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Virtuelle Techniken

Konzernweit gibt es eine feste Verankerung von Virtuellen Techniken bei der Produktentwicklung. Virtuelle Techniken sind eine klare Antwort auf steigende Variantenvielfalt und verkürzte Entwicklungszeiten, die den heutigen automobilen Produktentstehungsprozess prägen.

Die Volkswagen Konzernforschung arbeitet daher aktiv an den forschungsrelevanten Fragestellungen zu den Themengebieten Virtual Reality und Augmented Reality. Im Rahmen des Forschungsfeldes Virtuelle Techniken werden aktuelle Trends bewertet und Innovationen im Bereich der Virtuellen Techniken initiiert. Ferner werden neue Methoden und Anwendungen erforscht und entwickelt, die in den Fachbereichen entlang des Produktentstehungsprozesses zum Einsatz kommen. Durch die transferierten Forschungsergebnisse werden Prozesse beschleunigt, Kosten eingespart und Mitarbeiter in ihren Tätigkeiten durch digitale Informationen unterstützt.

Die Volkswagen Konzernforschung liefert innovative, kundenorientierte und integrierte Technologien für Prozesse und Fahrzeugprojekte, um unsere Kunden zu begeistern.

Mobile Augmented Reality

MARTA – die innovative Serviceunterstützung für den Volkswagen XL1

Aktuelle Fahrzeuge wie der Volkswagen XL1 zeichnen sich durch kontinuierlich steigende Komplexität aus. Somit müssen Servicemitarbeiter immer umfangreicher bei neuen Fahrzeugen und innovativen Funktionen unterstützt werden. Im Alltag bedeutet das für die Mitarbeiter des Volkswagen Service, dass die Arbeitsweise und Reihenfolge der durchzuführenden Arbeiten stark von der Ausstattung des Fahrzeugs abhängt. Um diese zunehmende Komplexität leichter bewältigen zu können, müssen Mitarbeiter effizient in ihrer Arbeitstätigkeit unterstützt werden. Hierzu bedarf es einer gezielten Weiterentwicklung der klassischen Reparaturanweisungen, die dem Mitarbeiter fallspezifisch und Schritt für Schritt die durchzuführenden Arbeiten mit entsprechenden Zusatzinformationen wie die zu verwendenden Werkzeuge, Montageeinstellungen und Prüfvorschriften aufzeigt.

Hierzu wurde bei Volkswagen speziell für den XL1 ein neues Anzeigesystem für Werkstattinformationen entwickelt, das erstmalig auch auf Tablets zur Verfügung steht und dem Werkstattmitarbeiter die nächsten Arbeitsschritte direkt darstellt. Dabei setzt das sogenannte MARTA-System (Mobile Augmented Reality Technical Assistance), das zusammen mit der Firma Metaio GmbH entwickelt wurde, reale und virtuelle Bauteile in einen dreidimensionalen Bezug.

Nach dem bisherigen Prinzip konnte der Service-Techniker nur einen digitalen Reparaturleitfaden aufrufen. Für den Volkswagen XL1 wurde dieser Leitfaden um die Augmented Reality Funktion MARTA ergänzt, sodass einzelne Bauteile und Elemente „beschriftet“ sind und Arbeitsanweisungen anschaulich dargestellt werden.

Bei Aufruf von MARTA listet das System alle durchzuführenden Arbeiten nebst benötigten Einrichtungen auf. Jede durchzuführende Arbeitsaufgabe beginnt mit der sogenannten Initialisierung. Im Display des mobilen Endgeräts wird die Silhouette des Fahrzeugs eingeblendet, die dem Mitarbeiter aufzeigt, welche Position zum Fahrzeug einzunehmen ist. Stimmen Silhouette und das Kamerabild des realen Fahrzeugs überein, ist die Initialisierung erfolgreich abgeschlossen. Damit können auf dem Tablet die einzelnen Arbeitsschritte kontextgerecht in das Live-Kamerabild eingeblendet werden. Dem Mitarbeiter steht somit ein neues System zur Verfügung, durch das Arbeitspunkte schneller und eindeutig identifiziert werden.

 

Spatial Augmented Reality

Projektion virtueller Daten auf ein reales Design-Modell.

Einsatz von Spatial Augmented Reality in der Automobilindustrie

Heutzutage werden verstärkt Virtuelle Techniken eingesetzt, um auf die steigende Anzahl der Ausstattungs- und Modellvarianten im automobile Design- und Entwicklungs-Prozess zu reagieren. Mit Hilfe der Virtuellen Techniken können schon in einer sehr frühen Phase des Prozesses eine große Anzahl an Varianten dargestellt, modifiziert und beurteilt werden, wodurch die benötigte Zeit als auch die Kosten für den Prozess verringert werden. Die virtuellen Daten werden hierbei auf einem Monitor, einer großen Projektionsfläche oder in einer CAVE™* dargestellt.

Trotz dieser Darstellungsmöglichkeit werden in vielen Schritten des Prozesses immer noch reale Hardware-Modelle gegenüber den virtuellen Daten bevorzugt. Der Grund hierfür ist, dass Formen, Kurven und Geometrie besser an einem Fahrzeugmodell in der Realität als an einer rein virtuellen Darstellung beurteilt werden können. Insbesondere, weil die virtuellen Daten auf herkömmlichen Displays, wie einem Monitor, oft in skalierten Größenverhältnissen und ohne Bezug zur Realität dargestellt werden. Selbst wenn die virtuellen Daten in korrekten Größenverhältnissen dargestellt werden, bemerken trotzdem viele Entwickler eine unnatürliche Wahrnehmung von diesen. Die Größenwahrnehmung virtueller Daten ist daher immer noch eine aktuelle Herausforderung und ein Thema in derzeitigen Forschungsarbeiten.

Aus diesem Grund bekommt heutzutage Augmented Reality (AR) in der Automobilindustrie immer mehr Beachtung. Mit Hilfe von AR hat die Visualisierung der virtuellen Daten reale Proportionen und Größen und kann durch die Designer besser beurteilt werden. Ein Teilgebiet der Augmented Reality, welches in diesem Zusammenhang für die Automobilindustrie besonders interessant ist, ist die Spatial Augmented Reality (SAR). Bei dieser Technologie werden die virtuellen Daten direkt mit einem Projektor auf einem realen Modell, wie z.B. einem Fahrzeug oder einem Design-Modell, dargestellt.

Benutzung von SAR im Interieur Design-Prozess: (a) Aufbau mit zwei Projektoren und realem Modell; (b-d) Projektion verschiedener Design-Varianten auf das Modell.

Der Vorteil von SAR im Design- und Entwicklungs-Prozess ist, dass die virtuellen Daten vom Benutzer in einer gewohnten Umgebung direkt in der Realität beurteilt werden können und dadurch die Akzeptanz dieser Technologie sehr hoch ist.

Um den Anforderungen hinsichtlich der Qualität im Design und Entwicklungs-Prozess zu entsprechen, müssen daher verschiedene Einflussfaktoren, wie die Geometrie und das Material des Modells, das Umgebungslicht als auch die Position des Projektors und des Betrachters berücksichtigt werden. Insbesondere sollte die Visualisierung der virtuellen Daten im Idealfall nicht mehr von einem realen Fahrzeug zu unterscheiden sein. Diese Thematiken werden im Rahmen von Forschungsprojekten behandelt und es werden neue Methoden zur Lösung dieser Herausforderungen für den automobilen Design und Entwicklungs-Prozess erforscht.

* Cave Automatic Virtual Environment - Mehrseitiger Projektionsraum zur dreidimensionalen Visualisierung von virtuellen Daten.