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Kooperative Visualisierung
(1997) Lang, Ulrich; Rantzau, Dirk; Wössner, Uwe
Vor etwa zwei Jahren wurde beim G7-Treffen der weltweit führenden Wirtschaftsnationen GIBN (Global Interoperability of Broadband Networks) initiiert. Das in diesem Rahmen aufgesetzte Projekt Cooperative Simulation and Visualization erhielt so die Infrastruktur, die uns eine Kooperation mit der Visualisierungsgruppe des SNL sowie der Simulationsgruppe des PSC ermöglichte. Die nun bereits 15 Monate laufenden Projektaktivitäten zeigen exemplarisch, daß eine enge Zusammenarbeit zwischen Europa und USA möglich ist. Diese Zusammenarbeit fand bei der Präsentation auf der Supercomputing 97 ihren bisherigen Höhepunkt. Die dazu notwendigen Vorarbeiten im Visualisierungsbereich sollen in diesem Artikel näher beschrieben werden.
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Urban digital twins for smart cities and citizens : the case study of Herrenberg, Germany
(2020) Dembski, Fabian; Wössner, Uwe; Letzgus, Mike; Ruddat, Michael; Yamu, Claudia
Cities are complex systems connected to economic, ecological, and demographic conditions and change. They are also characterized by diverging perceptions and interests of citizens and stakeholders. Thus, in the arena of urban planning, we are in need of approaches that are able to cope not only with urban complexity but also allow for participatory and collaborative processes to empower citizens. This to create democratic cities. Connected to the field of smart cities and citizens, we present in this paper, the prototype of an urban digital twin for the 30,000-people town of Herrenberg in Germany. Urban digital twins are sophisticated data models allowing for collaborative processes. The herein presented prototype comprises (1) a 3D model of the built environment, (2) a street network model using the theory and method of space syntax, (3) an urban mobility simulation, (4) a wind flow simulation, and (5) a number of empirical quantitative and qualitative data using volunteered geographic information (VGI). In addition, the urban digital twin was implemented in a visualization platform for virtual reality and was presented to the general public during diverse public participatory processes, as well as in the framework of the “Morgenstadt Werkstatt” (Tomorrow’s Cities Workshop). The results of a survey indicated that this method and technology could significantly aid in participatory and collaborative processes. Further understanding of how urban digital twins support urban planners, urban designers, and the general public as a collaboration and communication tool and for decision support allows us to be more intentional when creating smart cities and sustainable cities with the help of digital twins. We conclude the paper with a discussion of the presented results and further research directions.
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Virtuelle und hybride Prototypen in kooperativen Arbeitsumgebungen
(2009) Wössner, Uwe; Resch, Michael (Prof. Dr.-Ing)
Derzeit sieht der Einsatz von Simulationen in der Produktentwicklung häufig wie folgt aus: Ein Konstrukteur erstellt die einzelnen Bauteile ausgehend von ähnlichen früheren Produkten und dimensioniert sie anhand einfacher Formeln oder Tabellen. Soll das Produkt mit Hilfe numerischer Simulationen optimiert werden, wird die Konstruktion an eine andere Abteilung oder ein externes Ingenieurbüro übergeben. Dort werden die CAD Konstruktionen konvertiert, Berechnungsgitter erstellt und die Simulation durchgeführt und im Anschluss ausgewer-tet. Dieser Prozess dauert im günstigsten Fall mehrere Tage, bei aufwändigen Simulationen auch mehrere Wochen. Der Konstrukteur bekommt die Ergebnisse der Simulation in Form eines Berichtes mitgeteilt. Aus diesem Bericht werden dann Änderungen der Konstruktion abgeleitet und umgesetzt. Aus Zeit- und Kostengründen werden nur selten mehrere solcher Iterationen durchgeführt. Durch die Integration und Automatisierung der gesamten Prozesskette von der Konstruktion bis zur Auswertung kann der Optimierungsprozess entscheidend beschleunigt werden. Das Erstellen eines Berechnungsgitters, welches bisher für jede Konstruktionsvariante manuell neu durchgeführt werden musste, kann durch Automatisierung in Sekunden geschehen. Dadurch kann die Auflösung der Berechnungsgitter beliebig variiert werden und sehr einfach eine Reihe schneller Optimierungsrechnungen durchgeführt werden, und genau so schnell kann eine fein aufgelöste Simulation zur exakten Bestimmung einzelner Betriebsparameter mit maximaler Genauigkeit aufgesetzt werden. Dadurch, dass jetzt schon in der Konzeptphase oder während der Konstruktion Optimierungen durchgeführt werden können, wird nicht nur der gesamte Entwicklungsprozess beschleunigt, sondern vor allem die Qualität der Produkte verbessert. Durch die Evaluierung der Produkte und ihrer funktionalen Parameter in einer immersiven VR-Umgebung sind einzelne Aspekte, wie z.B. Kollisionen, die räumliche Ausprägung von Strömungsphänomenen oder Sichtbarkeiten besser zu erkennen. Der Hauptvorteil liegt jedoch im Erkennen von Zusammenhängen. Indem komplette virtuelle Prototypen dargestellt werden, können viele verschiedene Aspekte vom Design über Konstruktion und Fertigungstechnik bis zu funktionalen oder betriebswirtschaftlichen Aspekten gleichzeitig beurteilt werden. In der VR-Umgebung können sich mehrere beteiligte Personen gleichzeitig aufhalten und mit dem virtuellen Prototyp arbeiten. Dabei ist die realitätsnahe 3D Darstellung sehr hilfreich um die eigenen Standpunkte fachfremden Kollegen erklären zu können. Vor allem eine einfache und intuitive Interaktion ist dabei unerlässlich, um die Akzeptanz solcher Systeme im realen Einsatz zu steigern. Durch einfache Navigation mit der 3D-Maus in Kombination mit intuitiv zu bedienenden 2D Userinterfaces auf einem Tablet-PC konnten die besten Ergebnisse erzielt werden. Das Konzept der hybriden Prototypen ermöglicht erstmals die Einbeziehung von realen Experimenten, Versuchen und Probeaufbauten in die Auswertung von Simulationsergebnissen und ermöglicht eine noch umfassendere Beurteilung der Prototypen. Ein zweiter wichtiger Anwendungsbereich ist die Verifikation der Simulationsergebnisse. Durch die gemeinsame Darstellung von Simulationsergebnissen, Messwerten und dem aktuellen Experiment können alle drei Aspekte direkt miteinander verglichen werden. Der Blick durch ein HMD bietet eine sehr intuitive Ansicht der Daten, der Benutzer kann sich ganz normal um den Prototyp bewegen. Auch größere Gruppen kommen mit Hilfe einer einfachen Kamera und einem großen Display oder einer Projektion die überlagerte Darstellung beobachten. In nahezu allen Fällen wird durch VR- und AR-Techniken die Kommunikation zwischen den Anwendern gefördert. Sachverhalte werden auch für Nicht-Spezialisten anschaulich und Diskussionen werden versachlicht. Durch die Möglichkeit VR-Umgebungen miteinander zu vernetzen können diese Vorteile auch bei über verschieden Standorte verteilte Entwicklerteams genutzt werden. Bei der Entwicklung der kooperativen Interaktionen wurde darauf geachtet, dass Latenzen effizient versteckt werden und dadurch eine flüssige Interaktion auch beim Verteilten Arbeiten über große Distanzen möglich ist. Insgesamt wurde im Rahmen dieser Arbeit ein System entwickelt, mit dem es möglich ist, virtuelle und hybride Prototypen vollautomatisch zu erstellen und sie dadurch nahtlos in den Entwicklungsprozess zu integrieren. Dadurch können Produkte schnell und schon in sehr frühen Entwicklungsphasen umfassend bewertet und sogar interaktiv optimiert werden. Nur so können auch in Zukunft die immer komplexer werdenden Produkte schnell, kostengünstig und in guter Qualität entwickelt werden.