SGI integriert am Fraunhofer-IAO in Stuttgart die weltweit innovativste VR-Umgebung

Die erste 6-Seiten-CAVE hat zwar letztes Jahr das Licht der Welt in Dänemark erblickt, doch dafür geht die erste deutsche 6-Seiten-Version in Stuttgart Schritte weiter in der Innovationsspirale. In einer CAVE, bei der alle 4 Wände plus Decke plus Boden von außen mit stereoskopischen Bildern bestrahlt werden, ist es weltweit erstmals möglich, die perfekt räumlich wirkende Darstellung visualisierter 3D-Modelle sowohl bei aktivem wie auch bei passivem Stereoprojektions-Modus zu erleben. In den Genuss der einzigartigen Immersion kommen also Anwender, egal ob sie zeitgesteuerte Shutterbrillen oder aber einfache, bequeme Polarisationsbrillen tragen. Insgesamt 12 Projektoren des Typs Barco 909 sind für die aufwendige Rückprojektion verbaut, 2 Stück pro CAVE-Fläche für beide Stereokanäle. Novität ist auch das Medium, auf das projiziert wird: Erstmals wurde nicht Leinwand oder ähnliches verwendet, sondern festes Scheibenmaterial eingesetzt. Die Rückprojektion auf das spezielle, mikrodiffusionsbeschichtete Glas führt zu bislang ungekannter Bildqualität mit hohem Kontrast bei der Modelldarstellung. Gleichzeitig kann der Boden – bisher einmalig – sehr hoch belastet werden und lässt somit auch die Verwendung von Hardware-Mock-Ups in der CAVE zu. Hybrid-Konzept - für Midrange plus HighEnd Weiteres wesentliches "First" - Die Anlage lässt sich rechnerseitig flexibel abgestuft mit verschiedenen Ressourcen betreiben: Mit einem HighEnd-System, dem neuen Visualisierungssupercomputer SGI Onyx 3400 unter IRIX - sowie auch mit dem PC-Cluster unter Linux, das das IAO seit einiger Zeit als LowCost-Lösung für den Midrange-Einsatz vorantreibt. Das Cluster baut skalierend auf einer Doppel-PC-Einheit auf, die für die 2-kanalige Stereoprojektion auf eine einzelne Wand eingesetzt wird - und unter dem Label ´Personal Immersion´ (PI) von ICIDO, einem Spin-off des IAO, als LowCost-Projektionslösung vertrieben wird. PI hat der neuen CAVE mit den Namen gegeben. "Ursprünglich überlegten wir, die 6-Seiten-CAVE rein auf Basis des PC-Clusters zu betreiben", sagt Joachim Deisinger vom IAO. "Wir setzen hier eine Multi-Node-Konfiguration von 6x2 PCs ein und haben mit der neuen CAVE ein anspruchsvolles Referenzsystem für die Weiterentwicklung im PI-Segment. Doch wer heute mit hoch gesteckten Zielen das Non-plus-ultra bei IPT (Immersiver Projektions-Technologie), eine 6-seitige CAVE installiert, und in puncto IPT technologisch an der Spitze vorangehen möchte, muss in einer VR-Umgebung ein Spektrum an Möglichkeiten zur Verfügung stellen, das alles abdeckt - das bis zum HighEnd reicht und Onyx als den erprobten, etablierten Standard in der VR-Szene mit einbezieht." Das umfassende, hybride Konzept drückt sich in der Namensgebung so aus: Die CAVE heißt offiziell ´Hybrides PI-System 6-seitig´. Erprobter Maßstab - Brücke zum Kunden Das neue Onyx-System am IAO bietet kompakte Graphik- und Rechen-Power in 4 Racks. Pro CAVE-Fläche und "Auge" (Stereokanal) steht eine Graphik-Pipe zur Verfügung, die auf jeweils 4 Hochleistungsprozessoren R12000 zurückgreifen kann. Lightning, die vom IAO entwickelte VR-Softwareplattform, ist in der Lage, auch für die Visualisierung Multi-Prozessor-Ressourcen zu nutzen. Allerdings steht ein flexibel abrufbarer Teil der insgesamt 24 (6x4) Prozessoren stets auch für die dynamische Neuberechnung der zu visualisierenden 3D-Modelle zur Verfügung - so dass Online-Simulationsberechnungen und andere Compute-Jobs im Rahmen der Interaktion mit dem Datenmodell mit entsprechender Leistung versorgt werden. Ralf Breining, IAO, Projekt-Manager des CAVE-Projektes: "Onyx ist die Maschine, die letztlich die industriellen Applikationen treibt - die erprobte Lösung für die Praxis, mit hoher Robustheit, Funktionalität, Qualität und Performanz. Es ist das einzige System, das in einer überzeugenden Qualität auch Aktiv-Stereo ermöglicht. Wir stellen hier im Aktiv-Modus eine Auflösung von 1024x1024 pro Seite dar und erhalten aufgrund des herausragenden Vollszenen-Antialisings Bilder höchster Realitätsnähe." "Zudem ist Onyx ein Defacto-Standard", unterstreicht Breining. "Onyx und IRIX sind die Technologien, die auch bei unseren Kunden installiert sind. Es ist eines unserer strategischen Ziele, mit der neuen VR-Einrichtung eine Reihe von Auftragsprojekten aus der Industrie zu realisieren und die Anlage auch im Sinne eines Service-Providers zur Nutzung anzubieten. Wenn hier Applikationen oder Teil-Applikationen bereits im Vorfeld vorhanden sind, können wir ohne Technologie-Bruch zum Kunden operieren. Das Onyx-System ist eine echte Produktiv-Plattform." Umfassende Integration - auf Basis kompetenter Erfahrung Aktiv- und Passiv-Stereo hoher Bildqualität mit 12 Projektoren und festen Scheiben, Zugriff auf Onyx/IRIX und Linux-PC-Cluster als Rechnerressourcen, dazu eine pneumatisch verfahrbare Wand, die sich für den vollständigen 6-Seiten-Betrieb ganz schließt oder aber im Zustand einer teilweisen Öffnung auch einen 5½ -seitigen Betrieb erlaubt - dies alles bedeutet eine hochleistungsfähige immersive VR-Umgebung mit einzigartig flexibler Nutzbarkeit. Holger Scharm, SGI PSO, Projektleiter: "Entgegen gelegentlich anzutreffender Missverständnisse beschränkt sich SGIs Rolle im VR-Geschäft keineswegs darauf, große Onyx-Systeme zu verkaufen. Wir sind in der Lage eine solche anspruchsvolle Anlage mit vielseitigem Nutzungskonzept unter Einbindung aller Komponenten komplett zu integrieren. Wir freuen uns, als Generalunternehmer zum erfolgreichen Start auch dieser Top-Einrichtung beigetragen zu haben." "Wir haben uns für SGI PSO als Generalunternehmer entschieden, weil SGIs Service-Organisation die meiste Kompetenz und Erfahrung zum Aufbau solcher immersiver Umgebungen mitbringt", sagt Ralf Breining. "Das IAO konnte in puncto Konzeption zwar selbst vieles beitragen, schließlich ist hier bereits 1996 mit einer 4-Seiten-CAVE eine der ersten CAVEs Europas entstanden. Doch die PSO hat in den letzten Jahren die meisten CAVEs in Europa und auch weltweit betreut, dabei umfassende Erfahrung mit konkreten Durchführungen gewonnen und auch qualitätssteigernde Maßnahmen hinsichtlich des Projektmanagements entwickelt. Die PSO hat für das IAO höchste Ansprüche realisiert und letztlich ein Hybrid-Konzept verwirklicht, das uns den Betrieb der CAVE sowohl mit einer Onyx als erprobter HighEnd-Lösung für die Praxis wie auch mit einem PC-Cluster als Forschungs-Prototypen ermöglicht." RCMS - Neues Produkt für die Anlagensteuerung SGI PSO hat als GU sämtliche Unterauftragnehmer und Thirdparties wie Barco, Kabelfirmen, Medientechnikfirmen usw. integriert, hat die Planung und das Projektmanagement durchgeführt - sowie auch ein neues Produkt geliefert und integriert, mit dem sich die gesamte Anlage steuern lässt: Die Mediensteuerung RCMS. RCMS steht für RealityCenter Management System. Das Produkt erleichtert dem Betreiber und Nutzer, die vielfältigen Bedienmöglichkeiten einer solchen komplexen VR-Umgebung wahrzunehmen. RCMS erlaubt, die diversen Darstellungsmodi zu schalten, d.h. aktiv oder passiv Stereo zu fahren oder aber auf Mono zu gehen, um Fotos und Mitschnitte der Sitzungen über Videokameras zu ermöglichen. Über die Mediensteuerung werden die Projektoren ein/ausgeschaltet, die alternativen Rechnerquellen zugeschaltet, Anwendungen gestartet, Videos zugespielt, Informationen von Workstation-Monitoren zugeschaltet - sowie Funktionen wahrgenommen, die bis hin zur Lichtsteuerung, zum Öffnen/Schließen der Türen oder zum Heben/Senken der Rollos reichen. RealityCenter ist SGIs geschützte Bezeichnung für Komplettlösungen, die SGI PSO weltweit für Kunden im Bereich immersiver VR-Umgebungen realisiert. RC-Lösungen beinhalten die vollständige Einrichtung inklusive Rechner, Projektionsanlage, Verkabelung von Arbeitsplätzen und Mediensteuerung. Neben CAVEs werden auch alle anderen Formen immersiver Schnittstellen zur virtuellen Datenwelt realisiert - mit Projektionstechniken wie Powerwalls, Curved Screens, 360°-Rundum-Screens, Domes, Workbenches, HoloBenches und andere. Weitere Informationen: Marion Moia Tel 089-46108-240 Fax 089-46108-281 Stefan Ehgartner Harvard PR Tel 089-532957-0 Fax 089-532957-888 Silicon Graphics Inc., Mountain View/Kalifornien, www.sgi.com, stellt als marktführender Anbieter im Bereich Technical Computing die weltweit leistungsfähigsten Server, Supercomputer und Visual Workstations zur Verfügung. Mit Hilfe seines weiten Lösungsspektrums für High-Performance Computing und Visual Computing sind Kunden in den Schlüsselmärkten Fertigung, Forschung und Lehre, Wissenschaft, Telekommunikation und Medien in der Lage, neue Einsichten zu gewinnen und die herausforderndsten Aufgaben zu lösen. Hintergrund / Details CAVEs bilden für eine Vielzahl von Anwendungen die "Königsklasse" unter den verschiedenen Schnittstellen zur VR-Welt. Die 6-Seiten-CAVE am IAO ist eine VR-Umgebung, bei der sich die Sitzungsteilnehmer in einen würfelartigen Raum begeben (2.9m breit und tief, 2.7 m hoch). Die pneumatisch verfahrbare Türe schließt sich und bildet die 6. Projektionsfläche (Jederzeit, auf leichten Druck von innen, öffnet sich der Raum wieder automatisch). Auf alle 6 Würfelflächen - auch auf den Boden, auf dem die Teilnehmer stehen - werden von außen ("rückwärts") über insgesamt 6x2 Projektoren Stereobilder aufgestrahlt, die das VR-Computersystem aus 3D-Datensätzen generieren. Durch die vollkommene, allseitige Umschließung mit bildlicher Information erleben die mit Stereobrillen ausgestatteten Teilnehmer die höchste Form der Immersion - sie können perfekt "eintauchen" in die virtuelle Welt der 3D-visualisierten Modelle. Was das VR-System als aktuelle, in Echtzeit berechnete Sicht auf das 3D-Modell darstellt, wird durch den ´Guide´ (sitzungsführende Person) bestimmt: Tracking-Techniken verfolgen permanent seine Position und Blickrichtung, über Eingabegeräte kann er weiteren Einfluss auf die Darstellung nehmen, wie etwa Zoomen, die Modell-Welt drehen und verschieben, Tageszeiten ändern usw. Da immersive VR-Umgebungen letztlich nicht nur dazu da sind, in gemeinsamer, kommunikativer Runde interaktiv und von allen Seiten starre Modelle zu betrachten, kann der Guide das VR-System immer wieder dazu bewegen, die darzustellenden Inhalte und Modelle dynamisch neu zu berechnen. Das beginnt bei diversen Eingabefunktionen, um im Rahmen der Modell-Analyse interaktiv Schnitte zu legen, und reicht bis hin zu Möglichkeiten, das Modell zu modifizieren oder in der immersiven Umgebung Modelle zu erstellen. Die Immersive Modellierung ist eines der zukunftsorientierten Forschungsfelder, das sich das IAO erschließt. Anwendungsschwerpunkte Am IAO und den dortigen Einrichtungen ´Competence Center für Virtual Reality´ (CCVR) und ´Competence Center für Virtual Engineering´ (CCVE) werden u.a. folgende Schwerpunkte bei Technologie-Entwicklung und Auftragsforschung verfolgt, die von der 6-Seiten-CAVE profitieren werden: Virtual Prototyping Die Bewertung und Entwicklung von Methoden, Werkzeugen und Anwendungen, mit denen sich Prozesse insgesamt optimieren lassen (Entwicklungs- und Produktionszyklen beschleunigen, die Qualität verbessern, die Kosten senken), ist eine der zentralen Fragestellungen des FHG-IAO. Im Mittelpunkt steht das Virtuelle Prototyping als zukunftsweisendes Verfahren. Eine strategische Ausrichtung bildet die Fahrzeug-Simulation. Im Zusammenhang mit der 6-Seiten-CAVE hierbei besonders interessant: Projekte, bei denen die komplette Innenraumdarstellung und auch eine uneingeschränkte Sicht nach außen erforderlich ist. Thema: Neue Informationssysteme im Fahrzeug, wie Fahrerassistenzsysteme, Sicherheitssysteme, Überwachungssysteme. "Wie gut erfüllen sie ihre Aufgabe? Wie sinnvoll sind sie angeordnet und wie schlüssig ist die Bedienlogik?" Dies alles soll in der Praxis untersucht, bewertet und abgesichert werden, bevor auch nur eine einzige Komponente als physikalisch realer Prototyp gefertigt ist. Der Praxis-Test spielt sich in Zukunft am IAO in der VR-Umgebung der 6-Seiten-CAVE ab: Ob ein Assistenz-System zum Rückwärtseinparken geeignet ist, stellt der Proband, wie auch in Wirklichkeit fest - durch Drehen des Kopfes und Blick nach hinten. Keine Fläche der CAVE fehlt ihm. Seitlicher Rundum-Blick nach außen, plus gesamte Innenraumdarstellung mit Anordnungen aller Fahrzeugsysteme sind komplett vorhanden. Dazu trägt auch der Boden der CAVE bei, auf den der Proband weitgehend unversperrte Sicht hat - denn er sitzt nur auf einem kleinen Mockup mit Lenkrad, das ihm das nötige haptische Feedback bietet. Architektur Architektur bedeutet heute in wesentlicher Hinsicht Kommunikation. Die Urzeiten, als Bauherr, Bauträger, Architekt, Ausführender, bewilligende Behörde und Nutzer in Personalunion vereint waren, sind vorbei. Die Vermittlung der Nutzungsbedürfnisse und der architektonischen Vision sowie die Beurteilung der Verträglichkeit mit Interessen Dritter steigt mit der Komplexität der Bauaufgabe. Die 6-Seiten-CAVE bietet für die Architektur die perfekte VR-Umgebung. Insbesondere wenn es um die virtuelle Besichtigung von Innenraum-Entwürfen geht. Rundumsicht ohne Grenzen. Egal ob man sich im aufsteigenden verglasten Lift zur Voraus-Besichtigung eines Hotel-Atriums einfindet oder die Design-Entwürfe für eine komplett ausgestattete Büroflucht abschreitet - es herrscht maximale Übersicht, garantiert ist die irritationsfreie Illusion. An keiner Stelle - so wie bei einer 4- oder 5-Seiten-CAVE der Fall - muss hier der rundum suchende Blick unvermittelt auf den freundlich lächelnden CAVE-Bediener hinter seinem Bildschirm treffen. Brüche in der Imagination verschwinden. Immersives Modellieren Immersives Modellieren ist eines der Forschungsfelder im VR-Bereich, auf denen das IAO weltweit an vorderster Front steht. Hier widmet sich das IAO bereits der 4. Stufe der Möglichkeiten, die das Arbeiten in der VR-Umgebung bisher eröffnet und in Zukunft verstärkt eröffnen wird. Nachdem zunächst Stufe1 das visuelle Darstellen und Präsentieren von 3D-Modellen ermöglichte und nachdem man seit Stufe 2 im Virtuellen Environment (VE) Simulationsergebnisse integrierte und mit Hilfe vielfältiger Funktionen (etwa zum Legen von Schnitten und Markieren von Fehlerquellen) hochkomplexe 3D-Datensätze analysiert und evaluiert - wird es zunehmend erforderlich, auch modellverändernde Interaktionsmöglichkeiten weiter zu entwickeln. So wird heute mit Stufe 3 bereits das Modifizieren verfolgt, mit erfolgreichen diversen Methoden, die z.B. das Gruppieren und Kombinieren von Komponenten erlauben. Stufe 4 schließlich soll effiziente Mittel und Wege hervorbringen, um direkt in einer VR-Umgebung konsequent Geometrie zu erzeugen. Hierzu sollen produktive Immersive Modellierer entwickelt und in ein effizientes Tool kombiniert werden. Die Echtzeit-Interaktion, und damit das gesicherte intuitive Arbeiten sind hierbei wesentliches Ziel und Herausforderung zugleich. Onyx - Unangefochten führend im HighEnd Weltweit über 95% aller professionell ausgestatteten VR-Labors sind heute mit Onyx-Systemen von SGI ausgestattet. Ob es sich um die aktuelle Linie SGI Onyx 3000 handelt, bei denen SGI bereits die 3. Generation der hochskalierenden ccNUMA-Generation realisiert hat, oder die Vorgänger: Stets gilt: Alle Ressourcen sind beispielhaft ausgewogen dimensioniert und kombiniert. Ralf Breining: "Wenn es um HighEnd-Fragen der VR und Graphik-Qualität geht, ist die Maschine allen anderen Systemen immer noch deutlich voraus. Eine komplexe Anlage wie die 6-Seiten-CAVE mit 12 Ausgängen hoher Interaktivität und Qualität zu betreiben, setzt voraus, dass das System gut balanciert ist. Sich hier ein System vorzustellen, das lediglich hochspezialisiert auf Graphikleistung ausgelegt ist, würde nicht zum Ziel führen. Denn die Anwendungen, die hier laufen sollen, müssen ja dynamisch Unmengen von Daten hin- und herbewegen. Und da muss alles mit möglichst hoher Bandbreite zusammenspielen - CPU, Memory, Graphik und das ganze I/O von Platte wie auch Netzwerk." Holger Scharm: "Es mag heute schnellere CPUs am Markt geben, und auch Graphik-Boards mit höheren Polygon-Füllraten - doch in der Ausgewogenheit für höchste Anwendungsbandbreite ist die Onyx ebenso unerreicht wie in der Skalierbareit. Die Linie SGI Onyx 3000 erlaubt Konfigurationen mit bis zu 16 Graphik-Pipes und 512 Prozessoren aufzubauen, wobei Graphik- und Rechen-Power in einer einzigen Shared-Memory-Betriebsumgebung zusammenspielen und zur Lösung der herausfordernsten Probleme zur Verfügung stehen." SGI Performer - Leistung für Lightning auf beiden Systemen Lightning, die vom IAO entwickelte VR-Softwareplattform (zur effizienten Entwicklung von VR-Applikationen), setzt auf der Programmierschnittstelle SGI Performer auf, der renommierten Hochleistungs-Graphikbibliothek für Echtzeit-3D-Umgebungen. SGI hat Performer der OpenSource-Community offengelegt so dass auch Linux-Systeme die Vorzüge dieser Library nutzen können. Lightning nutzt Performer heute unter IRIX wie auch unter Linux, Lightning ist skalierbar unter IRIX und clusterfähig unter Linux. Breining: "Performer steht für das, was der Name verspricht - Performanz. Die Library ist optimal schnell. Das direkte Reagieren des Systems auf Interaktionen ist unverzichtbar, denn intuitives Arbeiten ist einer der Schlüssel zur Produktivität."