Konvertierung: 3D-CAD-Daten für AR- und VR-Anwendungen aufbereiten

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Die Aufbereitung von CAD-Daten für VR/AR-Anwendungen ist in gängigen CAD-Systemen oft sehr zeitaufwändig. Abhilfe schafft hier das Simplifier-Modul von 3D_Evolution. Im Zuge eines Konvertierungsvorgangs erzeugt das Tool von CoreTechnologie automatisch eine Hüllgeometrie, die sich aufgrund der reduzierten Detaillierung und Datenmenge ideal für die Weiterverarbeitung in VR- und AR-Anwendungen eignet. Von David Selliman und Armin Brüning

Während Anwendungen für Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) lange Zeit vorrangig mit Spielen in Verbindung gebracht wurden, ist die Technologie in jüngster Zeit auch in die Fertigung vorgedrungen. CAD to VR: Ingenieure visualisieren und animieren heute komplexe Anlagen und Maschinen noch bevor das erste Bauteil gefertigt ist.

CAD to VR bringt Vorteile für Unternehmen

Unternehmen erzielen mit diesen Methoden einen hohen Nutzen. Meist werden dabei umfangreiche und komplexe CAD-Daten in Formate für VR- und AR-Anwendungen konvertiert. Weiterhin ist es gerade bei großen und komplexen Modellen oft notwendig, die Modelle zu vereinfachen, das heißt, eine Hüllgeometrie zu erzeugen, um die Datenmengen effektiv zu reduzieren und so eine schnelle Darstellung der Modelle zu gewährleisten. Die gute Nachricht: Diese Prozesse lassen sich mit modernen Tools, wie der Software 3D_Evolution von CoreTechno­logie, automatisieren. Zur Konvertierung der CAD-Daten verfügt das Tool über Nativ­schnittstellen für Catia, NX, Creo, ­Solidworks, XT, ACIS, STEP und JT. Damit man die Modelle für VR/AR-Anwendungen aufbereiten kann, werden spezielle Formate wie FBX, OBJ, DGN, IFC und JT ­sowie VRML und GLTF unterstützt. Eine CAD-­Lizenz ist dafür nicht erforderlich.

Vereinfachte 3D-Daten im Downstream

Unternehmen, die 3D-Modelle konsequent für Downstream-Anwendungen wie VR und AR wiederverwenden, sind der Konkurrenz weit voraus. Die Wiederverwendung von 3D-Modellen lässt sich in vier Kategorien einteilen: Vertrieb, Anlagenlayout, Service und Schulung.

Ermöglicht wird dies in der Praxis durch die Wiederverwendung von existierenden 3D-CAD-Daten. Die CAD-Modelle sind jedoch sehr detailliert und deshalb groß und komplex. Die Wiederverwendung von 3D-Modellen ist aus Kostengründen allerdings eine grundlegende Voraussetzung. Die Verkleinerung dieser Modelle, um sie für VR/AR-Anwendungen nutzbar zu machen, ist mit gängigen CAD-Systemen sehr zeitaufwändig und für Ingenieure nicht realisierbar. Eine Automatisierung dieser Reduzierungsaufgaben ist also notwendig.

Mit dem Simplifier-Modul von 3D_Evolution lässt sich im Zuge des Konvertierungsvorgangs automatisch auch eine Hüllgeometrie der Modelle erzeugen, um die Detaillierung und damit die Datenmenge deutlich zu verringern. Die Hüllgeometrie ermöglicht nun das zügige Bearbeiten der dann deutlich reduzierten Daten in VR/AR-Anwendungen. Da die entstehenden Modelle Volumenkörper sind, ist auch die Datenqualität und damit die Darstellungsqualität der VR-Modelle optimal. Weiterhin erlaubt der Simplifier eine automatisierte Selektion der innen oder außen liegenden Teile. Auch bei großen Baugruppen erfolgt die automatische Auswahl durch Multiprozessorbetrieb innerhalb weniger Minuten.

Für viele VR- und DMU-Zwecke benötigt man in der Praxis nur die außen liegenden Teile oder die im Innenraum für die Fahrzeuginsassen sichtbare Darstellung. Der Simplifier selektiert automatisch alle innen liegenden Bauteile einer Baugruppe durch einen Ballon, der sich von einem definierten Startpunkt aus aufbläst, oder andersherum die von außen sichtbaren Teile durch einen Schrumpfschlauch. Die gewünschten Bauteile werden durch den Kontakt mit dem Ballon oder dem Schrumpfschlauch gefiltert.

Dafür muss man die originalen CAD-Modelle konvertieren und in der Regel auch vereinfachen. 3D_Evolution Simplifier stellt durch eine Skriptsprache und die leicht zu bedienende Web-Oberfläche allen Anwendern ­einen angepassten Prozess zur Verfügung. Die Berechnung auf mehreren Prozessorkernen ermöglicht die Konvertierung und Vereinfachung sehr großer Datenmengen in kurzer Zeit.

CAD to VR mit Geometrievereinfachung

3D_Evolution erstellt automatisch Hüllgeometrien auf der Grundlage des exakten, ursprünglichen Modells, wobei die äußere Form der Modelle, beziehungsweise deren Störgeometrie, nicht verändert wird. Geometrie, die sich im Innenleben eines Modells befindet, wird beim Erzeugen der Hüllgeometrie innerhalb von Sekunden entfernt. Dies unterscheidet den Simplifier-Prozess grundlegend von sogenannten Poly­crunching-Funktionen, die auf der triangulierten Darstellung basieren und bei der Minimierung der Polygone leichte Formänderungen bewirken können. Die Simplifier-Technologie extrahiert die innere Geometrie der B-Rep-Modelle und erzeugt eine äußere Hülle als geschlossenes Volumen.

Eine spezielle Bounding-Geometry-Funktion erzeugt auf Wunsch eine angenäherte Hülle. Damit lassen sich sehr detaillierte Bauteile, zum Beispiel Energieketten, durch sehr leichte, nur angenäherte Polyhedron-Körper ersetzen. Nach der Vereinfachung sind die Modelle nur noch einen Bruchteil so groß wie das Original­modell. Aufgrund der massiven Reduzierung der Anzahl der B-Rep-Elemente ermöglicht das Simplifier-Modul eine genaue und schnelle Verarbeitung von CAD-Modellen. Auf diese Weise reduziert sich natürlich auch die Polygonanzahl der tesselierten Darstellung typischer Baugruppen in VR-Formaten um 95 Prozent und mehr.

Die Software entfernt nicht nur Innengeometrie, Schriften, Radien und andere unnötige Details, sondern schließt auch Bohrungen und ersetzt sie optional durch geprägte Platzhalter. Das Tool identifiziert und löscht die internen Körper. So bleiben nur die Bauteilekörper übrig, die von außen sichtbar und für den Planungsprozess relevant sind. Sogenannte Healing-Funktionen stellen sicher, dass eventuelle Geometriefehler im ursprünglichen CAD-­Modell automatisch bereinigt werden.

Automatische Zuweisung der Rendering-Parameter

Damit die Modelle und CAD-Baugruppen im VR/AR-System sofort den erwarteten „Look“ haben, lassen sich spezielle Rendering-Informationen, zum Beispiel die Materialdarstellung, während der Konvertierung vom CAD- oder PDM-System übergegeben. Die Informationen über das Material des jeweiligen Bauteils werden als Attribute aus den Metadaten des nativen CAD-Modells ausgelesen und in das Zielformat für das VR-System übergeben. Hierbei können die Rendering-Informationen auch aus dem PDM-System übernommen und dem gewünschten Bauteil über dessen Namen oder Attribut zugewiesen werden. Durch die Materialinformationen kann man eine fotorealistische Darstellung der Werkstoffe, beispielsweise Alu, Plastik oder Holz, erreichen. Diese realitätsnahe Darstellung im VR-System ermöglicht auch ungeübten Betrachtern und Endkunden das direkte und einfache Verständnis komplexer 3D-CAD-Daten.

Innovationspotenzial Kinematik

Die aktuelle Version des Konverters erlaubt bereits die Übernahme von Kinematiken und Animationen aus Catia-V5-Modellen. Diese lassen sich schon in animierte Modelle im FBX-Format konvertieren. Die neue Technologie erlaubt es, im CAD-System bereits erstellte Bewegungsabläufe direkt im VR-System zu nutzen und erspart dem Anwender somit eine umfangreiche Nacharbeit.

Konvertierung in funktionale Strukturen für die Simulation

Fertigungsorientierte CAD-Baugruppenstrukturen können mit 3D_Evolution in eine für die Simulation notwendige, eher funktionale Produktstruktur umgewandelt werden. Der Anwender löst mit wenigen Mausklicks die ursprüngliche Baugruppenstruktur auf, um das vereinfachte Modell so zusammenzufassen, dass sich für die Simulation zusammengehörige Unterbaugruppen und Körper in einer neuen funktionsgerechten Struktur darstellen lassen. Auf Basis der Farbgebung, Attributdefinitionen oder Benennungen einzelner Bauteile ist auch eine vollständige Automatisierung des Vorgangs denkbar.

CAD to VR: Eine Zusammenfassung

Die Wiederverwendung von 3D-Modellen im gesamten Unternehmen führt zu kürzeren Durchlaufzeiten, weniger Fehlern sowie zu einer schnelleren Lösungsfindung. Der Einsatz einer innovativen Konvertierungssoftware ermöglicht Unternehmen die effiziente Wiederverwendung von 3D-Modellen, ohne die Nachteile manueller Tätigkeiten in Kauf nehmen zu müssen.

Durch die Automatisierung der Konvertierung und Datenvereinfachung wird es Unternehmen ermöglicht, ihre 3D-Modelle auf breiter Basis wiederzuverwenden, während sich die Ingenieure auf ihre eigentlichen Aufgaben wie Konstruktion, Design, Inno­vation und Projektmanagement konzentrieren können.

David Selliman ist Vice President of Sales USA von CoreTechnologie.
Armin Brüning ist Geschäftsführer von CoreTechnologie in Mömbris.

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