Übersicht Motivation Konzeption Umsetzung/ Implementierung Auswahl einer 3D-Graphik-API Datenaufbereitung Mapping Animation Umsetzung/ Implementierung Zusammenfassung und Ausblick Präsentation der Ergebnisse

Motivation Steigender Kosten- und Zeitdruck in der industriellen Produktentwicklung Ziel: Beschleunigung des Konstruktionsprozesses Kosten und zeitdruck… Lebensphasen eines Produktes Erst mit dem Markteinstieg können gewinne erwirtschaftet werden Ansatz der Verringerung der Entwicklungszeit um den Markeinstieg zu beschleunigen Vorverlegen (frühzeitiges Ablösen von Entwicklungskrediten mögl.) oder sogar Ausdehnung der Gewinnphase Spezielles Augenmerk auf die Konstruktionsphase als Teil der Entwicklung  Ziel: Beschleunigung des Konstruktionsprozesses

Motivation Steigender Kosten- und Zeitdruck in der industriellen Produktentwicklung Ziel: Beschleunigung des Konstruktionsprozesses Unterstützung durch Modelle Reale Modelle/ Prototypen - physical mock-up (PMU) Nachteile: Hohe Fertigungskosten Hoher zeitlicher Aufwand Hoher Verschleiß/ Zerstörung bei Tests … Konstruieren als komplexe Denkleistung Fehler oder Probleme beim Konstruieren bzw. bei der Lösungsfindung sind nicht nur auf mangelndes Fachwissen sondern vielmehr auf die begrenzte Kapazität des menschl. Verarbeitungsgedächtnisses zurückzuführen Mit steigender Komplexität des zu entwickelnden Produktes entsteht schnell eine Überlastung Dieses Problem war Thema vieler konstruktionswissenschaftlicher Untersuchungen Diese zeigten das die Nutzung externer Speicher wie Skizzen aber auch vor allem von Modellen zu einer deutlichen Entlastung führt Methoden und Werkzeuge zur Unterstützung des Entwicklungsprozesses werden benötigt  Modelle

Motivation Steigender Kosten- und Zeitdruck in der industriellen Produktentwicklung Ziel: Beschleunigung des Konstruktionsprozesses Unterstützung durch Modelle Am Computer erstellte Modelle - digital mock-up (DMU) Nachteile: Keine Möglichkeit zur Visualisierung funktionaler Zusammenhänge PMU/ Prototyp zur Funktionsanalyse nötig Einfluss von Software und Elektronik nicht darstellbar … Konstruieren als komplexe Denkleistung Fehler oder Probleme beim Konstruieren bzw. bei der Lösungsfindung sind nicht nur auf mangelndes Fachwissen sondern vielmehr auf die begrenzte Kapazität des menschl. Verarbeitungsgedächtnisses zurückzuführen Mit steigender Komplexität des zu entwickelnden Produktes entsteht schnell eine Überlastung Dieses Problem war Thema vieler konstruktionswissenschaftlicher Untersuchungen Diese zeigten das die Nutzung externer Speicher wie Skizzen aber auch vor allem von Modellen zu einer deutlichen Entlastung führt Methoden und Werkzeuge zur Unterstützung des Entwicklungsprozesses werden benötigt  Modelle

Motivation Mechatronik: mechanische Teile werden durch über Software geregelte Elektronik gesteuert Visualisierung dieser komplexen Zusammenhänge  Beschleunigung des Konstruktionsprozesses

Functional Digital Mock-Up (FDMU) Motivation Digital Mock-Up + Funktionalität Functional Digital Mock-Up (FDMU) FDMU ist ein um funktionale Aspekte erweitertes DMU. Visualisierung der Simulationsdaten über Geometriedaten Simulationsdaten entstehen durch und visualisieren damit Veränderungen am Quellcode, elektr. Simulationen (SPICE) und Simulationen mech. Komponenten

Functional Digital Mock-Up (FDMU) Motivation Functional Digital Mock-Up (FDMU) FDMU ist ein um funktionale Aspekte erweitertes DMU. Visualisierung der Simulationsdaten über Geometriedaten Simulationsdaten entstehen durch und visualisieren damit Veränderungen am Quellcode, elektr. Simulationen (SPICE) und Simulationen mech. Komponenten

Functional Digital Mock-Up (FDMU) Motivation Functional Digital Mock-Up (FDMU) FDMU ist ein um funktionale Aspekte erweitertes DMU. Visualisierung der Simulationsdaten über Geometriedaten Simulationsdaten entstehen durch und visualisieren damit Veränderungen am Quellcode, elektr. Simulationen (SPICE) und Simulationen mech. Komponenten

Konzeption FDMU: Visualisierung von Simulationsdaten mit Hilfe von Geometriedaten Prozess der Visualisierung besteht aus drei Schritten Filtering Mapping Rendering

Konzeption

Konzeption - Auswahl der 3D-Graphik-API

Konzeption - Datenaufbereitung Java3D-Welt wird durch einen Szenengraph organisiert Ähnelt einer typischen Baumstruktur Mehrere Referenzen auf eine Komponente möglich  ist nur ein gerichteter azyklischer Graph Einmalig gerenderte Objekte und somit in den szenengraph eingehängte objekte werden als live bezeichnet und lassen sich danach nicht mehr aus diesem entfernen. Nur eben diese Branchgroup‘s und somit auch der durch sie gewurzelte teilgraph kann ausgelöst werden. Jeder der Knoten der zur strukturierung des DMU‘s (Geometrie-Modells) geführten Baumstruktur enthält einen teil des geladenen szenengraphen.

Konzeption - Datenaufbereitung

Konzeption - Datenaufbereitung Hierarchie zur Verwaltung der Geometrieteile Während der Modellierung verwendete Bezeichnung der 3D-Objekte (Modellteile) Beseitigen von Abhängigkeiten wiederverwendete Geometrie wiederverwendete Materialien Skalierungen Auftrennen der Beziehungen zwischen Modellteilen auf Szenengraphebene Verwalten der Beziehungen in einer entsprechenden Struktur Einmalig gerenderte Objekte und somit in den szenengraph eingehängte objekte werden als live bezeichnet und lassen sich danach nicht mehr aus diesem entfernen. Nur eben diese Branchgroup‘s und somit auch der durch sie gewurzelte teilgraph kann ausgelöst werden. Jeder der Knoten der zur strukturierung des DMU‘s (Geometrie-Modells) geführten Baumstruktur enthält einen teil des geladenen szenengraphen.

Konzeption - Datenaufbereitung

Visualisierung von affinen Transformationen Konzeption - Mapping Pivotpunkt Lookup-Table Eigenschaften von Modellteilen sind zum Beispiel: Position und Lage im Raum oder aber auch Materialeigenschaften wie Farbe oder Transparenz Daraus lassen sich Mapper zur Visualisierung von affinen Transformationen (Rotation, Translation und Skalierung) und von Kräften, Temperaturen (Colorierung) o.ä. ableiten Mapping sollte insgesamt flexibel sein (da keine Formatvorgaben)  vom Anwender erzeugt  braucht Fachwissen Mögl. zur Weitergabe gespeicherter Mappings nötig Wird realisiert über J3D-Behavior  Stimulus …. Benötigt Clock Visualisierung von affinen Transformationen Rotation, Skalierung, Translation Visualisierung von Kräften, Temperaturen o.ä. Farbe, Transparenz

Konzeption - Mapping Fachwissen nötig Mapping flexibel  muss vom Anwender erstellt werden Keine Vorgaben für Bezeichnung von Simulations- und Geometriedaten  beliebige Simulationsmodelle können ohne weitere Anpassungen verwendet werden Keine Vorgaben für Beziehungen zwischen Geometriebeschreibung und Bezeichnung der Simulationsparameter Wichtig ist hier, dass dadurch vorhandene Simulationsmodelle UNVERÄNDERT verwendet werden können. Denn genau der Umstand, dass bei neueren Ansätzen "alle Modellbibliotheken ja nochmal angefasst werden müssen", entfällt bei deinem Ansatz. Das ist ein Riesenplus! Eventuell kann man an dieser Stelle noch erwähnen, dass durch das Mapping die Geometriemodelle von den Simulationmodellen vollständig ENTKOPPELT betrachtet werden können. So können sich auch unterschiedliche Abteilungen in den Firmen mit IHREN Modellen befassen und erste ganz am Schluss - bei der Visualisierung - kann flexibel per Mapping das Gesamtszenario zusammen- gefügt werden. So in etwa - nur kurz und bündig. Für automatisches Mapping wird ein Mapping benötigt welches bestimmte Simulationsparameterbezeichungen auf die entsprechenden Mapper zuordnet Die Zuordnung spezieller Simulationsparameter über entspr. Mapper auf zugehöriges Modellteil erfolgt dann über gleiche Bezeichnung von Modellteil und Parameter Original Folien: …. Keine Vorgaben für Bezeichnung von Simulations- und Geometriedaten  beliebige Simulationsmodelle können ohne weitere Anpassungen verwendet werden Mapping möglichst flexibel  vom Anwender selbst erstellt Benötigt entsprechendes Fachwissen FDMU als Kommunikationsmittel: Speicherung/ Verteilung

Konzeption - Mapping Keine Vorgaben für Beziehungen zwischen Geometriebeschreibung und Bezeichnung der Simulationsparameter Für automatisches Mapping wird ein Mapping benötigt welches bestimmte Simulationsparameterbezeichungen auf die entsprechenden Mapper zuordnet Die Zuordnung spezieller Simulationsparameter über entspr. Mapper auf zugehöriges Modellteil erfolgt dann über gleiche Bezeichnung von Modellteil und Parameter

Konzeption - Animation

Konzeption - Animation Unterschiedliche Zeitbasen  Interpolation fehlender Werte nötig Eingriff in den Renderloop über Java3D-Behavior Wird in jedem Frame aktiviert

Konzeption - Animation Finden des Intervalls durch Bisektion Ermitteln fehlender Werte durch Interpolation Finden des Intervalls das den Darstellungszeitpunkt vom Frame enthält Simulationsdaten nicht zu äquidistanten Zeitpunkten vorhanden Ergebniswerteabstände werden in Abhängigkeit der Werteentwicklung angepasst

Konzeption - Animation Parametrisieren der Simulationsdaten Verknüpfen verschiedener Simulationsergebnisse Skalierung von Simulationsergebnissen Für extrahieren von Informationen, die implizit in den Simulationsergebnissen gegeben sind Häufig genügt es nicht die simulationsergebnisse direkt nach der interpolation über ein Behavior auf die entsprechende geometrie zu mappen.

Konzeption - Animation

Umsetzung/ Implementierung Implementierung in Java (Java Plattform SE 6) Java3D zum Rendern der 3D-Objekte (Java3D 1.5.1) Basierend auf der API Spezifikation der Java 6 Plattform Standard Edition

Zusammenfassung und Ausblick Recherche, Konzept … Prototyp  Nachweis der Machbarkeit des Konzeptes

Zusammenfassung und Ausblick Recherche, Konzept … Prototyp  Nachweis der Machbarkeit des Konzeptes Methoden zur Verbesserung der Analyse Projektionsmethoden (Videowand, stereoskopische 3D-Darstellung) Eingabegeräte Halb automatisches Mapping Interaktive Simulation

Präsentation der Ergebnisse

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Umsetzung/ Implementierung Basierend auf der API Spezifikation der Java 6 Plattform Standard Edition

Interaktive Simulation Basierend auf der API Spezifikation der Java 6 Plattform Standard Edition

Konzeption - Animation Behavior zur Visualisierung affiner Transformationen