeugen von Akzeptanz durch Einsatz des ersten Prototypen auf Basis ArBrowser

Design

-6-

- Visualisierung eines Interieur-HiEndRenderings aus Opus

- Datenqualität vs. Echtzeitfähigkeit

- Darstellungsqualität Umwelt verbessern durch Einsatz DV-Cam

- Datenfluß Opus zu ArBrowser/VD2

Anforderungen

Software

- HiEnd Rendering aus Formaten darstellen die im Designbereich Verwendung finden (Opus und Maya)

- mehrere Marker mit unterschiedlichen Modellen verknüpfen - Eingreifen in ArBrowser Code

- GUI (ergonomisch, interaktiv)

- Verschiedene Marker mit unterschiedlichen virtuellen Daten verknüpfen

- Überdeckungen („Negativ-Renderin" der Hintergrundgeometrie)

Hardware

- Geeignetes HMD

- DV-Cam zum Erfassen eines gesamten Fahrzeuges

Nächste Schritte

Aufbau des zweiten Prototypen - Lastenheft/Pflichtenheft

Integration ART-Trackinq

-7-Evaluierunq HMD's

- Stereofähig (2 Kameras)

- Test Visys-HMD

- Customlösung

- Optical See Through weiter beobachten (Zeiss)

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Visualisierung eines Kraftfahrzeugdesignmodells, mit:

- einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Datensatzes eines Kraftfahrzeugs oder eines Teilbereichs des Kraftfahrzeugs;

- einer Vorrichtung zum Erzeugen eines VR (Virtual Reality)- Modells unter Verwendung des Datensatzes der Vorrichtung zum Erzeugen eines Datensatzes;

- einer Speichervorrichtung zum Speichern des VR-Modells;

- einer Steuervorrichtung zum Überlagern eines realen Modells eines Kraftfahrzeugs oder eines Teilbereichs des Kraftfahrzeugs mit dem VR-Modell zu dem Kraftfahrzeugdesignmodell durch AR (Augmented Reality); und

- einer Projektionsvorrichtung zur Darstellung des Kraftfahrzeugdesignmodells;

dadurch gekennzeichnet, dass die Projektionsvorrichtung ein Monitor ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Kamera zum Aufnehmen des realen Modells des Kraftfahrzeugs oder des Teilbereichs des Kraftfahrzeugs umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten der Vorrichtung derart ausgebildet sind, dass das Aufnehmen und das Überlagern in Echtzeit möglich sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung ausgebildet ist, das VR-Modell auf das reale Modell des Kraftfahrzeugs oder des Teilbereichs des Kraftfahrzeugs zu projizieren.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das VR-Modell eine zwei- oder dreidimensionale Abbildung darstellt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das VR-Modell mindestens ein Kraftfahrzeugbauteil umfaßt, daß variabel gestaltet sein kann.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, daß die Variabilität in der Farbe, der Textur oder der Oberflächenbeschaffenheit des Bauteils besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine Kraftfahrzeugbauteil mindestens eine Rad- Reifen-Variante, eine Scheinwerfervariante, eine Leuchtenvariante, eine Kühlergrillvariante, einen Fugenverlauf, eine Vorderansicht oder eine Heckansicht umfaßt.