VR: Schiffe im virtuellen Showroom

0

Man kennt es vom heimischen Sofa: Möchte man es neu beziehen lassen, kommt der Polsterer mit einem Katalog voller Stoffstücke in verschiedenen Farben, aus schillerndem Samt, Leder oder Mikrofaser. Doch – wie bitte – soll man sich anhand des kleinen Stoffstückchens vorstellen, wie das gesamte Sofa damit wirkt? Und dann auch noch wie es sich optisch in das Wohnzimmer einfügt? Für die meisten Menschen ein Ding der Unmöglichkeit.
Ähnlich ergeht es Yachtbesitzern: Wollen sie die Innenausstattung wählen, stehen sie vor denselben Fragen – allerdings sind die Preisklassen meist deutlich höher als beim Sofa daheim.

Viel Handarbeit war gefragt

Innenarchitekten und Raumdesigner im Yachtbau fertigen daher für ihre Kunden aufwändige fotorealistische Darstellungen an, sogenannte Renderings. Darauf ist der Raum mit den ausgesuchten Möbeln ausgestattet, die Sofas haben unterschiedliche Bezüge, verschiedene Beläge bedecken den Boden. So erhält der Kunde zumindest einen ungefähren Eindruck davon, wie der Innenraum seiner Yacht später aussehen könnte.
Teilweise präsentieren die Planer ihre Entwürfe auch in Form einer Simulation, die sie auf einem großen Bildschirm zeigen – manchmal sogar mit dreidimensionaler Ansicht. Das Manko: Rendering und Simulation müssen für jeden neuen Sofabezug und jeden anderen Bodenbelag neu erstellt werden. Naturgemäß kann es hier nur bei einigen wenigen Materialproben bleiben.
Zudem ist es alles andere als leicht, reale Stoffbezüge in einer dreidimensionalen Simulation darzustellen, also Muster und Textur realitätsgetreu in die Darstellung zu übertragen. Die Architekten sind für die Simulationen daher auf Scans angewiesen, die große Stoffproduzenten oder die Anbieter der Design- und Rendering-Software ihnen als Material zur Verfügung stellen.

Nichts von der Stange

Yachtbesitzer und Interieurdesigner wollen allerdings ungern Stoffe von der Stange, schließlich soll die Inneneinrichtung möglichst extravagant und edel wirken. Außergewöhnliche Materialien, die sie beispielsweise in einer kleinen italienischen Manufaktur aufstöbern, ließen sich bisher in den Simulationen und Renderings nicht darstellen.
Ein ähnliches Bild zeigt sich bei der Einrichtung von Kreuzfahrtschiffen, Fähren oder auch bei Handelsschiffen und Offshore-Plattformen. Während die Crew-Kabinen bei den Handelsschiffen eher einfach und in Standardausstattung gehalten sind, werden die Gemeinschaftsräume gemütlich bis edel eingerichtet – hier finden sich auch schon mal schicke Ledersessel. Bislang suchen die Verantwortlichen die Bodenbeläge, Sitzbezüge und Ähnliches allerdings meist am Schreibtisch aus. Wie die Materialien zusammen wirken, geht dabei oftmals unter.
Das „böse Erwachen“ kommt dann erst, wenn es bereits zu spät ist: Es soll immer wieder Fälle geben, in denen der Kapitän kurz vor der Fertigstellung erstmalig durch sein künftiges Schiff geht und sich Haare raufend fragt, wer eigentlich diese eigenwillige Farbzusammenstellung ausgesucht hat.

Einrichtungen verändern – ein Klick

Künftig sind Schiffsbauer und ihre Kunden vor solch unliebsamen Überraschungen gefeit – mit dem „Virtual Maritime Interior Configurator“ oder kurz Vi:Mar:Con, den Forscher am Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD in Rostock entwickelt haben. Mit ihm können die Kunden im Showroom durch die virtuelle dreidimensionale Kabine ihrer Yacht oder den Gemeinschaftsraum eines Handelsschiffes laufen, den Raum mit verschiedenen Möbeln samt unterschiedlichen Stoffen, Bodenbelägen und Wandfarben oder Tapeten einrichten und auf sich wirken lassen – lange bevor das Schiff überhaupt gebaut ist.
Wie wirkt das schwarze Leder als Sofabezug? Oder soll es doch lieber der cremefarbene Bezug sein? Passt dazu besser ein Tisch aus dunklem oder einer aus hellem Holz?

Virtuelle und gemixte Realität

Die Kunden sehen auf einem großen HD- oder 4K-Bildschirm den dreidimensionalen Innenraum der Yacht oder den Gemeinschaftsraum des Handelsschiffs. Möglich macht es das Mixed-Reality-System „Instant Reality“. Alternativ können die Anwender auch durch eine 3D-Brille auf einen 3D-fähigen Fernseher schauen, dann sehen sie nicht nur den dreidimensionalen Raum, sondern haben sogar einen 3D-Eindruck davon.
So oder so: Vor ihrem Auge entsteht ein realitätsgetreues Bild. Sie erblicken die Möbel, die ausgesuchten Bodenbeläge, Bilder an den Wänden. Fahren mit dem Finger über einen 2D-Plan auf einem Touch-Bildschirm, also eine Art Lageplan, und bewegen sich so „im Raum“. Sie können nach oben oder unten schauen, durch den Raum hindurchgehen und sich beispielsweise vor das Sofa „knien“, um den Bezug näher zu inspizieren. Ebenso können sie sich durch das Bewegen ihres Fingers auf dem Lageplan drehen und in alle Raumrichtungen schauen. Eine Alternative zu dieser Navigation bietet ein virtueller Joystick – ein Drehrad auf dem Tablet, das sich mit dem Finger entsprechend einstellen lässt.
Die Forscher haben bewusst auf Touch-Eingabe als natürliche Interaktionsform gesetzt, schließlich sind diese den Nutzern bereits durch Tablet und Smartphone vertraut. Die Navigation in einem virtuellen Raum mit Gesten oder einer Maus dagegen empfinden viele Menschen zunächst als gewöhnungsbedürftig.

Die freie Wahl beim Einrichten

Die Gestaltungsfreiheit, die der Marine-Konfigurator Vi:Mar:Con bietet, reicht weit: So kann der Anwender Bilder von der Wand nehmen, sie umhängen oder auch durch andere ersetzen. Passt der Fernseher optisch an diese Stelle? Wie sieht es aus, wenn er angeschaltet ist? Die Software ermöglicht es auch, das Feuer im Kamin anzufachen und auf sich wirken zu lassen.
Zudem können die Nutzer verschiedene Designlinien wählen: Klicken sie auf die Designlinie „Nature“, nimmt die Wand einen leicht grünen Farbton an, die Sofabezüge sind entsprechend darauf abgestimmt. Wählen sie dagegen „Ambiente“, präsentiert sich der Raum eher in warmen Rottönen.

Sofabezüge schillern auch virtuell

Das Herzstück des Vi:Mar:Con ist ein spezieller Scanner: Ein HDR-ABTF-Scanner, kurz für: High Definition Range – Approximate Bidirectional Texture Function. Legt man ein Materialmuster oder ein Stoffstück hinein, wird seine Oberfläche aus zahlreichen Winkeln beleuchtet und unter verschiedenen Lichtbedingungen fotografiert. Die Beleuchtung übernehmen zahlreiche LEDs. Sie sind in einem Bogen installiert, der sich über das Materialmuster spannt.
Eine Spiegelreflexkamera ist so über dem Aufbau installiert, dass sie von oben auf die Materialprobe „schaut“. Dieser Scanner ermöglicht es erstmalig, unterschiedliche Materialien und Textilien schnell und einfach in dreidimensionale Simulationsmodelle zu überführen, die auch das Lichtreflexionsverhalten abbilden: Ein solcher Scan dauert keine zehn Minuten mehr. Entwickelt haben den Scanner die Forscher am Standort des Fraunhofer IGD in Darmstadt.
Der Stoff lässt sich nun realitätsgetreu in die Simulation überführen. Doch um ihn auf dem Sofa im virtuellen Innenraum realistisch wirken zu lassen, braucht es noch mehr: Eine wirklichkeitsgetreue Beleuchtung und Wiedergabe. Vi:Mar:Con lässt daher eine virtuelle Sonne um die Schiffskabine kreisen, die die Sofabezüge aus unterschiedlichen Richtungen anstrahlt – ebenso, wie es auch die wirkliche Sonne tun würde.
Die Software berechnet in Echtzeit, aus welchem Winkel das Licht auf den Bezug fällt und lässt ihn genauso schillern, wie er es auch unter echtem Tageslicht tun würde. Besonders bei Materialien wie strukturiertem Leder oder Samt ist der Effekt deutlich zu sehen.
Um der großen Datenmenge, die der Scanner liefert, Herr zu werden, haben die Forscher ihr zugrundeliegendes Mixed-Reality-System angepasst. Es kann damit auch mehrere große 3D-Texturen effizient nutzen und mit speziellen Shadern auf Elemente des 3D-Innenraummodells in Echtzeit rendern.
Künftig soll es auch möglich sein, beliebige Lampen in den Raum hinein zu de­signen, die der Nutzer nach Belieben anordnen kann.

Virtuelle Schiffsräume aus CAD-Daten

Entwickelt und getestet haben die Forscher Vi:Mar:Con zunächst in einem Yachtraum: Die Wissenschaftler der Grazer Schwester des Fraunhofer IGD haben ihn für einen Yachtbauer virtuell aufbereitet, ihre Kollegen in Rostock nutzten ihn als „Entwicklungsstätte“. Vor Ort in Graz zeigen die Mitarbeiter ihn gerne in der „Dave“ – einem Raum mit Rundum-Projektionen, in dem man „mitten“ im virtuellen Yachtraum steht und per Tablet die Einrichtung ändert.
Für Materiallieferanten, die ihren Kunden ihr Portfolio von Nutztextilien und Oberflächenmaterialien präsentieren möchten, reicht dieser eine Raum aus – hier geht es schließlich mehr um eine ansprechende und realitätsnahe Darstellung der Bezüge. Ein anderes Bild bietet sich bei Schiffsbauern wie Innenarchitekten.
Sie wollen gerne ihre eigene Yacht einrichten oder vielmehr diejenige, an der ihre Kunden interessiert sind – darin liegt schließlich der Clou der Software. Dazu benötigen die Forscher des Fraunhofer IGD die CAD-Daten oder den Generalplan für das geplante Schiff, sei es eine Yacht, ein Kreuzfahrt- oder ein Handelsschiff. Aus diesen Daten erstellen sie eine virtuelle Version eben dieses Raumes, die die Innenarchitekten entsprechend einrichten können.

Blick nach vorn

Langfristig wollen die Forscher dieses Prozedere noch vereinfachen: Dann soll Vi:Mar:Con den virtuellen Schiffsraum gänzlich eigenständig aus den CAD-Daten berechnen. Werfen wir also einen Blick in die Zukunft: Die Inneneinrichter lesen die entsprechenden Daten des Schiffs ein, lassen das Programm rechnen und haben bereits einige Minuten später den virtuellen, dreidimensionalen Raum vor Augen.

Kaufen oder als Dienstleistung nutzen?

Was den Scanner angeht, so mag es sich für einige Anwender rentieren, einen eigenen zu erwerben. Und zwar dann, wenn sie häufig und zahlreich Materialmuster scannen wollen. Für alle anderen bietet das Fraunhofer IGD das Scannen der Stoffmuster und Oberflächenmaterialien auch als Dienstleistung an.
Eine weitere Alternative: Für Messen beispielsweise kann der Scanner auch gemietet werden, ebenso wie die Software. Kurzum: Die Angebote sind auf die Bedarfe des Kunden abgestimmt. Die Technologie hat ein großes Potenzial: Mit ihr gelingt es den Innenraum-Ausstattern, sich von anderen Anbietern abzugrenzen. jbi |

Prof. Dr.-Ing. Uwe Freiherr von Lukas leitet die Abteilung Maritime Graphics und den Standort Rostock des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD.
Dipl.-Inf. Thomas Ruth leitet am Fraunhofer IGD in Rostock die Arbeitsgruppe Visualisierung der Abteilung Maritime Graphics.

  • Potenzielle Käufer und Interieur-Designer können mit dem Virtual Maritime Interior Configurator (Vi:Mar:Con) des Fraunhofer IGD einen Schiffsinnraum realitätsnah gestalten und erleben.
  • Fingergesten auf dem 2D-Lageplan erlauben das Navigieren „im Raum“. So lässt sich das Interieur genauestens inspizieren.
  • Der HDR-ABTF-Scanner nimmt Materialien wie Textilien physikalisch realistisch und unter verschiedenen Lichtrichtungen auf.
  • In der „Dave“, einem Raum mit Rundum-Projektionen, steht man „mitten“ im virtuellen Yacht-Innenraum und kann per Tablet die Einrichtung ändern.
RSS Feed

Neuen Kommentar schreiben

Entdecken Sie die Printmagazine des WIN-Verlags