Dreidimensionale stereoskopische Visualisierung Die Zukunft ist 3D

Dreidimensionale stereoskopische Visualisierung
Die Zukunft ist 3D

Im Bereich der virtuellen Realität können Anwender u.a. animierte dreidimensionale Filme sehen. Moderne Systeme gestatten Nutzern außerdem, selbst in Visualisierungen einzugreifen. Doch meistens gestalten sich diese Werkzeuge für den täglichen Gebrauch für Anwender und Rechner als zu anspruchsvoll. Inzwischen existieren jedoch Lösungen, die sich auf einem herkömmlichen PC installieren lassen und diesen um eine dreidimensionale Arbeitswelt erweitern. Für Entwickler von Embedded Systems eignen sich solche Lösungen beispielsweise zur Erstellung eigener Applikationen.
Sensoren zur Objekterfassung, eine 3D-Brille, ein Eingabegerät mit sechs Freiheitsgraden, eine zentrale Einheit und die dazugehörige Software: Das umfasst die Software- und Hardware-Plattform Leonar3Do. Mit dieser können Anwender in direkten Kontakt mit virtuellen Objekten in Echtzeit 3D-Raum betreten. Eigene virtuelle, räumliche Realität entstehen lassen, die Nutzer selbst manipulieren und beeinflussen können. Die Hauptkomponenten der interaktiven Desktop VR-Hardware sind das räumliche Eingabegerät – der sogenannte Vogel – eine 3D-Brille und drei auf einem Monitor befestigte Sensoren. Der Vogel arbeitet in sechs Freiheitsgraden. Damit lassen sich nicht nur einzelne Objekte im Raum bewegen, sondern auch drehen. Die 3D-Brille ermöglicht Benutzern, dreidimensionale Objekte vor dem Monitor als stereoskopisches, räumliches Bild zu sehen. Und die Sensoren folgen den Positionen des Vogels und der Gläser kontinuierlich. Dabei entsteht beim Nutzer ein holographisches Gefühl, er hat das Gefühl, tatsächlich hinter Objekte zu schauen, wenn er den Kopf entsprechend bewegt: Die Objekte schweben im Raum wie reale Gegenstände, die man anfassen und bearbeiten kann.

Virtuelle Gegenstände verformen und einfärben

Anwender können in diesem virtuellen Raum zeichnen, Modelle und Muster erstellen, Spielzeuge erfinden, Spiele spielen sowie Strukturen von vordefinierten Formen bauen. Beispielsweise gestattet die Anwendung LeoWorld, 3D-Objekte im Raum zu gestalten und zu manipulieren. Kugel, Würfel, Kegel und Zylinder lassen sich mit der Funktion ’sculpting‘ verformen. Drückt man mit dem Kursor des Vogels von außen gegen die Oberfläche, so drückt man die Oberfläche hinein, und fährt man mit dem Kursor von innen nach außen, zieht man die Oberfläche nach außen. Die Spitze des Vogels dient dabei als Kursor. Der Betrachter sieht durch die 3D-Brille eine virtuelle Kugel, die als Aktuator dient und den Interaktionspunkt mit den Objekten definiert. Die Gegenstände müssen jedoch nicht einfarbig bleiben, sie lassen sich mit einer virtuellen Sprühdose individuell bemalen und färben. Das Tool ‚Bemalen‘ ermöglicht beispielsweise das Besprühen einer Fläche mit unterschiedlichen Farben. Drei verschiedene Arten von Lichtquellen gestatten, Objekte und ihre Umgebung mit Licht und Schatten zu versehen. Damit Gegenstände noch realistischer wirken, lässt sich Gravitation einschalten: Alle Objekte fallen zunächst auf den Boden, dabei springen sie leicht, abhängig von Gewicht und Elastizität. Mit dem Vogel lassen sich die Objekte dann greifen; beim Stoß gegen andere virtuelle Gegenstände reagieren diese wie bei einem echten Zusammenstoß realer Körper.

Kompatibel zu Medizingeräte-Software

Bestehende dreidimensionale Objekte lassen sich aus anderen Systemen in die VR-Lösung einladen, bearbeiten oder visualisieren. Hier-zu stehen mehrere Dateiformate zu Verfügung. So ist es auch möglich, große Dateien aus medizinischen Geräten zu visualisieren und aus verschiedenen Aufnahme-Schichten ein dreidimensionales Bild zu erzeugen. Animationsfilme lassen sich erstellen, da das Programm den Ablauf von Kamera und Objektbewegungen Key Frame-basiert abspielen kann. Um beispielsweise Phasen einer Operation oder einen Animationsfilm zu erstellen, können Entwickler einen eigenen stereoskopischen 3D-Film einfach generieren. Ein weiteres Feature des Leomar3Do Systems ist, dass man rasch in die alte 2D-Oberfläche umschalten und mit einer Maus zweidimensional an Manuskripten und Notizen weiterarbeiten kann. Doch Einsatzgebiete zeigen sich nicht nur in der Medizin oder im Spiele-Bereich. Die Lösung kann überall dort zum Einsatz kommen, wo dreidimensionale Objekte existieren oder erstellt werden sollen, beispielsweise im Bereich Architektur, Raumplanung, Gebäudeplanung, künstlerische Gestaltung und Produktentwicklung. Das besondere an dem System ist, dass Programmierer sowie spätere Anwender des Produktes die Lösung nutzen können. Dann könnten auch Lehrer in Schulen oder Museen komplexe Objekte dreidimensional für die Schüler, Studenten und naturwissenschaftlich Interessierte visualisieren oder mithilfe von Grundobjekten Regeln in der Physik, Chemie oder Mathematik erklären. So lässt sich z.B. Gravitation und seine Wirkung an Gegenständen besser simulieren, Moleküle leicht erstellen oder Geometrie im Raum veranschaulichen. Hier steht Entwicklern ein Software-Entwicklungs-Kit (SDK) bereit, mit dem sich für spezielle Fachgebiete Anwendungen erstellen lassen, um beispielsweise eine äquipotenzielle Fläche zwischen mehreren Protonen und Elektronen zu visualisieren, wie dies die Leo-Physik-Demo möglich macht.

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