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pdf -Dokument - Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

1. 2 4 1 Installierbar einfach Das System soll einfach zu installieren sein Daf r sollen keit Standardrechner mit Standardbetriebssystemen ausrei chen 2 4 2 Funktions gegeben Der Einsatz des Systems f r die Logistikplanung muss so umfang mit f r den Planer die erforderlichen Funktionen liefern um die Logistikplanung erfolgreich durchzuf hren 2 4 3 Virtuelle Rea m glich Die Software muss die stereoskopische dreidimensionale lit t Projektion der Bilder unterst tzen 2 4 4 Schulung m glich Die Software sollte potentielle Schulungsszenarien unter st tzen k nnen 2 4 5 Tracking m glich Die Software muss die Integration und Verarbeitung von Trackingdaten gew hrleisten 2 5 Modellerstellung 2 5 1 Erlernbarkeit schnell Das Planungsprogramm soll f r den Nutzer schnell erlern bar sein 2 5 2 Strukturie optimal Die Einteilung des Planungsmen s soll optimal strukturiert rung sein damit der Planer die ben tigten Objekte sofort findet und diese platzieren kann 2 5 3 Objektaus m glich Mit Hilfe eine Objektbibliothek an Logistikfunktionseinheiten wahl soll eine schnelle Auswahl und Platzierung dieser im virtuel len Raum erfolgen k nnen 2 6 Tracking 2 6 1 Integration in leicht Das gew hlte Trackingverfahren soll einfach in das Ge System samtsystem integriert werden k nnen Die Positionserfas sung des Nutzers soll ohne gro en Vorbereitungsaufwand m glich sein
2. 7 Trackingdaten Trackingtechnologie 2 VR Basissoftware 2 VR Basissoftware 3 Abbildung 8 12 Trackd als Middleware f r die Trackingdaten 138 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking Die Programme die auf Trackd zur ckgreifen m ssen dabei nicht wissen welches Interaktionsger t genutzt wird Das Interface trackdAPI erlaubt es eine Vielzahl an Eingabeger ten zu unterst tzen ohne spezielle Hardwaretreiber schreiben zu m s sen Zudem k nnen zus tzliche Interaktionsger te integriert werden ohne die Soft ware austauschen zu m ssen oder an Funktionalit t einzub en Trackd ist mit einer Datenbank vergleichbar die eine F lle an Daten ber Interaktionsger ten Flysticks etc beinhaltet Die Verwendung von trackd befreit die Entwickler von VR Basissoftware st ndig Software f r eine Vielzahl an neu entstehenden Interaktions ger ten zu entwickeln Ebenso ersparen sie sich einen st ndigen Support f r die Ger te aufrechtzuerhalten Die Nutzer dagegen erhalten die M glichkeit die Interak tionen und Funktionen der Eingabeger te auf Ihre eigenen Erfordernisse auszulegen 8 3 3 Interaktionsger te Die softwaretechnische Integration der Interaktionsger te erfolgt durch Erweiterung des bereits bestehenden RTT Plug ins siehe Abschnitt 6 3 3 Das beschriebene Wii Balance Board muss darin integriert werden und eine Ansteuerung der Kamera der VR Basissoftwa
3. Abbildung 9 8 Aussagen zum Potenzial der VR Schulung Daneben zeigt Abbildung 9 8 dass 57 der Kandidaten der Meinung sind dass der Mitarbeiter nach einer virtuellen Qualifizierung keine Einweisung mehr am realen Arbeitsplatz ben tigt 43 gehen davon aus dass dies dennoch erforderlich ist Nach der Fragestellung wie die bisherige herk mmliche Ausbildungsmethode mit dem virtuellen Training zusammenspielen kann so sind 71 der Kandidaten der Auffassung dass die VR Schulung die Einweisungspraxis erg nzen kann 29 der Probanden denken sogar dass diese ersetzt werden kann Komplett ausgeschlos sen wurde der Einsatz der VR Unterrichtung von keinem der Befragten Dass Schu lungen aber ausschlie lich in VR durchgef hrt werden lehnen 57 1 der Testper sonen ab Nur 42 9 sind der Auffassung dass dies m glich w re Das Befragungsergebnis weist darauf hin dass die herk mmliche Ausbildung und ein virtuelles Training durchaus zusammenspielen k nnen Des Weiteren l sst sich zusammenfassend urteilen dass die Problematik eines VR Einsatzes nicht mehr in einer realit tsnahen Darstellung und der Performance des Systems liegt sondern vielmehr geeignete Interaktionskonzepte und Einsatzzwecke entworfen und unter sucht werden m ssen Virtuelles Teamtraining ist dabei sowohl orts als auch zeit unabh ngig Zudem gibt es ein Potenzial zur Effizienzsteigerung durch den Einsatz von virtuellen Trainings als Qualifizierungsma n
4. Die f r das Funktionsmuster benutzte Software VR Basissoftware Autodesk Maya und die damit verbundenen Lizenzkosten sind in der Kostenzusammensetzung nicht ber cksichtigt Grund daf r ist dass je nach Bedarf und Anforderungen eine andere Software eingesetzt oder evtl bereits vorhandene genutzt werden kann Beim Ein satz einer Open Source L sung fallen keinerlei Lizenzkosten an Eine VR Basissoftware ist mit ca 15 000 Euro RTT Deltagen zu veranschlagen 105 7 Evaluierung des Systems ohne Tracking Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde mit dem Funktionsmuster 1 dem Sys tem ohne Tracking eine Versuchsreihe durchgef hrt Neben dem Auf und Abbau des Systems wurde dessen Mobilit t und Flexibilit t unter dem Aspekt der Ergono mie bewertet Es erfolgte ein Funktionstest bez glich der Grundfunktionalit ten des Systems sowie eine qualitative Bewertung der zu testenden Interaktionsger te Zu gleich wurde um den Nutzen eines 3D Planungstools berpr fen zu k nnen ein praxisnaher Versuch zum Vergleich der neuen Technologie mit der herk mmlichen Planung mit Papierlayouts durchgef hrt Die Bewertung der Tests erfolgte subjektiv qualitativ und objektiv quantitativ 7 1 Aufbau des Labortests Die Versuchsreihen des portablen VR Systems wurden in der Versuchshalle des Lehrstuhls fml durchgef hrt Im Folgenden werden der Versuchsaufbau und die Er wartungen an den Versuch beschrieben Das komplette mobile VR System wird j
5. Kognitive Belastung Wie viel geistige und physische Aktivit t wurde gefordert z B Denken Entscheiden Planen Suchen Anschauen etc Das hei t war die T tigkeit der Planung leicht oder schwer zu bewerkstelligen leicht o o o o o o schwer Als wie erfolgreich sch tzen Sie sich ein die Layoutplanung bew ltigt zu haben nicht er sehr er folgreich o o o o a folgreich Wie sehr mussten Sie sich konzentrieren um sich mit dem System zu Recht zu finden Geringe Kon z J hohe Kon zentration zentration Wie gestresst f hlten Sie sich w hrend der Planungst tigkeit berhaupt nicht ge o m o o o stresst Seite 8 von 13 184 Anhang B Fragebogen Evaluierung 1 4 Beurteilung der Visualisierung beim mobilen Virtual Reality System ar die dargestellte Visualisierung ausreichend realis isch f r Aufgaben der Layoutplanung erbesserte die dreidimensionale Darstellung Ihr Vor stellungsverm gen f r das Layout ie beurteilen Sie die Qualit t der Darstellung ausrei schlecht keine chend Aussage Geschah die Berechnung der Visualisierungsbilder ausrei keine chend langsam Aussage schnell genug oder stockten die Bilder raten bei Ihnen Augenerm dung oder Augenschmer zen bei der Betrachtung der 3D Bilder auf Halten Sie eine l ngere Bearbeitung von Planungs Be sitzungen vor dem Virtual Reality System f r durch hrbar enn nein warum nicht Notizen Verbesserungsvorschl ge
6. 167 13 18 23 25 28 32 39 39 40 40 41 42 43 43 44 45 46 46 57 66 66 67 68 Abbildungsverzeichnis Abbildung 6 5 Mobiles 3D Stereo Komplettsystem smart 3d Ims 10 68 Abbildung 6 6 Schematischer Aufbau eines VR Centers Dim 10 72 Abbildung 6 7 Prinzip der doppelten R ckprojektion 72 Abbildung 6 8 Shutterbrille f r aktive Stereoprojektion 74 Abbildung 6 9 Polarisationsbrille und Polarisationsfilter 75 Abbildung 6 10 Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle 76 Abbildung 6 11 Funktionsprinzip eines linearen Polarisationsfilters 76 Abbildung 6 12 Interaktionskonzept in UML2 Notation 79 Abbildung 6 13 Screenshot taraVRbuilder 81 Abbildung 6 14 Visual Components von DUALIS 81 Abbildung 6 15 M glichkeiten von Demo3D 82 Abbildung 6 16 Screenshot Autodesk Maya Aut 10 83 Abbildung 6 17 ISO Ansicht und Querschnitt des verwendeten Profiltr gers 84 Abbildung 6 18 Explosionszeichnung des Funktionsmusters 1 85 Abbildung 6 19 Projektorenhalterung mit Polfiltern 87 Abbildung 6 20 Die passive Stereoprojektion im Systemaufbau Dim 10 90 Abbildung 6 21 Funktionsmuster ohne Tracking 91 Abbildung 6 22 Funktions bersicht Wii Controller 92 Abbildung 6 23 Graphische Benutzeroberfl che Planungstool 96 Abbildung 6 24 Auswahlfenster im Planungstool 97 Abbildung 6 25 Parameterfenster f r Palettenf rderer 98 Abbildung 6 26 Werkzeugleiste f r das Planungstool 98 Abbildung 6 27 Beispiellayout des Planungstoo
7. 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking ben tigt eines f r das linke und eines f r das rechte Auge Dabei muss mit Hilfe einer geeigneten Technik sichergestellt werden dass das linke Auge ausschlie lich das linke Bild sieht und das rechte Auge nur das rechte Bild obwohl eine gemein same Projektionsfl che verwendet wird Im Folgenden werden die aktuellen Stereo verfahren vorgestellt und deren Vor und Nachteile erl utert Dim 10 Awa 10 Aktives Stereoverfahren Wird bei der Betrachtung einer Stereoprojektion eine Brille mit automatisch schlie Benden Fl ssigkristall Linsen verwendet so handelt es sich um das aktiven Stereo verfahren Auf der Projektion wird abwechselnd das Bild f r das linke und das rech te Auge ausgegeben Die sogenannte aktive Shutterbrille verdeckt das Blickfeld des rechten Auges wenn das linke Bild erscheint und das des linken Auges wenn das rechte Bild erscheint Dies muss dabei so schnell funktionieren dass das menschli che Auge diese ffnungs und Schlie ungsmechanismen nicht mehr wahrnimmt Daher wird eine Frequenz gr er 96 Hertz verwendet Cyv 10 Bei diesem Wert ist das Auge zu tr ge um zu folgen und der Nutzer sieht nur ein Bild Damit die Fre quenz der Brille mit der der Visualisierung bereinstimmt ist die Shutterbrille per Kabel oder Funk Infrarot mit dem Computer verbunden Die Synchronisation gibt der Brille vgl Abbildung 6 8 an welches Bild gerade dargestellt wird b
8. Detailplanung berarbeiten der Planungsdaten Detaillieren der Struktur und Sys templanung Arbeitsplatzauslegung und Ergo nomiebewertung Erstellen der Ausschreibungsun terlagen vw 6 6 Realisierung Schulung Interaktive Schulung vor Serienan lauf und im laufenden Betrieb 22 3 Einsatzszenarien und Anforderungsanalyse 3 4 Anforderungen und Lastenheft Bei der Ausarbeitung der Anforderungen und des Lastenhefts vgl VDI2519 wer den die drei ausgew hlten Szenarien zu Grunde gelegt Im Lastenheft werden alle Anforderungen an das System zusammengestellt Diese sind aus Anwendersicht einschlie lich aller Randbedingungen zu beschreiben Sie sollen quantifizierbar und pr fbar sein Im Lastenheft wird definiert was und wof r zu l sen ist Dazu wird das System in die Teilbereiche Hardware und Software aufgeteilt siehe Abbildung 3 3 und entsprechende Anforderungen an die Komponenten aufgestellt Zudem werden Punkte aus der Logistikplanung ber cksichtigt Des Weiteren spielt bei der Gestal tung eines neuen Systems die Mitarbeiterakzeptanz eine wichtig Rolle so dass auch Anforderungen aus Sicht des Mitarbeiters aufgenommen werden Im Punkt Allge meines sind noch weitere grundlegende Anforderungen an das System zusam mengefasst Das Lastenheft mit Erl uterungen zu den einzelnen Punkten befindet sich im Anhang A dieses Forschungsberichts Interdisziplinarit t Anzuzeigen
9. Effizient picken und packen M nchen Heinrich Vogel 2009 Reif R Entwicklung und Evaluierung eines Augmented Reality unterst tzten Kommissioniersystems Dissertation M nchen Technische Universit t M nchen 2009 Reichel W Der gro e Intelligenztest Stuttgart Klett Cotta 2009 Rolland J Baillot Y Goon A A Survey of Tracking Technology for Virtual Environments In Barfield W Caudell T Hrsg Fundamentals of Wearable Comput ers and Augmented Reality Mahwah Lawrence Erlbaum Associates Inc 2001 S 67 112 161 Roo 10 Ros 04 Rtt 09 Rtt 10 Sca 03 Sca 09 Scu 09a Scu 09b Sim 10 Spa 06 Spa 07 Literaturverzeichnis Roosen G Haptic interaction Man amp Machine Vortrag zur Tagung 3D in motion with haptic experience 3Dims GmbH Frankfurt 24 25 03 2010 Rost J Lehrbuch Testtheorie Testkonstruktion Bern Huber 1996 RTT AG RTT Software Produktbeschreibung M nchen 2009 RTT AG Deltagen http www realtime technology de software rtt deltagen html Aufruf am 03 08 2010 Schraft R Von der Vision zur Realit t durch die Digitale Fabrik In ZWF Jahrgang 98 Heft 6 2003 S 6 7 Schachow S Baukastenprinzip In Digital Engineering Magazin Heft 4 2009 S 44 45 Schulz T Sicheres Umf llen von brennbaren Fl ssigkeiten In Sichere Chemiearbeit Heft 4 2009 S 9 Schulz T Mehr Sicherheit mit Virtual Reality In IF
10. attestierten nur eine bedingte Robustheit Urs chlich hierf r ist der Ausbau der Interaktionsger te zu Trackingtargets Die f r die Marker erforderlichen kleinen Gestelle mit ihren reflektie renden Kugeln wirken empfindlich und sind leicht zu besch digen F r alle Kandidaten waren die Interaktionen mit dem Modell ohne gr ere Probleme nachvollziehbar Die manuelle Systeminteraktion mit dem Wii Controller und dem Balance Board wird von 57 der Testpersonen als Kompromissl sung betrachtet F r 43 ist die L sung f r die Zwecke des virtuellen Trainings ausreichend Nie mand betrachtete die Interaktion als ungeeignet Das gesamte Interaktionskonzept erhielt eine Durchschnittsnote von 2 3 In Abbildung 9 7 werden die Bewertungen zu den einzelnen Bewegungsmethapern gegen bergestellt je niedriger desto besser Die Kandidaten verteilten dabei auf die verschiedenen Bewegungen Schulnoten Das beste Ergebnis von 1 86 erzielte die Kopfbewegung die mit dem Nunchuck Stick erfolgt Gefolgt davon die Handbewe gung mit dem Wii Controller 2 71 und dem Gehvorgang mit dem Balance Board 3 29 149 9 Evaluierung des Systems mit Trackin Umsetzung Interaktion Mittelwerte mit Notenverteilung 6 5 4 3 m 92 gE 0 Gehvorgang Kopfbewegung Hand und Greifbewegung Abbildung 9 7 Bewertungen Bewegungsmethapern im Vergleich Nach Aussage der Probanden finden 85 7 dass die dargestellten Interaktionen u
11. ons und Leistungsf higkeit des Gesamtsystems zu gew hrleisten Um das Ziel der Planung den umbauten Raum zu minimieren bzw den verf gbaren Raum optimal zu nutzen und eine bestm gliche Anordnung der Funktionseinheiten zu erreichen m ssen alle beteiligten Disziplinen ihre Planung eng miteinander abstimmen Des halb ist eine derartige Planung stark interdisziplin r ausgelegt Die Nutzung und Un terst tzung von VR f r Visualisierungsaufgaben ist in diesem Bereich kaum verbrei tet Gau 00 obwohl sie wie keine andere Technologie in der Lage ist den Nutzer durch visuelle Informationsdarbietung und intuitive Interaktionsmechanismen bei seinen T tigkeiten zu unterst tzen Die Kommunikation mit dem Kunden kann sich als schwierig erweisen wenn mit herk mmlichen Methoden der aktuelle Planungs 1 1 Einleitung stand pr sentiert wird Die dreidimensionale Modellierung von Layouts kann in vielen F llen zu erheblichem Erkenntnisgewinn f hren da die Vorstellung von zweidimen sionalen Pl nen deutliche Probleme bereiten kann und die VR das r umliche Vor stellungsverm gen verbessert Fah 00 Dav 01 Der Mensch wird so als planende Instanz in seinen Kernaufgaben unterst tzt und Optimierungs und Qualit tspotenzi ale in der Planung gehoben Ebenso erm glicht es die VR soziotechnische Aspekte hinsichtlich Ergonomie Layout etc zu analysieren und zu verbessern Mit dem Computer modellierte Logistikumgebungen lassen sich in der virt
12. um das Planungsergebnis zu verbessern Mit dem Ziel die erstellten Modelle bzw 100 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking Szenerien in einem VR System nutzen zu k nnen bedarf es einer M glichkeit die Szenen mittels Dateiexports aus dem Planungstool in ein universelles Format zu konvertieren In Bezug auf Funktionalit t und Dateigr e hat sich das weit verbreite te Austauschformat VRML Virtual Reality Modeling Language bew hrt Dabei han delt es sich um eine Beschreibungssprache f r 3D Szenen deren Geometrie Aus leuchtungen Animationen und Interaktionsm glichkeiten Ame 97 Urspr nglich als 3D Standard f r das Internet entwickelt erm glichen die meisten 3D Modellierungswerkzeuge und VR Software Programme den Import von VRML Dateien Maya bietet standardgem den VRML Export an Aus diesem Grund be sitzt das Planungstool eine Schaltfl che die den Export mit den geforderten Einstel lungen automatisch initiiert Das sich ffnende VRML spezifische Dialogfenster zeigt Einstellungen z B hinsichtlich der Tesselierung der Genauigkeit oder der Angabe von Texturpfaden Liegt der Szene ausschlie lich Geometrie zu Grunde d h die Szene beinhaltet keinerlei Animationen k nnen die standardm ig eingestellten Op tionen ohne weiteres bernommen werden Ist der Exportvorgang erfolgreich been det so kann das exportierte Modell in die VR Basissoftware geladen werden Eine weitere M glichkeit f r die bertragung der 3D
13. 2005 S 151 156 Herkersdorf M Performance Steigerung durch kontextbezogene Qualifizierung mittels virtueller Lernwelten In Tagungsband 11 IFF Wissenschaftstage 2008 Fraunhofer Institut f r Fabrikbetrieb und automatisierung Magdeburg 25 26 Juni 2008 Hilsendeger A Brandauer S Tolksdorf J Fr hlich C Navigation in Virtual Reality with the Wii Balance Board In Virtuelle und Erweiterte Realit t Sechster Workshop der Gl Fachgruppe VR AR 2009 Aachen Shaker Verlag GmbH S 269 280 159 Ici 10 Ims 10 Inf 09 Inv 10 lot 10 Jan 10 Kre 98 Lee 08 Log 09 Luf 10 May 09 Literaturverzeichnis IC IDO Visual Decision Platform http www icido de de Produkte VDP Aufruf am 03 08 2010 imsys immersive systems GmbH amp Co KG http www imsys vr com 128 0 html Aufruf am 03 05 10 Jorke H Infitec Wellenl ngenmultiplex Visualisierungssysteme http www infitec net infitec pdf Download 03 05 2009 inVRs interactive networked virtual reality system http www invrs org Aufruf am 03 08 2010 iotracker www iotracker com Aufruf am 19 03 2010 Janssen J K Kuhlmann U Krank durch 3D In c t Magazin f r Cpmuptertechnik Heft 11 2010 S 50 58 Krempl S War Games in Wildflecken Die Bundeswehr verbindet Computersimu lation und Feld bung In c t Magazin f r Cpmuptertechnik Heft 23 1998 S 114 117 Lee J Hacking the Nintendo
14. Vielen Dank f r das Ausf llen des Fragebogens Seite 13 von 13 189
15. dene oder Schulung verwendet werden k nnen Abh ngig vom ger te gew nschten Betrachtungs und Interaktionsmodus 2 2 2 Bedienung intuitiv Da nur eine kurze Einlernphase n tig sein soll muss die Bedienung f r Nutzer klar und logisch sein 2 2 3 R ckmel auf jede Der Nutzer muss auf jede seiner Aktionen eine eindeutige dung Aktion R ckmeldung durch die Software erfahren Nur so ist eine interaktive Arbeit m glich 2 2 4 Bewegung m glich F r die Planer soll zu jedem Zeitpunkt eine Bewegung durch das virtuelle Modell m glich sein 2 2 5 Schulung m glich F r die Zwecke der Schulung kann es erforderlich sein mehrere Interaktionsger te integrieren zu m ssen 2 3 Softwareaufbau 2 3 1 Architektur modular Die Aufteilung der Software muss modular erfolgen um wie gew nscht die verschiedenen Module des Systems bei Bedarf nutzen bzw falls nicht ben tigt ohne die Module arbeiten zu k nnen 2 3 2 Schnittstel vorhanden Die Software muss ber geeignete Programmierschnittstel len len die einfache Integration neuer Module erlauben z B Tracking Interaktionsger te etc 2 3 4 Erweite ja Das System wird nach und nach um Funktionalit ten erwei rungsf hig tert Die Software muss diese Funktionalit tserweiterung keit erlauben Die Schnittstellen und der modulare Aufbau un terst tzen dies 173 Anhang A Lastenheft 2 4 Funktionalit ten
16. einheiten Standardlogistikeinheiten z B Lagerf cher Rollb nder etc vorhanden sein die mit einfachem Drag and Drop Ver fahren in die Planung aufgenommen werden k nnen 3 2 3 Men vorhanden In einem bersichtlichen Men soll eine Auswahl des ge planten Interaktionsmodus m glich sein um so z B schnell in den Flug oder Begehungsmodus wechseln zu k nnen 3 3 Interdisziplinarit t 3 3 1 Multiuser m glich Das System soll die M glichkeit bieten dass mehrere User f higkeit interdisziplin r an dem System arbeiten und bei der Pla nung mitwirken k nnen 3 3 2 berbetrieb ja Aktuelle Planungsst nde oder fertige Modelle m ssen ex liche Nutz portierbar und verschickbar sein So kann standort bergrei barkeit fend mit verschiedenen Experten zusammengearbeitet wer den 3 3 3 Parallelit t m glich Die gemeinsame Betrachtung und Planung eines Systems soll ber das Internet erm glicht werden Dabei k nnen zwei Experten an unterschiedlichen Standorten gleichzeitig an demselben Modell arbeiten und gemeinsam planen 3 4 Modellgenauigkeit 3 4 1 Polygone ausrei Das Modell sollte ausreichend Polygone besitzen jedoch chend nicht zu viele damit das Modell nicht zu gro und zu lang sam wird 3 4 2 Texturen ausrei Die Texturen der Objekte sollen ausreichend f r einen ge chend wissen Realit tsgrad sein jedoch soll eine zu hohe Detaillie rung vermieden werden da die Nutzeneffekte immer gerin ger werden 3
17. geeigneten Tool erfolgen Mit der VR Basissoftware allein ist dies nicht m glich da dort einzelne Funktionseinheiten lediglich verschoben und ggf dupliziert werden k nnen Die Layoutplanung erfordert es jedoch neue Logistikgewerke zu erstellen neu zu kombinieren und anzuordnen Um diese typischen T tigkeiten des Planers zu realisieren und umzusetzen soll bei VR LogPlan eine Software eingesetzt werden mit der die in der Logistik spezifischen Modelle erzeugt und angeordnet werden k nnen Die Erzeugung der zur Visualisierung der Anlagen ben tigten 3D Modelle erfordert einen gro en Aufwand Der Zeitaufwand entsteht dadurch dass jedes Ob jekt von Grund auf neu generiert werden muss blicherweise werden dazu entwe der CAD Werkzeuge oder spezielle 3D Animationsprogramme genutzt Mittlerweile gibt es auch kommerzielle Softwarel sungen zur Erstellung parametrisierbarer 3D Modelle Sie zeichnen sich durch Objektbibliotheken f r den Bereich der F rder und Lagertechnik aus Der zeitaufw ndige manuelle Prozess der Modellierung wird dadurch gering gehalten Im Folgenden soll ein berblick ber verf gbare Logistik planungssoftware geschaffen werden taraVRbuilder Das von der Firma Tarakos vertriebene Softwareprodukt taraVRbuilder ist ein 3D Planungstool mit zeitbasierter Animation von F rder Materialfluss und Lagertech nik Tar 09 Neben dem Aspekt der 3D Visualisierung und dynamischer Analysen von virtuellen Fabriken verf gt di
18. hrt Zum Kennenlernen des Funktionsumfangs und der Be dienung des Programms wurde eine kurze Anleitung des Planungstools mit einer kleinen Beispielaufgabe verfasst Danach ist ein sicherer Umgang mit dem Tool m glich Daraufhin wird unter Nutzung des 3D Planungstools mit den bereits in der Modellbibliothek enthaltenen Funktionselementen ein kleines Layout f r eine Lager halle entworfen Die Anforderungen sind dieselben wie bei der herk mmlichen Pla nungsmethode Die Gegen berstellung der beiden Planungsmethoden soll den Pro banden eine gute Vergleichsm glichkeit liefern so dass sie ihre Erkenntnisse im ab schlie enden Fragebogen dokumentieren k nnen 107 7 Evaluierung des Systems ohne Tracking An dem aufgebauten und in Betrieb genommenen mobilen VR System testen die Kandidaten anschlie end die drei verschiedenen Interaktionsger te Die 3D Maus der Spielcontroller und der Wii Controller werden f r den virtuellen Rundgang durch das dreidimensionale Modell der fml Versuchshalle genutzt Dabei sollen die Pro banden die unterschiedlichen Interaktionsger te und deren Ergonomie sowie Hand lichkeit kennenlernen Alle Probanden f llen nach Abschluss des Labortests den 13 seitigen Fragebogen siehe Anhang B Fragebogen Evaluierung 1 aus Dieser soll Aufschluss ber die subjektive Beurteilung des mobilen VR Systems und des 3D Planungstools sowie vielen weiteren Fragestellungen liefern Die Benutzer werden nach ihren Eindr cken bef
19. nahme hat eine Tiefe von 65 cm und ein Breite von 208 cm Ein weiteres Element ist eine Distanzschiene mit Einschubm glichkeit f r die Projek torenhalterung Dort wird die Projektorenhalterung passgenau von hinten eingesetzt Au erdem besitzt sie zwei Aufnahmevorrichtungen f r die Polarisationsfilter Die Dis tanzschiene gibt f r die Beamer den korrekten Abstand zur Leinwand vor so dass keine weitere Justierung notwendig ist Aufgrund ihrer L nge von 358 cm wird sie zweiteilig ausgef hrt Verbunden mit einem Scharnier kann sie auf etwa halbe L n ge zusammengeklappt werden Rahmen dl Schiene Abbildung 6 18 Explosionszeichnung des Funktionsmusters 1 85 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking Abbildung 6 18 zeigt im hinteren Bereich das Projektionsgestell inklusive der Lein wandhalterung sowie im vorderen Bereich die Distanzschiene mit Projektoraufnah me F r den Zusammenbau des Gestells wurde f r die zu montierenden Komponen ten eine Verbindung erzeugt die einfach gel st werden kann Anstelle einer ge w hnlichen Verschraubung ist an den Verbindern ein Spannhebel angebracht der von Hand leicht zu ffnen und zu schlie en ist 6 2 2 Projektoren und Projektorenhalterung F r das VR LogPlan wurden zwei Projektoren der Firma InFocus ausgew hlt Das Modell LP530 hat ein Gewicht von 2 6 kg und ist 26 x 8 5 x 28 cm gro Die Beamer arbeiten mit der DLP Projektionstechnik Digital Light Processing un
20. rdertechnik Materialfluss Logistik Printed in Germany 2011 fml Lehrstuhl f r F rdertechnik Materialfluss Logistik Technische Universit t M nchen Boltzmannstr 15 85748 Garching Telefon 49 89 289 15955 Telefax 49 89 289 15922 www fmi mw tum de Zusammenfassung Das Ziel dieses Forschungsprojekts VR LogPlan war die Entwicklung eines mobilen Planungssystems zur Qualit tssteigerung in der Planung logistischer Systeme Das unter Verwendung der Virtual Reality Technologie VR erstellte System soll des Weiteren auch f r die Mitarbeiterschulung im Bereich der Logistik eingesetzt werden k nnen Ein portables VR System unterst tzt den Logistikplaner indem es die inter disziplin re Teamarbeit f rdert sowie das virtuelle Testen und Betreiben der entwor fenen Anlagen erm glicht Die Planungssoftware erlaubt dabei ein z giges Erstellen von verschiedenen Lagerlayoutvarianten die mit dem VR System immersiv verifiziert und f r die Schulung interaktiv genutzt werden k nnen In diesem Projekt wurden zun chst Einsatzszenarien und Anforderungen f r ein mo biles VR gest tztes Planungssystem erarbeitet Dabei eignet sich VR LogPlan vor allem f r die Planung von Lagerlayouts und manueller Kommissionierung sowie zur Schulung in den beiden Bereichen Bei der Realisierung der beiden Funktionsmuster wurde bei der Zusammensetzung des Systems auf eine kosteng nstige und modu lare Ausgestaltung geachtet um somit auch eine Realisierung b
21. sowie das Aufnehmen Absetzen und Abfangen pendelnder Lasten Gefahren und Risiken sollen im Training erkannt werden Spa 07 Auch in dem Bereich der Schutzausbildung und dem Umgang mit Gefahren gibt es bereits VR Trainigssimulatoren So lernt man an einem Simulator den Gebrauch und den richtigen Einsatz von Handfeuerl schern Vrv 08 sowie f r den Bereich der chemischen Industrie ein VR Trainingsszenario f r das Umf llen von brennbaren Fl ssigkeiten und somit Gefahrstoffen Scu 09a Auch f r die War tung eines Hochstromtransformators gibt es zur Ausbildung des Wartungspersonals ein interaktives VR Szenario in dem alle wichtigen Schritte und Risiken gelernt wer den k nnen Ter 07 Dar ber hinaus bestehen noch eine Reihe weiterer VR Trainingssimulatoren f r die unterschiedlichsten Anwendungsf lle Durch die virtuelle Schulung ist das gesund heitliche Risiko des Personals ausgeschlossen und sie erm glicht so eine gef hr dungsfreie und zugleich realit tsnahe Trainingsumgebung Im Bereich der Logistik k nnen die heute blichen Einweisungen von operativen Mitarbeitern und das darauf folgenden learning by doing unter Aufsicht eines Meisters durch die virtuelle Schu lung erg nzt werden So kann das Personal realit tsnah abseits laufender Logistik Prozesse vorbereitet werden 11 3 Einsatzszenarien und Anforderungsanalyse 3 Einsatzszenarien und Anforderungsanalyse Der Umfang des ersten Arbeitspaketes besteht darin ge
22. tigen Verbesserungen erreicht werden Neu 10 Voraussetzung f r eine Be schleunigung der Planungsaufgaben und Senkung der Planungskosten ist der dau erhafte Einsatz eines VR Werkzeugs innerhalb des Unternehmens Werden zuk nftig s mtliche Layoutplanungen dreidimensional ausgef hrt so kann sp ter bei nde rungsplanungen auf bestehende Modelle zur ckgegriffen werden und aufw ndiger Erstellungsprozess bleibt erspart Im Folgenden wird ein optimaler VR Planungsprozess beschrieben der alle Pro zessschritte von der Generierung des dreidimensionalen Modells zur Absicherung bis zum Einsatz als Trainingsmedium f r Mitarbeiter abdeckt Bei Betrachtung des kompletten Ablaufs von den Vorarbeiten bis zur Realisierung l sst sich der in Ab bildung 4 1 dargestellte Prozess beschreiben Dieser kann beispielsweise f r den Entwurf und die Auslegung von Kommissionierarbeitspl tzen in Betracht gezogen werden 24 4 Festlegung VR unterst tzter Referenzprozess Planungsbedarf Kooperativer Optimal Einsatz u unterst tzter Ist Aufnahme Daten bernahme VR Vorarbeiten Planungsprozess Generierung Datenmodell Erstellung von Strukturplanung Strukturvarianten Positionierung Funktionseinheite a Maus Flystick Systemplanung Kollisions Controller o analyse Grobplanung VR Modell Erstellung Groblayout ueI4 07 4HN Arbeitsplatz auslegung _Dat
23. 2 6 2 eigenst ndi ja Das Tracking soll wie die anderen Services eigenst ndig ger Service arbeiten um es als selbstst ndiges Modul behandeln zu k nnen 2 6 3 Funktionali m glich Wenn ein Tracking f r die Planung oder Schulung ben tig t t wird sollen die geforderten Trackingfunktionalit ten dies in ausreichendem Umfang erm glichen 3 Logistikplanung 3 1 Durchg ngigkeit 3 1 1 Export ja Der Export aktueller Planungsst nde soll m glich sein um dies weiteren Projektpartner zukommen zu lassen oder f r sp tere Zwecke aufheben zu k nnen 3 1 2 Schulung m glich Das mit VR LogPlan erstellte Fertiglayout soll f r Schu lungsszenarien ohne zus tzliche Bearbeitung einsetzbar sein 3 1 3 Wiederver m glich Ein einmal fertiggestelltes Layout soll durch st ndige Pflege wendung bei kleinen nderungen stets aktuell gehalten werden k n nen und bei einer nderungsplanung das bereits bestehen de Ist Layout wiederverwendet werden k nnen 3 2 Anzuzeigende Daten 3 2 1 Datenmenge gering Die anzuzeigende Datenmenge soll gering sein um den Anwender nicht mit einer F lle an Informationen zu berfor dern Auch f r die Datenverarbeitung sollte das Modell nicht zu gro sein um das System nicht an seine Leistungsgren zen zu bringen 174 Anhang A Lastenheft 3 2 2 Funktions Auswahl In einer Funktionseinheitenbibliothek soll eine Sammlung an
24. 4 3 Realit tsn gegeben Die Realit tsn he des Modells soll gut genug zur besseren he Vorstellung und Immersion sein Extremer Aufwand f r u Berst detaillierte Modelle soll vermieden werden da sie keinen Mehrwert f r die Planung bringen 4 Mitarbeiterakzeptanz 4 1 Bedienung intuitiv Ein Muss f r den Erfolg des Systems schnelle Erlernbarkeit und Akzeptanz 4 2 N tzlichkeit sichtbar F r die Mitarbeiter muss die N tzlichkeit des neuen Sys tems ersichtlich sein Die neue Technologie bringt z B Vor teile durch Zeitersparnis 4 3 Unterst t vorhanden Der Mitarbeiter soll sofort wissen an wen er sich bei Fragen zung bei zu wenden hat Ansprechpartner oder Bedienungsanlei Bedienung tung 4 4 Gef hl der vorhanden Der Mitarbeiter soll stets das Gef hl haben dass er das Beherr System beherrscht schung 4 5 Training kurz Die Einlernzeit soll zwar kurz sein aber auch so lange dass die Mitarbeiter einen sicheren Umgang mit dem System beherrschen 4 6 Akzeptanz n tig Die Vorgesetzten m ssen die Akzeptanz vorleben 4 7 Ergonomie wichtig Der Aufbau und die Benutzung des Systems sollen keine gesundheitlichen Sch den verursachen 4 8 Kalibrierung so wenig Der Aufbau System soll so wenig Kalibrierung wie m glich wie m g erfordern Dies gilt f r Projektoren und Trackingeinheit lich 175 Anhang A Lastenheft 5 Allgemeines 5 1 Ergonomi ber cksich Bei der Entwicklung u
25. Da die Reali sierung des ersten Funktionsmusters ohne ein Trackingsystem erfolgt wird lediglich eine Navigation durch das virtuelle Planungsmodell m glich sein Eine direkte Inter aktion mit der virtuellen Welt z B Objekte greifen versetzen etc wird im immersi ven Modus nicht vorhanden sein So kann der Nutzer mit einem der Interaktionsge r te einen beliebigen Punkt des Planungsgegenstandes ansteuern und dort die Um setzung oder gewisse Details betrachten Gleichzeitig erlaubt die Visualisierung eine Bewertung der Anordnung der Logistikgewerke und Funktionseinheiten so dass Verbesserungsm glichkeiten aufgezeigt und gemeinsam besprochen werden k n nen Ein weiterer Interaktionsmodus ist das Gehen und Navigieren in der VR auf Sichth he eines Menschen Das geplante System l sst sich aus der Perspektive ei nes Menschen durchschreiten und Hindernisse oder Engstellen k nnen entdeckt werden Das Funktionsmuster ohne Tracking soll demnach eine immersive Navigati on sowie das Begehen der virtuellen Planungsmodelle erlauben 79 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking 6 1 6 Softwarel sungen f r die 3D Planung Die f r die VR ben tigten dreidimensionalen Modelle m ssen wie in Abschnitt 4 Idealer VR Planungsprozess erl utert zun chst erstellt werden Dies ist hnlich einem herk mmlichen Planungsprozess zu sehen bei dem zun chst das Layout und die Einrichtung gezeichnet werden m ssen Diese Layoutplanung muss mit einem
26. Daten f r das weitere Planungsvorgehen m ssen ber geeignete Methoden aus den Ist Daten erhoben werden Prognose etc Daraus ergeben sich dann die Ausgangsdaten f r die Leistungsf higkeit der geplanten Varianten Grobplanung Strukturplanung Die Grobplanung unterteilt sich in die Struktur und Systemplanung In der Struktur planung erfolgen zun chst die Planung der Abl ufe und die Festlegung der Funkti onseinheiten Lagern F rdern etc d h welche Funktionseinheiten werden entlang der intralogistischen Kette ben tigt und an welchen Orten platziert Mit Hilfe einer Transportmatrix lassen sich die Transportbeziehungen darstellen und die Belastung eines Materialflussnetzwerkes aufzeigen und ein ideales Funktionsschema generie ren Auf dieser Grundlage kann eine optimale Anordnung der Anlagen z B ber das Dreiecksrasterverfahren geplant werden indem die st rksten Transportintensit ten in einem Layoutkern angeordnet werden Die daf r n tigen Transportmengen wer den aus den Soll Daten der Vorarbeit geliefert Das VR LogPlan soll nun dazu die nen verschiedene Layout Varianten zu generieren Denkbar w re ein gemeinsamer Workshop in dem alle an der Planung beteiligten Personen interdisziplin r die Strukturvarianten und Layouts gemeinsam in der VR erstellen und bewerten Gau 00 Grobplanung Systemplanung In der darauffolgenden Systemplanung werden die Materialflussmittel Stapler F r derb nder etc ausgew hlt sowi
27. Fall ist Abbildung 6 3 zeigt den Aufbau einer Cave Abbildung 6 3 Darstellungen einer Cave Arr 10 Gee 10 Der Anwender ist von mindestens drei Projektionsfl chen umgeben Es gibt auch Varianten mit bis zu sechs Projektionsfl chen die ein vollst ndiges Eintauchen in die virtuelle Welt erm glichen Das Konstruktionsprinzip erlaubt es dass mehrere Per sonen an einer Sitzung teilnehmen k nnen Aufgrund der Nutzung von mehreren Projektoren und Spiegel sind die Kosten f r das System im Vergleich am teuersten Zudem sind der Aufbau und die korrekte Justierung f r die umfangreiche Aufstellung sehr zeitaufwendig und schwierig zu bewerkstelligen VR Arbeitsplatz Neueste Entwicklungen im Bereich der VR Ausr stung zeigen bereits kommerzielle L sungen f r den VR Einsatz am Arbeitsplatz Dabei erfolgt die technische Realisie rung ber eine kleine Projektionsleinwand die mit einem Trackingsystem ausgestat tet wird Abbildung 6 4 zeigt einen Arbeitsplatz mit VR Die Kosten f r eine derartige L sung sind im Vergleich zu den bisher gezeigten Realisierungsm glichkeiten gerin ger da die Projektionsleinwand kleiner und nur ein Rechner notwendig ist 67 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking Abbildung 6 4 VR L sungen f r den Arbeitsplatz Ims 10 Ste 04a Die Mobilit t des Systems erweist sich als gut jedoch k nnen nur wenige Anwender gleichzeitig die Anlage nutzen und es wird nur ein mittlerer Immersionsgrad
28. Groblayouts Realisierung Feinplanung Detailplanung e berarbeiten der Planungsdaten e Detaillieren der Struktur und Systemplanung e Erstellen der Ausschreibungsunterlagen Abbildung 3 2 Planungsphasen in der Logistiksystemplanung G n 09 Die Logistikplanung l sst sich grunds tzlich in verschiedene Phasen unterteilen die in Abbildung 3 2 dargestellt sind Das Unterst tzungspotenzial eines VR Systems in den einzelnen Planungshasen soll im Folgenden er rtert werden Vorarbeiten Bei den Vorarbeiten werden in einer Ist Analyse der Materialfluss des bestehenden Systems untersucht und die notwendigen Daten f r die weitere Planung erfasst Die in der Materialflussuntersuchung gewonnenen Daten St ckzahlen Umschlagh u figkeiten etc sind f r den weiteren Planungsverlauf wichtig Da die VR ein reines Visualisierungsmedium darstellt ist ein Einsatz in diesem Bereich der Vorarbeiten nicht sinnvoll Anders gestaltet es sich bei der grafischen Darstellung des aktuellen 18 3 Einsatzszenarien und Anforderungsanalyse Ist Zustandes Dabei ist es von Vorteil wenn das Layout bei einer nderungspla nung bereits vorhanden und somit eine Durchg ngigkeit gew hrleistet ist Andern falls m ssen 3D Modelle f r das Logistiksystem beschafft ggf konvertiert oder auch neu erstellt werden Nach Abschluss der Modellerstellung l sst sich der derzei tige Stand der Anlage sehr gut in der VR visualisieren und beurteilen Die Soll
29. Kennenlernen der neuen Umgebung und hilft sich mit Abl ufen vertraut zu machen Die visuelle Schulung mit der virtuellen Realit t bringt dabei meist bessere Ergebnisse als her k mmliche Unterrichtsmethoden Wal 07 Durch diesen allgemeinen und neutralen Planungsprozess ist es m glich durch n derungen oder Anpassungen der einzelnen Schritte im Bereich der Planungsausf h rung noch unerschlossene Szenarien abzudecken 4 2 Aufgabenspezifischer VR Planungsprozess Angelehnt an den optimal unterst tzten Planungsprozess mit Hilfe der VR entsteht der aufgabenspezifische Planungsprozess Dieser soll die konkrete Anwendung des 27 4 Festlegung VR unterst tzter Referenzprozess allgemeinen Prozesses auf ein Anwendungsszenario das in AP 1 untersucht wurde zeigen ber die aufgabenspezifische Anpassung kann das System f r verschieden artige Problemstellungen aus der Einrichtungsplanung Arbeitsplatzgestaltung Sys temanalyse etc verwendet werden Als Beispiel wurde die Arbeitsplatzgestaltung als aufgabenspezifischer Prozess gew hlt Sie ist in den meisten Unternehmen im Lo gistikbereich n tig und kann bei der Planung und dem Entwurf von Kommissionie rarbeitspl tzen erforderlich sein Planungsbedarf Kooperativer Aufgaben Einsatz spezifischer Ist Aufnahme Daten Ye bernahme Planungsprozess Datenmodell gt Arbeitsplatz Arbeitsplatzgestaltung Vorarbeiten Erstellung von Va
30. Lukas U Mesing B Sch fer C Leitfaden zur Auswahl eines VR Systems Technische Universit t Hamburg Harburg 2008 Gausemeier J Grafe M Ebbesmeyer P Nutzenpotentiale von Virtual Reality in der Fabrik und Anlagenplanung In Werkstattstechnik online Jahrgang 90 Heft 7 8 2000 S 282 286 158 Gee 10 Gie 09 Gud 00 G n 09 Haa 08 Has 03 Has 04 Her 08 Hil 09 Literaturverzeichnis A VR Geek s Blog http cb nowan net blog 2010 03 13 cave for sale Aufruf am 12 08 10 Giesemann H Holodecks f r die Massen In c t Magazin f r Cpmuptertechnik Heft 19 2009 S 42 Gudehus T Logistik 1 Grundlagen Verfahren und Strategien Berlin Springer 2000 G nthner W A Planung technischer Logistiksysteme Vorlesungsskriptum Lehrstuhl f r F rdertechnik Materialfluss Logistik Technische Universit t M nchen 2009 Haan de G Griffith E Post F Using the Wii Balance Board as a low cost VR interaction device In Proceedings of the 2008 ACM symposium on Virtual reality software and technology Bordeaux Frankreich S 289 290 Haselberger F Trends in der Entwicklung von Virtual Reality Systemen In Werkstattstechnik online Jahrgang 93 Heft 1 2 2003 S 2 6 Hassan l Sitter H Schlosser K Zielke A Rothmund M Gerdes B Laparoskopiesimulator Abbildung der manuellen Geschicklichkeit in der laparoskopischen Chirurgie In Der Chirurg Heft 2
31. Nachteile e 6 DoF m glich e Akzeptanz bei den Benutzern e hohe Genauigkeit v a im industriellen Bereich e hohe Robustheit e geringer Messraum e geringe Latenzzeit e hohe Kosten e nur ein Objekt kann getrackt werden Optisches Tracking Das optische Tracking arbeitet mit einer oder mehreren Kameras die innerhalb ihrer Aufnahmebereiche Objekte verfolgen Dabei ist es teilweise erforderlich den Ar beitsbereich mit mehreren Kameras abzudecken Verwendung finden hierbei Video oder Infrarotkameras die sich anhand bestimmter Referenzgeometrien orientieren Wag 05 Dabei muss zwischen zwei grunds tzlich unterschiedlichen Orientie rungsmethoden unterscheiden werden Der outside in Methode und der inside out Methode Bei der outside in Methode werden die Kameras fest installiert Die Refe renzgeometrien die sich innerhalb ihres Aufnahme Trackingbereichs befinden werden aufgenommen Dabei ist die Dimension und Orientierung der Referenzgeo metrien Targets bekannt Aufgrund der aus verschiedenen Perspektiven erfolgten Aufnahme der Targets l sst sich die r umliche Position mittels Triangulation be stimmen Im Gegensatz dazu steht die inside out Methode bei der die Referenz geometrien an definierten Orten fest installiert sind und sich die Kamera am Nutzer befindet der sich mit dieser bewegt Auch in diesem Fall sind die Dimensionierung und die Orientierung der Targets bekannt so dass eine Positionsberechnung erfol gen kann Die op
32. Navigation geeignet ist Mit ihr k nnen Objekte bewegt und gedreht werden oder die 3D Maus wird genutzt um sich selbst als Beobachter durch das dreidimensionale Modell zu steuern Die Abbildung 5 3 zeigt die Funktionalit ten mit den drei Rotations und den drei Translationsachsen die eine Steuerung um alle sechs Freiheitsgrade erlauben e a a 3 Bewegen nach Schwenken nach Vergr ern Kippen Drehen Rollen rechts links oben unten Verkleinern Abbildung 5 3 Bewegungsfunktionen einer 3D Maus Con 09 39 5 Recherche geeigneter Hard und Software Auf einem festen Untersatz angebracht l sst sich die Maus in s mtliche Richtungen im Raum um wenige Millimeter bewegen drehen und kippen l sst Dabei kehrt sie nach dem Loslassen immer wieder in ihre Ausgangsposition zur ck Die Erfassung der sechs Freiheitsgrade geschieht ber opto elektronische Sensoren die reibungs und verschlei frei sind F r die Steuerung ist lediglich eine Hand erforderlich Die Spacemouse besitzt zudem zwei weitere Tasten die nach individuellen Erfordernis sen belegt werden k nnen Die Abbildung 5 4 zeigt die Realisierung einer 3D Maus der Firma 3Dconnexion Con 09 Abbildung 5 4 3D Maus SpaceNavigator der Firma 3Dconnexion GmbH Der Einsatz der 3D Maus im Forschungsprojekt kann sich f r die Erstellung der Pla nungsmodelle oder ggf f r eine Navigation der Nutzer als hilfreich erweisen Air Maus Relativ neu auf dem Markt ist die sogen
33. Planung mit Hilfe der virtuellen Realit t einen Fortschritt bei den Planungswerkzeugen f r die Logistik bedeutet Es soll dabei nicht Ihre Leistung berpr ft werden sondern es interessieren Ihre Erfah rungen und Meinung zu der von Ihnen verwendeten Technik Die Auswertung des Fra gebogens erfolgt v llig anonym Uns w rde es sehr helfen wenn Sie die Fragen so umfassend und ehrlich wie m glich beantworten Vielen Dank Ihr Team des fml Dipl Wirtsch Ing Florian Kammergruber 089 289 15955 kammergruber fml mw tum de Seite 1 von 13 177 Anhang B Fragebogen Evaluierung 1 1 Mobiles Virtual Reality System 1 1 Aufbau Abbau und Zusammenbau Die Aufbauanleitung war einfach und bersichtlich Die Texte in der Aufbauanleitung waren verst ndlich formuliert Die Bilder waren ausreichend detailliert und bersichtlich Das System war leicht zusammenzuset zen Die einzelnen Bauteile wirkten robust und best ndig F r den Aufbau reichen zwei Personen aus Die Aufbauzeit hielt sich in einem ver n nftigen Rahmen Der Anschluss der Systemkomponenten war eindeutig gekennzeichnet Die Ausrichtung des Bildes war zu auf wendig Die Abbauzeit hielt sich in einem ver n nftigen Rahmen Der Abbau war einfach zu bewerkstelli Jar gen Notizen Verbesserungsvorschl ge zu den oben genannten Punkten Kamen w hrend des Aufbaus ungekl rte Fragen auf Wenn ja wo Seite 2 von 13 178 Anhang B Fragebo
34. Setup angepasst werden so wie ber eine geeignete Schnittstelle die Positionsdaten an die VR Basissoftware liefern Ebenfalls muss das Interaktionskonzept f r die Kommissionierung umgesetzt werden Dazu wird das bestehende Plug in f r den Wii Controller erweitert 136 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking 8 3 1 Trackingsoftware Die Trackingsoftware bernimmt die Berechnung der von den Infrarotkameras gelie ferten Bilder Sie wertet die Aufnahmen aus und errechnet anhand der hellen Bild punkte die Position der Targets im Raum Die ermittelten Positionen der Targets werden als Trackingkoordinaten an einer Schnittstelle zur Verf gung gestellt Diese werden dabei gleichzeitig aufgenommen berechnet und zum Streamen zur Verf gung gestellt F r eine 6 DoF Erfassung bestimmt die Software dabei die Position in xyz Richtung und die Drehwinkel des Targets Die f r das Streaming bereitgestellten Daten k nnen ber den Industriestandard VRPN Virtual Reality Peripheral Network oder trackd in interaktiven VR Visualisierungen implementiert werden F r das For schungsvorhaben wird auf trackd zur ckgegriffen N heres wird im n chsten Ab schnitt 8 3 2 erl utert Neben der Positionsbestimmung ist die Trackingsoftware auch f r die Kalibrierung der Kameras zust ndig Diese m ssen bei jedem Einsatz sofern sie nicht an dem selben Platz wiederverwendet werden neu zueinander kalibriert werden Dies ist f r eine genaue Targetverfolgung mi
35. System und soll deshalb zum Einsatz kommen Optische Infra rotsysteme mit der outside in Methode sind bereits heute in Laborumgebungen und vielen industriellen VR Installationen weit verbreitet Ste O4a Art 09 Sie ber zeugen durch eine gute Genauigkeit und f r die Interaktion m ssen nur passive Re ferenzgeometrien f r den Nutzer oder f r die Interaktionsger te erstellt werden Die se Systeme sind bereits kommerziell erwerbbar jedoch sind sie teuer und ein Kalib rieren der Kameras ist oftmals notwendig Im Forschungsantrag wird die Idee aufgeworfen ein optisches outside in System mit Hilfe kosteng nstiger Webcams und 2D Barcodes als Referenzen einzusetzen Dieser systemische Aufbau ist eine g ngige Zusammenstellung f r Augmented Rea lity Anwendungen Die Verwendung f r VR LogPlan liefert jedoch keine ausreichend zufriedenstellende L sung da das markerbasierte Trackingverfahren sehr lichtemp findlich ist und die Verbindung zu den Targets h ufig abrei t Teg 06 Dies macht ein sinnvolles Arbeiten unm glich Denn die am Nutzer oder am Interaktionsger t angebrachten Marker 2D Barcodes werden bei etwas gr erer Entfernung und bei zu schnellen Bewegungen von der Kamera nicht mehr richtig erkannt Ebenso geht das Tracking bei leichter Drehung der Interaktionsger te verloren Diese Probleme w rden dem Anwender kein gutes Interaktionserlebnis liefern Die vielen Vorteile die ein Trackingsystem bieten kann sind nicht zwingen
36. Technologie noch kein Massen markt vorhanden ist Die Versuchsergebnisse haben gezeigt dass die dreidimensio nale Planung durchaus in der Lage ist die Durchf hrung effektiver zu gestalten und das r umliche Vorstellungsverm gen in Bezug auf den Planungsgegenstand zu ver bessern Auch der schnelle und mobile Aufbau und Einsatz des VR Systems wurde von den Testkandidaten attestiert und zeigte sich auch in den Zeitaufnahmen Die Navigation und Interaktion in der virtuellen Welt war f r die Personen nachvollzieh bar und nach kurzer Erkl rung konnten sie sich bereits selbstst ndig in der VR Szene fortbewegen Das Forschungsvorhaben hat gezeigt dass das System einen innovativen Verbesse rungsschritt f r die Planung logistischer Anlagen darstellt Durch die r umliche Dar stellung und gro e Projektion des Planungsgegenstandes wird es m glich dass mehrere Personen gleichzeitig an der Planung teilnehmen und alle sich ber dassel be unterhalten Die Verst ndigung untereinander l uft schneller und reibungsloser ab da jeder das visuelle Abbild vor sich sieht Industrielle Anwendungsm glichkei ten sind in Teilbereichen der Planungs und Schulungsphasen zu sehen Das Sys tem selbst kann von KMUs zur Kundenakquise zur Planungs Review zur Darstel lung von Planungsergebnissen oder zur gezielten Schulung von Mitarbeitern genutzt werden Es wurde gezeigt dass die VR Technologie eine zukunftsf hige Technolo gie im Bereich der Logistiksystempl
37. bzw Sicherheitsunterweisungen l sst sich das System f r einen weiteren Zweck g ngiger Unterweisungen einsetzen Dem Perso nal lassen sich Fluchtwege virtuell aufzeigen und diese von jedem einzelnen nach gehen Durch die visuelle Darstellung pr gt sich der Weg gut ein und ist im Ernstfall schnell abrufbar Genauso verh lt es sich f r Sicherheitsunterweisungen An wel chen Stellen lassen sich Feuerl scher finden welche Bereiche d rfen nicht betreten werden usw Prozessschulung Den wichtigsten Aspekt der Schulung im Kommissionierbereich stellt das Erlernen von Prozessen im Ablauf der Kommissionierung oder in anderen Prozessen im Lo gistikbereich dar Dabei kann als Schulungsmodell beispielsweise der komplette Kommissionierprozess einer Mann zur Ware Kommissionierung abgebildet werden In der Trainingseinheit bewegt sich der Mitarbeiter in dem virtuellen Lager holt sich seine Kommissionierauftr ge ab l uft durch die Regalgassen pickt die ben tigten Waren und liefert die abgeschlossenen Auftr ge anschlie end ab Denkbar ist auch die interaktive Schulung von vielen weiteren Prozessen Handhabung von defekten oder faschen Teilen am Lagerort Prozess der M llentsorgung Beachtung des Sta pelschemas Ablauf gewisser Kommissionierprozesse Etiketten scannen Artikel nummern abgleichen Artikelaufnahme uvm 127 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking 8 2 Hardwareumsetzung Die Verbesserungen am Funktionsmuster ziehen einige g
38. der Logistik 2 3 VR Einsatz in der Schulung 3 Einsatzszenarien und Anforderungsanalyse 3 1 VR in der Logistikplanung 3 2 Einsatzszenarien 3 3 VR im Planungsprozess 3 4 Anforderungen und Lastenheft 4 Festlegung VR unterst tzter Referenzprozess 4 1 Optimal unterst tzter VR Planungsprozess 4 2 Aufgabenspezifischer VR Planungsprozess 5 Recherche geeigneter Hard und Software 5 1 Virtual Reality Basissoftware 5 1 1 Anforderungen an die VR Basissoftware 5 1 2 Softwareauswahl 5 2 Interaktionsger te 5 2 1 Anforderungen an Interaktionsger te 5 2 2 Auswahl an Interaktionsger ten 5 2 3 Bewertungskriterien 5 2 4 Bewertung der Interaktionsger te oO Oo N 1 01 gt Dy a PP aA OO OO O OO OO Dy DT DD A a A a oO So N oa ro SS SS gt A oa gt ND lt Inhaltsverzeichnis 5 3 Trackingsystem 5 3 1 5 3 2 5 3 3 5 3 4 5 3 5 5 3 6 Notwendigkeit eines Trackingsystems Anforderungen an die Trackingtechnologie Trackingtechnologien Bewertungskriterien Bewertung der Trackingtechnologien Ergebnisse 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking 6 1 6 2 6 3 Konzeption und Design des Funktionsmusters 6 1 1 6 1 2 6 1 3 6 1 4 6 1 5 6 1 6 Umsetzungsm glichkeiten von VR Systemen Nutzwertanalyse zur Systemfindung Konstruktive Ausgestaltung von VR Systemen Stereoverfahren Interaktionskonzept Softwarel sungen f r die 3D Planung Hardwareumsetzung 6 2 1 6 2 2 6 2 3 6 2 4 6 2 5 Projektionsges
39. der Planungsphase zur Ergonomieuntersuchung verwendet werden kann ohne dass der neue Arbeitsplatz bereits tats chlich errich tet wurde Weiterhin k nnen mit Hilfe der menschintegrierten Simulation virtuell die geplanten Arbeitsprozesse nachgebildet und getestet werden Diese Tests k nnen zun chst von den Planern selbst und anschlie end vom operativen Personal erfol gen Durch die virtuelle Simulation wird schnell ersichtlich ob die geplante Variante umsetzbar und optimal gestaltet ist Am Ende dieser Phase werden die Ausschrei bungsunterlagen zur Realisierung des Planungsvorhabens erstellt Realisierung Das VR LogPlan kann w hrend der Realisierung des geplanten Logistiksystems zur Schulung f r das Personal eingesetzt werden Die Arbeiter k nnen sich in der virtu ellen Welt realit tsgetreu bewegen und Arbeitsabl ufe erproben Dadurch wird ein schneller Anlauf des Logistiksystems nach der Fertigstellung erreicht da den Mitar beitern die Vorg nge bekannt sind und die Eingew hnungsphase verk rzt wird Die N tzlichkeit besteht in der Durchg ngigkeit des Systems 3D Modelle die f r die Planung entworfen wurden k nnen gleich f r die nachfolgende Schulung weiter ge nutzt werden Ein Mehraufwand f r das Erstellen neuer Modelle f r die Schulung entf llt somit 20 3 Einsatzszenarien und Anforderungsanalyse Die folgenden Tabellen Tabelle 3 3 und Tabelle 3 4 zeigen die Zusammenfassung der m glichen Einsatzfelder des VR
40. des Spielers erstellt und die komplette Kontur des Nutzers kann getrackt werden Gie 09 Ein hnliches Projekt verfolgt das Fraunhofer FIT Dort wurde ein Demonstrator realisiert der durch Gestenerkennung die Hand und Fingerstellungen des Nutzers in Echtzeit erkennt Mit Hilfe der Gesten wird eine In teraktion in der VR m glich ohne ber spezielle Marker getrackt werden zu m ssen Fit 10 Der Anwender kann das System lediglich mit seinen H nden und durch Gesten steuern 58 5 Recherche geeigneter Hard und Software 5 3 4 Bewertungskriterien Bei Betrachtung der unterschiedlichen Trackingtechnologien ist festzustellen dass es keine optimale universelle Trackingtechnologie gibt da alle neben ihren Vorteilen auch Nachteile besitzen Zudem muss die Technologie f r die verschiedenen Ein satzszenarien des VR LogPlan geeignet sein Auch die Anforderungen aus dem Las tenheft in AP 1 an das Trackingsystem m ssen ber cksichtigt werden Diese setzen sich zusammen aus der Genauigkeit des Trackings der Robustheit der Geschwin digkeit Latenz dem Trackingmessraum und den Kosten F r die Bewertung der Trackingtechnologien wurden neben den Kriterien aus dem Lastenheft weitere Kri terien aufgrund von Expertengespr chen hinzugezogen e Anzahl Objekte Die Anzahl der zu trackenden Targets ist gering da meist nur eine Person vor der Leinwand aktiv mit dem System ber Flystick Hand schuh Trackingbrille usw arbeitet Die restlichen Per
41. einer computergest tzten Schulung erlaubt es die operativen Mitarbeiter in der Logistik vor einem geplanten Serienanlauf zu schulen und somit die Inbetriebnahme zu beschleunigen oder neue Mitarbeiter f r den Serienbetrieb zu schulen ohne die laufenden Prozesse zu st ren Durch die mobile Ausf hrung des VR Systems ergibt sich ein vergr erter Einsatzbereich in dem die Schulungsma nahmen durchgef hrt werden k nnen So ist es beispielsweise denkbar das System in einer Werkhalle aufzustellen und die Mitarbeiter direkt vor Ort zu einzelnen Pro zessen zu unterrichten Diese Einsatzm glichkeit erspart Anfahrtszeit zu Schulungs r umlichkeiten und minimiert die Ausfallzeit der Arbeiter f r eine Schulung wenn diese extern stattfinden w rde Durch die Nutzung des Systems entfallen auch zeit liche Restriktionen d h es k nnen Trainingseinheiten kurzfristig ausgesetzt bzw zu einem passenden Zeitpunkt geplant werden Durchlaufene Trainingseinheiten k n nen beliebig oft wiederholt werden und haben zudem bei einer fehlerhaften Durch f hrung keine negativen Folgen Der Einsatz des Schulungsmediums ist daher so wohl zeit als auch ortsunabh ngig Der Aufbau des Systems mit einer gro en Pro jektionsfl che erm glicht eine flexible Anzahl an Teilnehmern und ein Teamtraining Scu 09b W hrend einerseits jeder Mitarbeiter f r sich die interaktive Schulung durchl uft so k nnen die Kollegen das Training beobachten und Hinweise geben Somit
42. erlaubt Die Integration stellt sich somit als einfach dar Der Spielcontroller von Logitech wird ebenfalls mit einer Softwareanwendung gelie fert mit der sich alle Tasten die beiden Steuersticks und der 8 Wege Richtungsblock des Controllers belegen lassen Dabei erfolgt die Belegung immer mit Tastaturbefehlen oder Tastaturkombinationen Diese Einschr nkung nur Tasta turk rzel verwenden zu k nnen f hrt dazu dass nicht alle Navigationsmodi ein wandfrei darstellbar sind Auch bei dem Spielcontroller ist somit kein weiterer Pro grammieraufwand notwendig Anders gestaltete es sich f r die Wii Interaktionsger te Da sie aufgrund ihrer aus schlie lichen Nutzung als Spielkonsoleninteraktionsger te nicht f r einen Einsatz im Computerbereich gedacht sind ist die Implementierung schwieriger Die Firma Nin tendo bietet f r diesen Bereich keinen offiziellen Support f r Entwickler an und stellt somit auch kein Software Development Kit SDK f r den Wii Controller und das Ba lance Board zur Verf gung Doch wegen derer Vielseitigkeit haben sich bereits viele Entwickler mit den Wii Ger ten auseinandergesetzt so dass eine Open Source C Bibliothek f r die Ansteuerung der Ger te vorhanden ist F r das Forschungsprojekt wurde die Wiiyourself Bibliothek von gl tter verwendet Wii 10 Sie unterst tzt meh rere Wii Controller den Nunchuck sowie die Motion Plus Erweiterung und das Ba 102 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking lan
43. erreicht Die Industrie verspricht sich von diesem Ansatz dass Mitarbeiter bei CAD Arbeiten bereits von Beginn an immersiv und somit effektiver Entw rfe modellieren k nnen Projektionsleinwand Portable VR L sungen ben tigen im Grunde lediglich eine geeignete Projektions leinwand um die VR zu erzeugen Von mehreren Firmen werden dazu bereits Kom plettl sungen in verschiedenen Varianten angeboten So gibt es mobile passive Ste reosysteme mit zwei Beamern und einer Workstation sowie L sungen die einen ak tiven Stereo Beamer und einen Laptop einsetzen Abbildung 6 5 zeigt das portable VR System der Firma Imsys das lediglich eine Projektionsfl che ben tigt Abbildung 6 5 Mobiles 3D Stereo Komplettsystem smart 3d Ims 10 Die Systeme sind f r eine R ckprojektion geeignet und ben tigen in Abh ngigkeit des eingesetzten Stereoverfahrens eine spezielle Projektionsfl che oder aktive Shut terbrillen Ausgeliefert werden sie ohne ein Trackingsystem und lassen sich handlich in einem Rollkoffer transportieren Des Weiteren sind sie auch Multiuser f hig und 68 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking zeichnen sich im Vergleich zu Caves und Powerwalls durch geringere Kosten aus Nachteilig wirkt sich jedoch der geringe Immersionsgrad aus 6 1 2 Nutzwertanalyse zur Systemfindung Wie gezeigt k nnen f r den Aufbau eines VR Systems grunds tzlich unterschiedli che M glichkeiten in Betracht kommen F r VR LogPlan i
44. geh ren zum Lieferumfang eine passende Software f r die Einrichtung der Kameras Komponenten zur Kalibrierung der Kameras sowie bereits fertige Targets Die Kameras werden per USB an den Hub angeschlossen der wiederum mit einem USB Anschluss an den Rechner des VR System angeschlossen wird Dieser besitzt beim Funktionsmuster mit einem Quad Core ausreichend Leistung um auch noch eine Verarbeitung der Trackingdaten vorzunehmen Die Kameras sind vibrationsempfindlich und ben tigen eine sichere und stabile Be festigung so dass sie und der Opti Hub auf ein separates Gest nge montiert wer den Bei Bedarf kann dieses im oberen Frontbereich des Projektionsgestells aufge h ngt werden und ist somit als weiteres Modul konzipiert In Abbildung 8 8 ist ab schlie end die UML2 Notation des erweiterten Funktionsmusters mit Tracking dar gestellt 133 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking e us e lt lt device gt gt Trackingkamera 1 lt lt USB gt gt N er ii D N lt lt device gt gt lt lt USB gt gt N USB OptiHub m lt lt device gt gt N lt lt USB gt gt Trackingkamera 2 MN U Dur gt lt lt device gt gt Schanze Trackingkamera 3 lt lt device gt gt Projektor 1 lt lt DVI gt gt lt lt device gt gt Workstation lt lt DVI gt gt lt lt device gt gt Pr
45. hinzugef gt In der Kostenaufstellung wurde die kosteng nstigere Variante mit dem OptiTrack System eingerechnet Die Gesamtkosten des voll funktionsf hi gen mobilen VR Systems erreichen somit 12 340 Euro Die Aufstellung in Tabelle 8 1 enth lt alle hardwaretechnischen Komponenten Tabelle 8 1 Kostenzusammensetzung Funktionsmuster 2 mit Tracking Hardwarekosten bersicht Funktionsmuster 2 Konstruktion Gestell Projektionsgestell Profile Verbinder etc 800 Projektorenwagen Profile Rollf e Tragegriffe 700 Hardware Workstation Siemens Celsius M460 1 950 Leinwand 84 Zoll WhiteScreen XRP3 4 3 840 Polarisationsfilter linear polarisiert V Anordnung 100 Projektoren InFocus LP 530 3 500 3D Brillen 3D Brillen de 10 St ck 30 Trackingsystem NaturalPoint OptiTrack 4 100 Interaktionsger te Funktastatur inkl Maus 60 Wii Controller Nintendo 40 Wii Balance Board Nintendo 100 Reflexionskugeln A R T GmbH 120 Summe 0 12 340 In der Gesamtsumme wiederum nicht ber cksichtigt sind die Kosten f r die VR Basissoftware Dies erfolgt aus denselben Gr nden wie in Abschnitt 6 4 der Ge samtkostenaufstellung des Funktionsmusters 1 da je nach Anforderung eine andere Software eingesetzt oder bereits vorhandene genutzt werden kann 141 9 Evaluierung des Systems mit Tracking Mit dem erstellten Funktionsmuster soll in einer Evaluierung die Machbarkeit der innovativen Mitarbe
46. in Abbildung 5 12 gezeigte Balance Board wurde bereits erfolgreich in anderen VR Projekten als kosteng nstiges Interaktionsmedium eingebunden vgl Hil 09 oder Haa 08 Umsetzbar w re f r VR LogPlan eine Art der Gehbewegung bei der der Anwender mit den F en abwechselnd auf der Stelle tritt indem er abwechselnd das linke und das rechte Bein hebt wie es beim echten Gehvorgang der Fall ist Die Umsetzung eines derartigen Konzeptes beinhaltet aber einen ergonomischen Prob lempunkt Der Anwender bewegt sich zwar in einem geh hnlichen Rhythmus tat s chlich bleibt er aber auf der Stelle stehen und die virtuelle Welt bewegt sich fort als w rde er gehen Die visuelle Darstellung und die Wahrnehmung des menschli chen K rpers stimmen somit nicht mit der ausgef hrten Bewegung berein und es kann beim Anwender zu Komplikationen oder Umsetzungsschwierigkeiten kommen Virtuelle Hand Zur Abbildung der virtuellen Hand kann ein reines Handtracking realisiert werden Dabei wird eine Hand mit einem Tracking Marker versehen das mehrere Tracking kugeln enth lt Nun kann die Position der Hand ber die Trackingkameras erfasst und somit die virtuelle Hand bewegt werden Dabei ist zu ber cksichtigen dass die se L sung keine Greifbewegung in der virtuellen Welt erm glicht Es lassen sich nur die Hand selbst und ihre Position bestimmen Abbildung 5 13 Realisierung eines Handtrackings Art 09 Diese L sung ist kosteng nstiger als die V
47. mm Abschlie end enth lt der Punkt Equipment vorwiegend Objekte 95 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking welche keiner der eben genannten Kategorien zuzuordnen sind Modelle von z B B rotischen oder st hlen etc sind hier gesammelt Tabelle 6 9 fasst die statischen Objekte mit ihren Varianten zusammen Tabelle 6 9 bersicht statische Objekte im 3D Planungstool Flurf rderzeuge Gabelstapler Kommissionierer Hubwagen etc Roboter versch Robotermodelle Paletten 1200 x 800 mm 800 x 600 mm Equipment z B B rotische st hle etc Grafische Benutzeroberfl che Im folgenden Teil werden die Benutzeroberfl che und die Objekterstellung n her erl utert Die grafische Benutzeroberfl che des Plug ins gliedert sich in insgesamt drei Teilbereiche Die Abbildung 6 23 zeigt das Planungstools mit dem Auswahlfens ter dem Parameterfenster und der Werkzeugleiste F E Modhy Ceste Dupioy Wind Selci Mesh EdtMesh Pory Nomas Cor Cestouvs ER Munde Habe ne Free LoP Mh 7 High Model Abbildung 6 23 Graphische Benutzeroberfl che Planungstool Das Auswahlfenster Auswahl Ul ist das zentrale Element des Plug ins Es stellt die Objektbibliothek dar und zeigt dem Nutzer alle erstellbaren Modelle Der Benutzer trifft darin eine Vorauswahl seiner Objekte Die einzelnen Komponententypen sind separiert durch aufklappbare Vorschaufenster Sobald ein Objekt ausw hlt wurde ffnet sich d
48. r die 3D Planung bei 10 28 Minuten Die minimale Dauer betrug bei der Papierplanung 12 33 Minuten bei der 3D Planung 7 10 Minu ten Die maximale Dauer lag bei 23 14 und 15 33 Minuten Das Ergebnis dass die 3D Planung schneller vollzogen werden konnte ist aber etwas differenziert zu be trachten Die zu bew ltigende Aufgabe war bei beiden Verfahren hnlich und mitei nander vergleichbar Da sie zudem relativ leicht war war nur ein geringer Zeitanteil an geistiger berlegung f r das Anlegen des Layouts notwendig so dass die we sentlich Aufgabe im Anordnen bestand Der zeitaufw ndige Teil im Bereich der Pa pierplanung bestand in dem Ausschneiden der Funktionseinheiten aus dem Papier bogen und das Aufkleber dieser auf das Layoutpapier Dennoch ist die Zeitdifferenz von ber sechs Minuten relativ hoch so dass die Aussage getroffen werden kann dass durch ein 3D Planungstool der Planungsprozess beschleunigt werden kann bzw dieser zumindest nicht verlangsamt wird Vergleich der Planungsverfahren 0 20 40 60 80 100 90 0 68 9 96 7 Erlernbarkeit Vorstellungsverm gen 71 1 EEE EEE 65 6 90 0 Tr 85 6 II iakeit Ferti 522 l Schnelligkeit Fertigstellung en Planungstechnik hat Spa gemacht Empfehlung zur Aufgabenbew ltigung OPapierplanung M3D Planungstool Abbildung 7 7 Beurteilungen der beiden Planungsverfahren In Abbildung 7 7 werden die subjektiven Meinungen der Probanden zu den be
49. r die Logistikplanung f llt wie in Abbildung 7 5 ersichtlich relativ gut aus 113 7 Evaluierung des Systems ohne Tracking 3D Planung 0 20 40 60 80 100 Modellbibliothek System erleichtert Planen Planungsfehler vermeiden Positionierung Funtkionseinheiten Planen in der Form interessant Abbildung 7 5 Beurteilung des 3D Planungstools f r die Layoutplanung Zu 93 3 finden die Probanden die dargestellte Modellbibliothek mit ihren Parame tereingaben als sehr hilfreich Zugleich bescheinigen sie dem Planungstool die Layoutplanung wesentlich zu erleichtern 87 8 sowie der Vermeidung von Pla nungsfehlern pr ventiv entgegenzuwirken 81 2 Die neue Form des Planens mit Hilfe des 3D Tools wurde zu 90 als interessant angesehen Diese Form des Inte resses schl gt sich auch auf die Motivation bei der Planung nieder Der Vergleich der verschiedenen Planungsmethoden liefert interessante Ergebnisse Zun chst wurde objektiv die Zeit f r die Bew ltigung der Planungsaufgabe gemes sen Die Zeitmessung startete nach dem Durchlesen der Aufgabenstellung und en dete mit der Fertigstellung des Layouts Planungszeiten Mittelwerte mit Min amp Max Papierplanung 3D Planung Abbildung 7 6 Mittelwerte der beiden Planungsverfahren 114 7 Evaluierung des Systems ohne Tracking Abbildung 7 6 zeigt dass die durchschnittliche Dauer f r die Papierplanung bei 16 78 Minuten lag hingegen f
50. rechnet Beim Einsatz eines Videosystems wird mit Hilfe einer normalen Kamera im einfachsten Fall einer Webcam ein Bild der Umgebung aufgenommen Eine Bildver arbeitungssoftware wertet dieses aus und orientiert sich dabei ebenfalls an den Tar gets Bei den Targets kommen meist auf Papier ausgedruckte 2D Barcodes zum Einsatz die mit schnell zu verarbeitetenden Mustern in schwarz wei erstellt worden sind Es sind auch bereits Systeme vorhanden bei denen sich die Software anhand bestimmter Geometrien orientieren kann markerloses Tracking Als Beispiel kann hier das kommerziell eingesetzte System digital Box von Metaio genannt werden das sich anhand der Abbildung auf einer Verpackung eines Legobausatzes orientiert Met 09 Die beiden Aufnanmemethoden Infrarot und Video unterscheiden sich ebenfalls in ihren Eigenschaften So ist das IR Tracking sehr genau und durchaus robust Je doch ist das daf r n tige Equipment bestehend aus mindestens zwei IR Kameras und den Targets die ber eine spezielle Beschichtung verf gen sehr teuer Video systeme sind in dieser Hinsicht preiswerter da die Kameras kosteng nstiger und die Marker selbst mit dem Drucker herstellbar sind Daf r ist das Tracking aber weniger robust und stark abh ngig von den Lichtverh ltnissen sowie dem Winkel zwischen 57 5 Recherche geeigneter Hard und Software der Kamera und den 2D Barcodes Vor und Nachteile des optischen Trackings sind in Tabelle 5 9 zusamme
51. un ten schwenkt und umgekehrt Die Nutzung des Wii Controllers als Interaktionsger t wurde somit erfolgreich implementiert 104 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking 6 4 Gesamtkosten des Funktionsmusters 1 Mit dem Forschungsvorhaben sollte die kosteng nstige Realisierung eines mobilen VR Systems untersucht werden Bei der Konstruktion und dem Design des Funkti onsmusters in AP 4 wurde auf eine preisg nstige Auswahl mit einem guten Leis tungsverh ltnis der jeweiligen Komponenten geachtet Das Funktionsmuster ohne Tracking kommt so auf einen Gesamtpreis f r die Hardware von 7 210 Euro Tabelle 6 10 zeigt die Zusammensetzung der Kosten f r das Gestell der Hardware und der einzelnen Interaktionsger te Die Gesamtkosten sind somit relativ gering und stellen den Anforderungen des Lastenhefts entsprechend f r KMU ein durchaus er schwingliches System dar Tabelle 6 10 Kostenzusammensetzung Funktionsmuster ohne Tracking Hardwarekosten bersicht Funktionsmuster 1 Konstruktion Gestell Projektionsgestell Projektorenhalterung 600 Profile Verbinder etc Hardware Workstation Siemens Celsius M460 1 950 Leinwand 84 Zoll WhiteScreen XRP3 4 3 840 Polarisationsfilter linear polarisiert V Anordnung 100 Projektoren InFocus LP 530 3 500 3D Brillen 3D Brillen de 10 St ck 30 Interaktionsger te 3D Maus 3Dconnexion 110 Spielcontroller Logitech 40 Wii Controller Nintendo 40
52. und unter Angabe der gew nschten Anzahl vervielf ltigt werden Dies ist f r die schnelle Erstellung von vielen Regalreihen oder zeilen sehr n tzlich Die folgende Abbildung 6 27 zeigt in eine Beispielszenerie die mit dem Planungstool erzeugt werden kann 99 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking Abbildung 6 27 Beispiellayout des Planungstools mit s mtlichen 3D Objekten F r das Forschungsprojekt wurden alle beschriebenen F rdertechnikkomponenten als 3D Modell umgesetzt werden Zus tzlich existiert die Option weitere Modelle zu importieren Das umgesetzte Planungstool liefert f r den Anwender sinnvolle Funkti onen und beweist die Umsetzbarkeit und einfache Bedienung einer dreidimensiona len Logistikplanung Es kann bereits gut zu Evaluationszwecken eingesetzt werden und soll in AP 6 mit einer herk mmlichen Papierplanung verglichen werden In der f r das Planungstool erstellten Bedienungsanleitung werden alle Funktionen beschrieben und eine Einf h rung in die Nutzung der Software gegeben 6 3 2 Konvertierung der 3D Daten Das im vorherigen Abschnitt beschriebene Planungstool stellt ein Plug in f r die Software Maya dar Die Nutzung des Planungstools und somit die Erstellung der dreidimensionalen Modelle geschieht an einem normalen Rechnerarbeitsplatz und wird nicht vor der stereoskopischen Leinwand vollzogen da dies keinen Mehrwert bietet Erst die interdisziplin re Betrachtung der Layouts erfordert den VR Einsatz
53. upz 0 0000 viewer is actived Setup Reset View Direction SN last 8 numbers in HEX SN last 8 numbers in HEX 44ef9481 096ads3f Connect Disconnect Connect Disconnect 0 Battery 0 SN SN walking speed scale 0 50 View changing speed Steps 0 clear Nunchuk model 1 7 walking time 00 00 00 clear with Balance Board Abbildung 8 13 Erweitertes RTT Plug in f r Wii Interaktionsger te Der letzte Eintrag dient dazu die Nutzung des Balance Boards zu aktivieren Denn mit dem Plug in kann der Anwender zwischen zwei Navigationsmodi w hlen Der eine basiert auf der Nutzung des Wii Controllers und dem Nunchuck der andere erlaubt zus tzlich die Verwendung des Balance Boards Bei der Variante mit Balan ce Board geht der Nutzer durch die Szene und kann mit dem Controller seine Blick richtung und seine Gehrichtung r ckw rts seitw rts ndern Kommt nur der Con troller zum Einsatz so kann der Anwender durch die VR Szene fliegen 140 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking 8 4 Gesamtkosten des Funktionsmusters 2 Die Konstruktion des Funktionsmusters 2 des VR LogPlan sollte unter dem Aspekt der kosteng nstigen Auswahl der einzelnen Komponenten realisiert werden Dies erm glicht einen Zugang der Technologie auch f r KMU Die Gesamtkosten des Funktionsmusters 1 lagen bei ca 7 000 Euro In Erweiterung dazu wurde f r das Funktionsmuster 2 ein neuer Projektorenwagen erstellt und ein optisches Tracking system
54. wird der Schulungsprozess f r alle transparent und erlebbar Die dreidimen sionale Visualisierung bewirkt einen realit tsnahen Bezug zur tats chlichen Arbeits umgebung Des Weiteren schafft die visuelle interaktive Schulung eine didaktisch wertvolle Ausgestaltung die ein Feedback an den Lernenden sowie f r die Auswer tung liefert Die Anwendung der modernen Technik erh ht zudem die Motivation der Mitarbeiter f r die Durchf hrung der Trainingseinheit selbst Mit der VR Technologie lassen sich Arbeitsprozesse als Ganzes oder teilweise bis ins kleinste Detail abbil den und als nachvollziehbare Lernprozeduren f r den Mitarbeiter gestalten Clo 09 126 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking Im Folgenden sollen kurz die m glichen Schulungsszenarien f r die sich das Sys tem im Bereich Logistik eignet und nutzen l sst aufgezeigt werden Umgebung Aufbau des Arbeitsplatzes erkunden Die Modellierungsm glichkeiten gestatten es ein realit tsgetreues Abbild des zu k nftigen Arbeitsplatzes zu erstellen Die Schulungsteilnehmer haben die M glich keit sich an ihrem Arbeitsplatz oder bereich zu orientieren und sich mit dem Aufbau vertraut zu machen Sie k nnen sich dabei frei bewegen und die gesamte Fabrikhal le erkunden So machen sich die Kandidaten mit der bisher fremden Umgebung ver traut und finden sich sp ter in der Realit t schneller zu Recht Fluchtwege und Sicherheitsunterweisung Mit dem Erlernen von Fluchtwegen
55. zu den oben genannten Punkten Seite 9 von 13 185 Anhang B Fragebogen Evaluierung 1 5 Navigation und Interaktion Sie haben verschiedene Interaktionsger te f r die Navigation und Interaktion mit dem Virtual Reality System getestet Beurteilen Sie bitte die unterschiedlichen Ger te zuei nander bez glich Bedienung und Navigation Beurteilung nach Schulnoten Spielcontroller Logitech Wii Controller Wii Controller Wii Balance Board Die Navigation mit Hilfe der Interaktionsger te erfolgte oje ote ntuitiv erh lt sich das System bei der Interaktion erwartungs Ei Ze gem Ea Die Steuerung funktionierte problemlos ee Aussage aren Interaktionen mit dem Modell ohne gr ere Prob eme vollziehbar enn nein warum nicht Welche Interaktionsger te halten sie f r die Layoutplanung f r sinnvoll und notwendig Welche Interaktionsger te vermissen Sie Fehlten Ihnen Interaktionsm glichkeiten um die Layoutplanung zu realisieren Seite 10 von 13 186 Anhang B Fragebogen Evaluierung 1 Welche Interaktionsger te waren aus ergonomischer Sicht gut zu bedienen Welche Ger te lagen gut in der Hand Welche Ger te wirkten auf Sie besonders robust welche weniger Welche Interaktionsger te sind zus tzlich erforderlich um Mitarbeiter an einem Virtual Reality Szenario z B Fluchtwege erfolgreich schulen zu k nnen Die dargestellten Interaktionen und Bewegungen reichen aus um ein Logist
56. 2 Z g E o gt 7 se Reflektionen IR Blitze IR Blitze Abbildung 8 1 Aufbau und Funktionsprinzip der IR Kameras von ART ART 09 F r die Einsatzzwecke des VR LogPlan ist eine Konfiguration mit zwei Kameras vor gesehen Dies begr ndet sich zum einen in den sehr hohen Kosten der Kameras und zum anderen darin dass sich der Nutzer erwartungsgem nur vor der Lein wand bewegen wird und dort ein Tracking erforderlich ist Die etwas schlechtere Performance auf Grund von zwei Kameras macht sich kaum bemerkbar Jedoch kommt es auch hier auf die Anzahl der im Setup verwendeten Targets und deren Verdeckungswahrscheinlichkeit bei einer Aufnahme von oben an Die Erweiterung einer bestehenden Konfiguration um weitere Kameras ist bei den meisten Anbietern problemlos m glich F r das Forschungsprojekt geeignete Systeme sollen einer kur zen Betrachtung unterzogen werden lotracker Das an der Technischen Universit t Wien entwickelte Kamerasystem zielt nach Aus sagen des Herstellers auf innovative Algorithmen zur Positionsberechnung zu einem unschlagbaren Preis lot 10 Es wurde f r eine Echtzeit 6 DoF Berechnung in im mersiven Visualisierungssystemen erstellt Dabei sind beim Einsatz eines lotracker Systems mindestens vier Kameras erforderlich Diese werden per Firewire Anschluss an eine separate Tracking Workstation angeschlossen die die Berech 120 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking nung und Auswertung der Bildi
57. Alternati ven gearbeitet werden Dazu eignen sich theoretisch der Spielcontroller und der Nin tendo Wii Controller die zudem ber ein sehr gutes Preis Leistungs Verh ltnis ver f gen Ihr Nachteil besteht darin dass sie noch in die VR Basissoftware ggf ber ein Plug in eingebunden werden m ssen Damit werden die 3D Maus der Spielcon troller und der Wii Controller mit dem Balance Board als m gliche Interaktionsger te f r das VR LogPlan untersucht Bei einer Evaluierung in AP 6 sollen von den Pro banden die drei verschiedenen Interaktionsger te getestet und bewertet werden um zu bestimmen welches Ger t von den Nutzern am besten angenommen wird 5 3 Trackingsystem Mit Hilfe des Trackingsystems lassen sich die Position und die Lage eines oder mehrerer Objekte im Raum bestimmen und diese im Raum verfolgen Erst ein Tra ckingsystem erlaubt die Interaktion des Nutzers mit der virtuellen Welt und ist somit wesentlicher Bestandteil von VR Systemen 5 3 1 Notwendigkeit eines Trackingsystems Der Einsatz und die Integration eines Trackingsystems in das mobile VR System sind mit hohem Aufwand und Kosten verbunden So k nnen die Kosten eines opti schen Trackingsystems in der Einstiegsvariante rund 12 000 Euro betragen Daher stellt sich die Frage nach dem Kosten Nutzeneffekt einer derartigen Erweiterung Die Interaktion mit dem System l sst sich auch durch andere Techniken bewerkstel ligen so dass der erweiterte Nutzen eines Tracki
58. Eingabe verf gt Der Wii Controller verf gt ber drei integrierte Beschleunigungssensoren die es erm glichen die Ausrichtung des Controllers in der Hand des Nutzers zu erkennen Der Controller kann alleine verwendet werden oder in Kombination mit weiterem Zubeh r wie z B dem Nun chuck zum Einsatz kommen Das Ger t ist batteriebetrieben und verf gt zudem ber einen Lautsprecher der die Ausgabe von Tonsignalen oder Ansagen zul sst Die Kosten des Ger tes liegen bei 30 Euro und sind f r den gebotenen Funktionsumfang u erst gering Inzwischen gibt es auch ein von der Firma Visenso vertriebenes Eingabeger t das auf dem Wii Controller aufbaut Vis 09 Das Interaktionsger t wird unter dem Na men VRiiD vertrieben Es dient zur Anwendung im Engineering Bereich und zur Vermittlung von Lerninhalten Die von den integrierten Mikrosensoren erfassten Be 41 5 Recherche geeigneter Hard und Software wegungen im Raum werden mit Hilfe von Filtern korrekt interpretiert Der Preis f r das VRiiD Interaktionsger t ist mit rund 1000 Euro jedoch u erst hoch Spielcontroller Als Eingabeger t f r die Steuerung in der VR eignet sich ebenfalls ein Spielcontroller aus dem Bereich der Spielkonsolen und der Computerspielsteuerungen auch Ga mepad oder Gamecontroller Diese auf dem Markt der Spielkonsolen weit verbreite ten Eingabeger te zeichnen sich durch eine ergonomische Bauform aus und werden mit beiden H nden gleichzeitig be
59. Erreichbarkeit der Komponenten bei einem Ausfall F r das Forschungsprojekt wurde folgende Konfiguration gew hlt e Core 2 Quad Q9550 2 83 GHz 12 MB SLC 1333 MHz FSB Quad Core 88 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking e 4 GB DDR2 800 2x 2 GB e 1x NVIDIA Quadro FX 3800 1GB e 1x HDD SATA II 1000 GB 7 2 k F r die wichtige Komponente der Grafikkarte wurde die NVIDIA Quadro FX 3800 gew hlt Sie weist f r eine mobile VR Anlage eine sehr gute Leistungsperformance auf und erm glicht mit ihren drei Video Ausg ngen einen stereoskopischen Aufbau des Systems Wichtige Eigenschaften der NVIDIA Quadro FX 3800 im berblick e 2x DisplayPort Ausgang e 1x Dual Link DVI Ausgang e Maximale Monitoraufl sung 2560 x 1600 Pixel e Speichergr e 1024 MB GDDR3 e Speicherbandbreite 51 2 GB s e OpenGL 3 0 und DirectX 10 Der gro e Speicher der Karte sorgt f r einen hohen Durchsatz bei der interaktiven Visualisierung gro er Modelle und liefert eine hohe Leistung bei der Echtzeitarbeit mit gro en Texturen und Frames Au erdem erm glicht er eine sehr gute Kanten gl ttung bei h heren Aufl sungen Bis zu 16 faches Full Scene Antialiasing reduziert optische Aliasingfehler und sorgt f r u erst realistische Szenen Des Weiteren wird die Workstation mit einem Bluetooth 2 1 USB Micro Adapter ausgestattet Dieser wird ben tigt um die Interaktionsger te die ber Bluetooth kommunizieren einbinden zu k nnen 6 2 4 Systemaufbau VR
60. FOCUS Heft 2 2009 S 20 23 SimPlan AG http www demos3d de Aufruf am 13 08 10 Spath D M ller F Scholtz O Busch M Visuelle mitarbeiterorientierte Montageplanung In Werkstattstechnik online Jahrgang 96 Heft 9 2006 S 582 586 Spath D Haselberger F Braun M Virtual Reality Simulator zum Sicherheitstraining von Kranfahrern In Werkstattstechnik online Jahrgang 97 Heft 5 2007 S 376 380 162 Spi 08 Ste 04a Ste 04b Sul 68 Tar 09 Teg 06 Ter 07 VDI 10 VDI2385 VDI2498 Literaturverzeichnis G rig C Spiegel Online Das Fitnessbrett http www spiegel de netzwelt spielzeug 0 1518 druck 548264 00 html Aufruf am 08 10 2009 Stefani O Hoffmann H Pl casso Virtual Reality am Arbeitsplatz In Werkstattstechnik online Jahrgang 94 Heft 1 2 2004 S 23 24 Stelzer R Steger W Saske B Kosteng nstige 3D Visualisierung In ZWF Jahrgang 99 Heft 7 8 S 366 Sutherland I E A head mounted three dimensional display In Proceedings of Fall Joint Computer Conference 1968 S 757 764 Tarakos Gmbh http www taravrbuilder com de Home html Aufruf am 11 02 2009 Tegtmeier A Augmented Reality als Anwendungstechnologie in der Automobilindust rie Dissertation Magdeburg Otto von Guericke Universit t 2006 Termath W Mecking P Virtuell interaktives Training f r RWE In IFFocus Heft 2 2007 S 22 25 Wohllaib N VDI N
61. Funksystem so k nnen da bei zwei verschiedene Verfahren zur Anwendung kommen Entweder wird die Lauf zeitmessung verwendet oder auf die Messung der Signalst rke zur ckgegriffen Bei Messverfahren mit Hilfe der Signalst rke werden mit Hilfe von Algorithmen der Triangulation Aussagen ber die Position des Objektes getroffen Bei der Laufzeit messung erfolgt die Entfernungsbestimmung indirekt durch Messung der Zeit die ein Signal f r das Durchlaufen einer Messstrecke ben tigt Da sich die elektromag netischen Funkwellen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausbreiten m ssen hier die Zeitintervalle mit hoher Aufl sung bestimmt werden Dies setzt wiederum hohe An forderungen an die Hardware Die Position wird entweder mittels Winkel Triangula tion oder Abstandmessung Trilateration berechnet Mit Hilfe von Wireless Local Area Network WLAN ist eine drahtlose und funkbasier te bertragung von Daten in einem Computernetzwerk m glich Der aktuelle WLAN Standard 802 11n zeichnet sich durch eine relativ hohe Reichweite aus und bietet hohe Daten bertragungsraten Ein gro es Problem beim Einsatz von WLAN stellt 53 5 Recherche geeigneter Hard und Software jedoch die innomogene Ausbreitung des Signales aufgrund von Lagereinrichtung etc dar Geb udeelemente wie Stahltr ger leiten elektromagnetische Wellen und k nnen so das Feld auf eine unerwartete Weise deformieren Reflexionen Eine gro Be Anh ufung von Materialien zwischen Send
62. LogPlan im Planungsprozess von Logistiksys temen Zur besseren Veranschaulichung wird der Grad der Unterst tzungsm glich keit mit Viertelkreisen dargestellt Betrachtet werden alle Aufgaben die innerhalb der einzelnen Planungsphasen anfallen und sie werden hinsichtlich ihres VR Potenzials bewertet Tabelle 3 3 Legende zur Unterst tzungsf higkeit von VR Unterst tzungsf higkeit Symbol Keine bis m ige Unterst tzung Befriedigende Unterst tzung in Teilaspekten Gute Unterst tzung in beinahe allen Punkten 6wr Sehr gute Unterst tzung in s mtlichen Punkten 21 3 Einsatzszenarien und Anforderungsanalyse Tabelle 3 4 Unterst tzungseignung von VR LogPlan im Planungsprozess Planungsphase Teilphase Aufgabe Eignung Vorarbeiten Ist Analyse Datenerfassung und aufbereitung Layoutdarstellung Ist Zustand Bewertung Ist Zustand Ermitteln der Planungsdaten Soll Daten Grobplanung Strukturplanung Planen von Abl ufen und Funkti onseinheiten Erstellen von idealen Funktions schemas Festlegen der Standorte der Be arbeitungs und Handhabungssta tionen Festlegen der Bewegungslinien Erstellen der Strukturvarianten Systemplanung Auswahl geeigneter Material flussmittel Dimensionierung der Material flusssysteme berpr fen und Bewerten der Systemvarianten Erstellen des Groblayouts Feinplanung
63. Logistikplanung ZWF Jahrgang 105 Heft 12 2010 S 1119 1122 Kammergruber F Internetpr sentation des Forschungsprojekts VR LogPlan http www fml mw tum de fml index php Set_lD 551 155 Literaturverzeichnis Ame 97 Arr 10 Art 09 Aur 05 Aut 10 Avi 10 Awa 10 Bit 10 Boe 09 Ames A Nadeau D Moreland J VRML 2 0 Sourcebook John Wiley amp Sons Inc New York u a 1997 Augmented Reality Research http www arlab nl research p 179 Aufruf am 12 08 10 Advanced Realtime Tracking GmbH http www ar tracking de Aufruf am 05 05 2009 Aurich J R ing M Gu Z Virtual Reality zur Unterst tzung von Anderungen in der Produktion In ZWF Jahrgang 100 Heft 1 2 2005 S 66 70 Autodesk Maya http www autodesk de adsk servlet pc index sitelD 403786 amp id 1465 7512 Aufruf am 08 01 20010 AVILUS Virtual Reality Software http www avilus de index php id 62 Aufruf am 03 08 2010 Awater 3D FAQ http www awater3d com fag aw3d 0f3a14ee8b6b445d5fb159fc0O22e 3761 Aufruf am 25 03 2010 Bitmanagement BS Contact Stereo http www bitmanagement com en products interactive 3d clients bs contact stereo Aufruf am 03 08 2010 Boettcher G Buchmann R Klein M Wolter F Aufbau eines VR Systems zur multimodalen Interaktion mit komplexen physikalischen Modellen Vortrag zur Tagung 6 GlI Workshop Virtuelle und Erweiterte Realit t Braunschweig 18 Nov
64. Projektion In diesem Abschnitt wird der komplette Systemaufbau inklusive der Stereoerzeu gung beschrieben Zum Einsatz kommt eine R ckprojektion da sie gegen ber einer Aufprojektion ein wesentlich helleres Bild und einen h heren Kontrast erreicht In Abschnitt 6 1 4 wurde erl utert dass die passive Stereotechnik die Verwendung von einfachen DLP Projektoren zur dreidimensionales Bilderzeugung erlaubt Daher kann herstellerunabh ngig auf kosteng nstige Projektoren zur ckgegriffen werden Die f r den Aufbau verwendete Hardwaretechnik ist kompatibel zu handels blichen Ger ten so dass auf keine Besonderheiten bei der Hardwareauswahl geachtet wer 89 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking den muss Lediglich die Grafikkarte sollte wie beschrieben zwei Ausg nge f r die beiden Beamer besitzen Die folgende Abbildung 6 20 stellt den Systemaufbau f r die passive Stereoerzeugung dar Abbildung 6 20 Die passive Stereoprojektion im Systemaufbau Dim 10 An die Workstation werden die beiden Beamer jeweils einzeln angeschlossen Durch den Treiber der Grafikkarte wird daraufhin das Stereobild erzeugt Weiterhin werden die Polarisationsfilter direkt vor den Linsen der Projektoren gesetzt um das austre tende Licht zu polarisieren und je ein Bild f r das rechte und linke Auge zu erzeugen Die Filter haben eine Gr e von ca 10 x 10 cm und k nnen zusammen f r ca 100 Euro erworben werden Die Polarisationsachsen haben ein sogenan
65. Stellschraube gehoben oder gesenkt werden Zudem kann durch eine kleine Schraube am Fu des Beamers die Kippung ge ndert werden Die Drehung und den seitlichen Versatz des Projektors kann durch Ver nderung seiner Position auf der Grundplatte erfolgen Da ein geringer Versatz der beiden Projektoren vor handen ist ist eine bereinstimmung des Bildes nicht vollst ndig zu erreichen Die se k nnen jedoch auf ein Minimum gesenkt werden so dass der Nutzer keine Be eintr chtigung bei der 3D Visualisierung erkennen wird 6 2 3 Workstation F r das Funktionsmuster ist eine Workstation erforderlich die die Steuerung des Systems bernimmt Daf r muss der Rechner gen gend Leistung besitzen und f r CAD Anwendungen geeignet sein Zudem werden f r die grafikintensiven Anwen dungen der VR Simulation hohe Anspr che an die Grafikberechnung und somit die Grafikarte gestellt Als Workstation wurde das Modell Celsius M460 der Firma Fujit su gew hlt Die CELSIUS M Serie hat ein sehr gutes Preis Leistungsverh ltnis und ist nach eigenen Anforderungen konfigurierbar Die M460 wird explizit f r Arbeitsge biete wie CAD und VR beworben Sie ist eine u erst leistungsstarke Workstation die mit den schnellsten verf gbaren Prozessoren Grafikkomponenten und Festplat ten ausgestattet ist Zudem ist das System ger uscharm ausgelegt so dass das Arbeiten in einer leisen Arbeitsumgebung erfolgen kann Das servicefreundliche Sys temdesign sorgt f r gute
66. Szenen liefert das mit der VR Basissoftware RTT Deltagen erh ltliche Modul RTT DirectMaya m T Maya 3D Planungstool us eysq LIH SUemyossiseg HA Abbildung 6 28 Konvertierungskonzept 3D Planung Um die Flexibilit t und Durchg ngigkeit des Systems m glichst gro zu halten k n nen Dateien vom Typ VRML wieder in das Programm Maya zur ckimportiert wer den Abbildung 6 28 verdeutlicht die Verfahrensweise Daf r kann eine bereits w h 101 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking rend der Installation des Hauptprogramms registrierte Zusatzanwendung eingesetzt werden die die Datei wieder in das native Maya Dateiformat konvertiert Durch den Reimport der Modelle ist es f r den Planer m glich die in der VR Sitzung bespro chenen nderungen an seinem normalen Rechnerarbeitsplatz wieder einzupflegen und somit wieder neue Varianten zu bilden 6 3 3 Integration der Interaktionsger te F r die drei verschiedenen Interaktionsger te 3D Maus Spielcontroller sowie Wii Controller ist eine entsprechende Implementierung erforderlich um das im Abschnitt 6 1 5 dargestellte Interaktionskonzept zu realisieren Die 3D Maus wird von der VR Basissoftware RTT Deltagen bereits standardgem unterst tzt Die geforderten Navigationsm glichkeiten m ssen lediglich den Rotati ons und Translationsachsen zugewiesen werden Hierf r liefert die Firma 3Dconnexion ein entsprechendes Softwaretool mit das die n tigen Einstellungen
67. Ver suchsreihe mit dem zweiten Funktionsmuster A A Allgemeines zum Forschungsprojekt Begr ung Einleitung Ablauf der Versuchsreihe 3D Brille mit Headtarget Testen der Interaktionsger te Wii Controller Nunchuck H Wii Balance Board Ablauf der Versuchsreihe m Testkommissionierung Funktionsmuster 2 gt virtueller Kommissionierauftrag virtuelle Kommissionierschulung Modell fml Halle ne Testkommissionierung realer Kommissionierauftrag TE EEE EFT Kommissionierung in fml Versuchshalle Evaluationsfragebogen Fragebogen Schulung mit VR Abbildung 9 4 Versuchsablauf Funktionsmuster 2 Nach der Begr ung des Probanden bekommt dieser N heres zum Forschungspro jekt erl utert und erh lt eine bersicht ber den geplanten Ablauf der Versuchsreihe Erster Gegenstand der Untersuchung ist eine virtuelle Kommissionierschulung am entwickelten mobilen VR System Anschlie end wird der Proband sein erworbenes Wissen an einem realen Kommissionierarbeitsplatz testen Zun chst wird der Test kandidat mit den Interaktionsger ten des VR Systems bekannt gemacht Er be kommt die durchf hrbaren Interaktionen und die Funktionsweise des Interaktions konzepts erl utert Er ist dann im Stande sich sicher in der virtuellen Welt zu bewe gen und erh lt als n chste Aufgabe eine erste Testkommissionierung auszuf hren Das Schulungsszenario stellt eine Mann zur Ware Kommissionierung dar und spie gelt den Aufbau des Fachbodenregal
68. Wii Remote In PERVASIVE Computing July September 2008 S 39 45 Logitech Cordless Rumblepad 2 http www logitech com de de gaming controllers devices 287 section gallery Aufruf am 11 05 2009 Lufthansa Konzentrationstest http www be lufthansa com de loungeftrainingsparcours training konzentrationstest Aufruf am 06 05 2010 MayTec Aluminium Systemtechnik GmbH http www maytec org mainframe htm Aufruf am 18 03 2009 160 Mec 09 Met 09 Nat 10 Neu 10 Nin 09 Ong 04 Pul 09 Rei 09a Rei 09b Rol 01 Literaturverzeichnis Mechdyne Corporation Software trackd http www mechdyne com integratedSolutions software products track d trackd htm Aufruf am 03 08 2009 Metaio Presseinformation Die Lego Gruppe baut im Handel auf metaio http www metaio de presse medien pressemitteilungen lego digital box Aufruf am 19 03 2009 Naturalpoint Optitrack http www naturalpoint com optitrack Aufruf am 17 03 2010 Neugebauer R Schreiber A Riedl T Hein J Virtual Reality zur Fr herkennung von Planungsfehlern In VDI Z Integrierte Produktion 152 Heft 4 April 2010 S 41 43 Nintendo of Europe GmbH Wii Interaktionsger te http www nintendo de NOE de_DE systems zubehoer_1243 html Aufruf am 09 06 2009 Ong S K Nee A Y C Virtual and Augmented Reality Applications in Manufacturing London Springer 2004 Pulverich M Schietinger J Handbuch Kommissionierung
69. achrichten Microsoft und Sony mit neuen Spielkonsolen http www vdi nachrichten com vdi nachrich ten aktuelle_ausgabe akt_ausg_detail asp cat 1 amp id 48888 amp source rub rik Aufruf am 03 08 2010 VDI 2385 Leitfaden f r die materialflu gerechte Planung von Industrieanlagen Beuth Berlin 1989 VDI 2498 Vorgehen bei einer Materialflu planung Beuth Berlin 1978 163 Literaturverzeichnis VDI2519 VDI3590 Vai 03 Vis 09 Vis 10 Vrv 08 Wag 05 Wal 07 Wes 01 wii 10 VDI 2519 Blatt 1 Vorgehensweise bei der Erstellung von Lasten Pflichtenheften Beuth Berlin 2001 VDI 3590 Kommissioniersysteme Beuth Berlin 1994 Vaidyasubramanian C Nayak A Lopez B How to Put Together a Geowall University of Illinois at Chicago 2003 0 V Digital Production VISENSO und MicroMountains entwickeln innovati ves VRinteraktionsger t VRiiD http www visenso de presse news newsj article 565 213 0d5c98da34 htmlI tx_ttnews pS 1241128800 amp tx_ttnews pL 2678399 amp tx_ttnewslarc 1 Aufruf am 04 06 2009 Visenso Covise VR http www visenso de id 14 Aufruf am 03 08 2010 VRVis entwickelt virtuellen Feuerl scher http www computerwelt at detailArticle asp a 118861 amp n 1 Aufruf am 09 02 2010 Wagner M Tracking with multiple sensors Dissertation Technische Universit t M nchen 2005 Walch D Katzky U G nthner W A Virtuell lernen Logistik Heute Aus
70. achten f r welche T tigkeiten bzw Einsatzszenarien welche Ger te am n tzlichsten sind um die gestellten Anforderungen zu erf llen Dabei reichen die T tigkeiten von der Erstellung der Modelle dem Einf gen und Bewegen von Funkti onseinheiten bis zum freien Flug im Raum und der Interaktion F r das Arbeiten mit dem System erweisen sich daher mehrere Interaktionsger te als notwendig In Ab h ngigkeit der jeweiligen Prozessphase in der sich der Einsatz des Systems gerade befindet soll daher gezeigt werden welches der bewerteten Interaktionsger te sich f r welche VR Anforderungen eignet Dabei kann es durchaus vorkommen dass ein Interaktionsger t f r mehrere Zwecke Einsatz finden kann Ausschlaggebend f r die 48 5 Recherche geeigneter Hard und Software Zuordnung der Ger te sind deren Eigenschaften und Ihre Eignung f r die ben tigten Prozesse Erstellen der virtuellen Modelle Maus 3D Maus Tastatur Betrachten der virtuellen Welt 3D Maus Wii Controller Flystick Spielcontroller Interaktion mit der virtuellen Welt Maus Wii Controller Flystick haptische Ger te Datenhandschunh virtuelle Hand Gehen in der virtuellen Welt Wii Balance Board Bei Betrachtung der Prozessschritte des optimalen VR Planungsprozess in Ab schnitt 4 1 lassen sich die Interaktionsger te den Prozessen in Tabelle 5 2 zuord nen Tabelle 5 2 Zuordnung Prozessschritte zu Interaktionsger ten Prozessschritte Erforde
71. age immer h ufiger eingesetzt indem die Tags innerhalb oder auf der Oberfl che von Produkten Ver packungen Paletten etc angebracht sind Tabelle 5 6 zeigt Vor und Nachteile ei nes RFID Systems Tabelle 5 6 Vor und Nachteile von RFID Tracking Vorteile Nachteile e kein Sichtkontakt n tig e kosteng nstige Hardware e keine Verkabelung e Beeinflussung durch Hindernisse e Signal abh ngig von der Entfernung e geringe Reichweite e nur 2 DoF f r die Position e geringe Genauigkeit im Vergleich zu anderen Tracking Verfahren e geringe Update Rate 54 5 Recherche geeigneter Hard und Software Inertiales Tracking Ein inertiales Trackingsystem beruht auf dem Grundprinzip der Tr gheit von Massen Dabei werden von Kreiselsystemen translatorische und rotatorische Impulse relativ zu einem inertialen Referenzsystem detektiert Durch die Integration des Messer gebnisses l sst sich die genaue Position des Objektes im Raum bestimmen Zur Erfassung von sechs Freiheitsgraden werden zwei verschiedene Arten inertialer Sensoren ben tigt Zum einen bestehen sie aus drei senkrecht zueinander ausge richteten Beschleunigungssensoren mit denen sich durch zweifache Integration die Position des Objektes im Raum bestimmen l sst Zum anderen ergibt sich die relati ve nderung der Orientierung von Objekten aus der einfachen Integration der Mes sergebnisse dreier senkrecht zueinander angeordneter Geschwindigkeitsmesser w
72. agerlayouterstellung x 2D Papierlayout Ablauf der Versuchsreihe E Funktionsmuster 1 Planungsaufgabe 3D Planungstool bungsaufgabe zur Bedienung des Systems freie Lagerlayouterstellung Bewegung im 3D Modell der fml Versuchshalle 3D Maus Spiel Controller VR Evaluierung F Interaktionsger te testen Abbau Funktionsmuster Abbau des Funktiomuster in transportf higen Zustand umfangreicher Fragebogen 13 Seiten Evaluationsfragebogen Abbildung 7 1 Versuchsablauf Funktionsmuster 1 Nach der Einweisung durch den Versuchsleiter zum Projekthintergrund wurden die Abl ufe und Ziele der Versuchsreihe erl utert Vor dem Aufbau des Funktionsmus ters standen der erste Fragebogen zu den allgemeinen Angaben zum Probanden der Konzentrationstest sowie der Test ber das r umliche Vorstellungsverm gen an Danach waren der Aufbau und die Inbetriebnahme des Funktionsmusters an der Reihe W hrend des Aufbaus wurde die Aufbauzeit und technische M ngel des Funktionsmusters dokumentiert Die Zeitaufnahme begann nach dem Durchlesen der Montageanleitung bzw mit dem Beginn des Aufbaus der ersten Komponente Sobald das System funktionsf hig aufgebaut war stoppte die Zeitnahme Dem praktischen Teil der Versuchsreihe folgten die verschiedenen Planungsformen Zu n chst galt es mit Hilfe eines Papierlayouts ein kleines Lagerlayout zu erstellen An schlie end bearbeiteten die Probanden eine hnliche Aufgabe mi
73. ahme in Unternehmen 151 10 Zusammenfassung und Fazit Die geleistete Arbeit entspricht in vollem Umfang dem begutachteten und bewilligten Antrag und war daher f r die Durchf hrung des Vorhabens notwendig und ange messen Ziel war die Entwicklung eines mobilen VR Systems zur Leistungs und Qualit tssteigerung bei der Planung logistischer Systeme sowie der Mitarbeiterschu lung F r die durchgef hrten Recherchen und Untersuchungen wurde ein wissen schaftlicher Mitarbeiter in Vollzeit besch ftigt Das auf der VR Technologie basie rende System soll bestimmte Anforderungen erf llen die in Tabelle 10 1 den Ergeb nissen gegen bergestellt sind Tabelle 10 1 Gegen berstellung der Ergebnisse mit den Zielsetzungen des Forschungsantrags Ziel Ergebnis Durchg ngiger und mobiler Einsatz in der Planung und Schulung Das VR LogPlan ist mobil f r eine durchg ngi ge Planung und Schulung einsetzbar I Zeit und Kostenersparnisse sowie erh hte Qualit t bei Planungs und Schulungst tig keiten Labortest zeigt Zeitersparnis VR Simulation kann pr ventiv Kosten sparen interaktive Schu lung verbessert Ausbildungsqualit t Realit tsnahe Analyse und Optimierung logistischer Anlagen Dreidimensionale Visualisierung liefert realisti sche Szenen von logistischen Gewerken Opti mierungspotenzial wird erkennbar Optimale Ausbildung bez glich logistischer Aufgaben Gezielte logistische Ausbildun
74. andenstruktur und weitere relevante Eigenschaften Tabelle 9 1 Probandenstruktur im Labortest Funktionsmuster 2 Probandenstruktur 7 Testpersonen Alter Durchschnitt Max Alter Min Alter 26 1 Jahre 28 Jahre 23 Jahre Geschlecht Weiblich M nnlich 1 6 Ausbildung Akademiker Student 6 1 Sehhilfe Brille Kontaktlinsen Keine 2 0 5 Erfahrung Viel Etwas Keine Kommissionieren 0 14 3 85 7 Kenntnisse Ja Nein Kommissionierlisten 42 9 57 1 VR Schulung 14 3 85 7 Schulung mit der Virtual Reality Bez glich einer Nutzung des Systems sind 71 4 der Meinung dass Mitarbeiter die Trainingsumgebung bereits nach kurzer Einweisung bedienen k nnen und daher nur durchschnittliche Kenntnisse notwendig sind 14 3 halten gute und 14 4 geringe Kenntnisse f r erforderlich In Abbildung 9 5 sind weitere Teilergebnisse dargestellt 146 9 Evaluierung des Systems mit Tracking Bewertung Schulung mit Virtual Reality 0 20 40 60 80 100 Bedienung Szenario Zurechtfindung Umgebung Lernerfolg Trainingsspa R umliche Orientierung Qualifizierungserleichterung Einpr gen von Abl ufen Anwendung in der Realit t Abbildung 9 5 Teilergebnisse zur Schulung mit der Virtual Reality So sind die Probanden zu 88 6 der Meinung dass die Bedienung des Schulungs szenarios in kurzer Zeit erlernbar war Dies spricht f r die einfache Bedienbarkeit des Systems im Schulungsm
75. annte Air Maus Zdn 09 Sie erlaubt als Mausersatz die Steuerung des PCs durch Bewegungen in der Luft Dabei werten integrierte Beschleunigungssensoren die Bewegungen der Maus in der Luft aus Die Signale werden dann in Mauszeiger und Steuerungssignale umgewandelt und an den Rechner gesendet Abbildung 5 5 zeigt das von der Firma Movea entwickelte Modell Abbildung 5 5 Air Maus der Firma Movea Zdn 09 40 5 Recherche geeigneter Hard und Software Die kabellose Maus ist f r eine Nutzung vor einer Projektion durchaus geeignet da sie sich im Stehen und ohne Unterlage verwenden l sst Mit einer Funkreichweite von bis zu 30 Metern l sst sie sich gut einsetzen Zudem verf gt sie ber drei zu s tzliche Tasten die frei belegbar sind Wii Controller Ein weiteres m gliches Interaktionsger t ist der von der Firma Nintendo bei der Spielkonsole Wii mitgelieferte Controller der bereits in vielen Bereichen f r andere Zwecke eingesetzt wird Lee 08 Er ist u erst handlich und ergonomisch Zudem l sst er sich ber wenige Tasten sehr einfach bedienen Um ihn als Interaktionsger t zu nutzen muss er ber Bluetooth mit dem Computer verbunden werden Abbildung 5 6 Nintendo Wii Controller mit Nunchuck Erweiterung Nin 09 Abbildung 5 6 zeigt den Wii Controller und die zus tzlich erh ltliche Nunchuck Erweiterung die direkt an den Controller angeschlossen wird und ber einen kleinen Steuerstick sowie weitere Tasten f r die
76. anung darstellt und zunehmend als zus tzliche Planungsunterst tzung Verbreitung finden kann Das Forschungsziel wurde damit erreicht Das AIF Forschungsvorhaben 15468 N 1 wurde im Auftrag der Bundesvereinigung Logistik e V BVL durchgef hrt und aus Mitteln des Bundesministeriums f r Wirtschaft und Technologie ber die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen Otto von Guericke e V AiF auf Be schluss des deutschen Bundestages gef rdert 154 Ver ffentlichungen Kammergruber F G nthner W A Abschlussbericht VR LogPlan Virtual Reality Logistik Planungssystem M nchen Technische Universit t M nchen 2010 http www logistics de logistics de Integrationsplattform Logistik Kammergruber F G nthner W A Virtuelle Logistikplanung Virtual Reality Magazin 1 2 2010 S 24 26 Kammergruber F G nthner W A Logistiksystemplanung mithilfe der virtuellen Realit t wt Werkstattstechnik online Ausgabe 3 2010 S 136 139 Kammergruber F Walch D Steghafner A G nthner W A Durchg ngige Ermittlung der Mitarbeiterbelastung in der Kommissionierung von der Virtual Reality Planung bis zur Visualisierung ber Augmented Reality In Schenk M Hrsg Digitale Engineering und virtuelle Techniken zum Planen Testen und Betreiben technischer Systeme Magdeburg Fraunhofer IFF 2010 ISBN 978 3 8396 0145 7 S 172 178 Kammergruber F G nthner W A Einsatz von Virtual Reality zur
77. arbeiten mit einem Frequenzsignal oberhalb von zwanzig Kilohertz und sind somit f r das menschliche Geh r nicht mehr wahrnehmbar Die ausgesendeten T ne werden von Sensoren Mikrofonen empfangen Da die Ausbreitungsge schwindigkeit des akustischen Signals bekannt ist kann der Sensor bei der Detekti on des Signals die jeweilige Entfernung zum Sender bestimmen Die Berechnung der Position im Raum erfolgt auf Basis der unterschiedlichen Laufzeiten der Schall wellen zu den verschiedenen Empf ngern Zur Bestimmung der sechs Freiheitsgra de werden drei Sende sowie drei Empfangseinheiten ben tigt Tabelle 5 3 stellt die Vor und Nachteile gegen ber Tabelle 5 3 Vor und Nachteile von akustischem Tracking Vorteile Nachteile e 6 DoF e st ranf llig gegen ber Umgebungsl rm und e hohe Genauigkeit ca 10 cm Schallreflexionen e kleine und leichte Sende und e Abh ngig von Umgebungsbedingungen Empfangseinheiten e hohe Genauigkeit nur bei sehr vielen Sendern e kosteng nstig und Empf ngern e keine Sichtverbindung n tig e hoher technischer Installationsaufwand aufgrund der Trackinginfrastruktur e kleiner Messraum Elektromagnetisches Tracking Beim elektromagnetischen Tracking werden drei zueinander senkrecht stehende Spulen als Sender platziert die ein elektromagnetisches Feld erzeugen Die Spulen werden dann mit Wechselstrom betrieben und erzeugen daher ein Magnetfeld Die am Trackingobjekt angebrachten Sensoren messen
78. arien F r das VR LogPlan kommen eine Reihe von Einsatzszenarien in Betracht In der vorliegenden Forschungsarbeit werden aber nur die wichtigsten Einsatzszenarien n her betrachtet Um diese zu bestimmen wurde durch ein strukturiertes Vorgehen nach Festlegung der Bewertungskriterien eine Nutzwertanalyse durchgef hrt Einige Kriterien sind daf r bereits im Forschungsantrag festgelegt Durch Expertengespr che in dem Projektbegleitenden Ausschuss wurde diese um zus tzliche Punkte er weitert So ergeben sich insgesamt die folgenden Bewertungskriterien 1 Aufgabenumfang Ist der Umfang der geplanten Aufgabe f r VR LogPlan zu gro oder angemessen um sinnvolle Ergebnisse lie fern zu k nnen 2 Komplexit t Ist die Aufgabe zu komplex um diese im Virtuellen um setzen zu k nnen 3 Betrachtungsgegen Welche Punkte sollen in dem geplanten Szenario unter stand sucht werden z B Lagersysteme Laufwege Prozesse Produkt 4 Interdisziplinarit t Ist f r die Aufgabe einer hoher Grad an interdisziplin rer Zusammenarbeit zwischen den Abteilungen notwendig VR LogPlan verfolgt das Ziel bei der Zusammenarbeit unterst tzend mitzuwirken 5 Menschintegration Wesentlicher Bestandteil des VR LogPlan ist die Menschintegration in die Planung und Entwicklung Ist diese menschintegrierte Simulation im betrachteten Szenario notwendig und erforderlich 14 3 Einsatzszenarien und Anforderungsanalyse F r die Betrachtung der Kri
79. as zugeh rige Fenster Dieses enth lt eine Vorschau und objektspezifi 96 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking sche technische Beschreibungen Durch Mausklick auf die Vorschau ffnet sich die Parameter Einstellung Parameter Ul mittels welcher die Komponente modifiziert und anschlie end erstellt werden kann Im oberen Teil des Auswahl UI ist berdies eine Men leiste integriert Diese beinhaltet neben Schnellzugriffen auf Funktionen auch Befehle bzgl der Dateiverwaltung des Dateiexports einer fertigen Szene oder des Hilfe Aufrufs Abbildung 6 24 zeigt das Erscheinungsbild des Auswahlfensters Je nachdem wel che Objektkategorie ausgew hlt ist ffnet sich das entsprechende Untermen Die erste Variante a zeigt das Auswahl Fenster zum Start des Plug ins wenn noch alle Untermen s geschlossen sind Variante b und c zeigen einen Kleinladungstr ger mit technischen Daten sowie das Fenster f r statische Objekte a b c T fmiPlugin v1 0 14 Exi A fmiPlugin v1 0 14 xj A fmiplugin v1 0 14 xj File Create View Help File Create View Help Rollenbahn Palettenfoerderer Rollenbahn Kleinteilefoerderer Kettenfoerdert Click on image to create edit object Schutzzaeune In Progress Sehutzzaeune In Progress D Schutzzaeune In Progress Abbildung 6 24 Auswahlfenster im Planungstoo
80. ase0l Detal LowPoly Length ermm Width 1100mm Height 4500mm Type Hochtegal Refresh Help Camera Po Bo Gig p Tramsistex 600 Made Absokte C Relative Ratstex 00 Mode Absolute C Relative Tos BREI Tense 00 Diem x CY C z Romer io Ai Cx ey ez Dutta SaveSosne oe seen TransleteZ 00 Step C 07 1 C i0 Roaez 00 Se Fi C5 Cl Object g R t Transiom RE ee Zoom A Lock Y Axis v wel Move Rotae Reaatel los edo Epa Scene Abbildung 6 26 Werkzeugleiste f r das Planungstool Die Werkzeugleiste beinhaltet die folgenden Funktionen e Information ber das ausgew hlte Objekt e Navigation in der Szene e Objektzoom bzw Szenezoom e Wechsel zwischen 2D und 3D Ansicht e Verschieben und Rotieren von Objekten e Kopierfunktion e Undo Redo Funktion e Speichern der Szene und Dateiexport 98 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking Die Felder im oberen Teil der Werkzeugleiste geben Auskunft ber die Eigenschaften des selektierten Objekts Neben der Objektbezeichnung und den Objektabma en kann der Detailgrad und der Komponententyp entnommen werden Darunter befin den sich Funktionen welche eine nachtr gliche Modifikation der 3D Objekte erlau ben Die im linken Bereich vorhandenen Optionen dienen zur Navigation in der Sze ne Weiterhin ist mit den Schaltfl chen 2D und 3D ein Wechsel zwischen Drauf sicht und perspektivischer Ansicht m glich Die 2D Ansicht dient vorwiegend zum schnellen Pl
81. assen sich gut transportieren Powerwall Unter dem Begriff Powerwall auch Clusterwall werden Aufbauten verstanden bei denen mehrere Projektoren zu einem Cluster zusammengeschlossen werden Wie in Abbildung 6 2 ersichtlich erlaubt diese Konstruktion eine gro fl chige Projektion und die Darstellung von Objekten in Realit tsgr e Abbildung 6 2 Aufbau einer Powerwall Dim 10 Die Powerwalls erlauben eine sehr gute Immersion des Anwenders da durch die Gr e der Projektion die Darstellungen sehr real wirken Durch ihre Gr e ist die gemeinsame Betrachtung durch mehrere Personen m glich Wird die Zahl der Pro jektoren geradzahlig erh ht kann die Projektionsfl che beliebig vergr ert werden Aufgrund ihres konstruktionsbedingten Aufbaus mit einer Vielzahl an Beamern und Rechnern ist die Powerwall nicht mobil und sehr teuer in der Anschaffung Zudem ist die berblendungstechnik an den Bildschnittstellen der verschiedenen Beamer auf 66 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking der Leinwand sehr aufw ndig so dass f r den Nutzer kein Bild bergang erkennbar ist Cave Die in den Powerwalls verwendete Technik kann auch genutzt werden um eine so genannte Cave zu entwerfen Es entsteht durch die Kombination mehrerer Projekti onsw nde ein gro er Projektionsraum bzw ein begehbarer W rfel Eine Cave zeich net sich durch das breite Blickfeld und einen h heren Immersionsgrad aus als dies bei einer Powerwall der
82. atzieren von Anlagenkomponenten auf einem vorgegebenen Grundriss Im 3D Modus wird die Szenerie r umlich dargestellt Die Control Elemente im mittle ren Bereich erlauben es die wichtigsten Transformationsoperationen auf das selek tierte Objekt auszuf hren Unter dem Punkt Translate kann das ausgew hlte Ele ment entlang der drei Raumachsen x y z verschoben werden Je nach eingestell tem Modus absolut oder relativ werden die gew nschten Werte direkt in die vor gesehenen Textfelder eingetragen oder die Objekte bei jeder Bet tigung der Schalt fl chen jeweils um eine Schrittweite versetzt Alle erzeugten Objekte werden mit gesperrtem Translations Attribut bez glich der y Achse generiert d h die Objekte k nnen anfangs nicht in der H he verschoben werden Diese Option wurde hinzugef gt um zu verhindern dass der unerfahrene Anwender Objekte ungewollt in der H he verr ckt Diese Beschr nkung kann jedoch aufgehoben werden Weiterhin befinden sich rechts daneben Einstellungsm glich keiten bezogen auf die Orientierung des ausgew hlten Objekts Neben einer Undo Funktion um Operationen r ckg ngig zu machen dient der Button Duplicate da zu Objekte zu vervielf ltigen Nach Bet tigung dieser Schaltfl che ffnet sich ein kleines Dialogfeld in dem die durchzuf hrende Kopieroperation eingestellt werden kann Zus tzlich zur normalen Duplizierung ohne weitere Modifikation k nnen Ob jekte mit vorgegebenen Offsetwerten
83. ce Board Dar ber hinaus werden alle Bluetooth Stacks unterst tzt die f r die Anbindung der Ger te an den Computer notwendig sind Zun chst wurde ein Kon solenprogramm f r die Funktionalit tspr fung entworfen Danach begann die Ent wicklung des Plug ins f r die VR Basissoftware Das von RTT zur Verf gung gestell te SDK f r die Deltagen Software erlaubt es gewisse Funktionen der Software direkt anzusteuern und somit eine Implementierung der Wii Ger te als Navigationsger te indem ein Plug in geschrieben wird Die Plug ins k nnen beim Starten der Software geladen werden und stellen somit Module dar die je nach Bedarf verwendet werden k nnen Abbildung 6 29 zeigt die fertige Bedienoberfl che Q Wii Remote Initialize cm User s Height 180 00 Unit factor 0 0100 x 0 00 Y 0 00 z 0 00 viewx 1 0000 viewy 0 0000 viewz 0 0000 x 0 0000 upy 1 0000 m UpZ 0 0000 Viewer is actived Setup Reset View Direction Nunchuk model 1 SN last 8 numbers in HEX 44ef9481 Connect Disconnect Battery 0 SN ffffffff View changing speed 2 00 Abbildung 6 29 RTT Plug in f r Wii Interaktionsger t In das Plug in kann zun chst die K rpergr e des Nutzers eingegeben werden Auf diesem Weg wird die Kameraposition in der Szene auf die richtige H he gesetzt und liefert f r den Anwender die richtige Position F r die weiteren Einstellungen ist zu n chst der Gr enfaktor des Modells einzugeb
84. ch alle Entfernungen zwischen den einzelnen Markern um min destens 5 mm unterscheiden Sollten beim Trackingaufbau mehr als ein Target zum Einsatz kommen so steigt die Schwierigkeit Targets zu erstellen mit der im Setup erforderlichen Anzahl an Targets Der Abstand der Marker untereinander ist ein wichtiger Schl ssel f r das System um das Target eindeutig zu identifizieren Vier Marker und deren korrespondierende Distanz sind somit ausreichend f r eine Identi fizierung Daher m ssen bei der Erstellung eines weiteren Targets hnliche Konstel lationen der Marker zueinander vermieden werden da sonst die beiden Targets nicht korrekt identifiziert werden k nnen Abbildung 8 10 zeigt das Bild eines Tar gets aus der Sicht einer Infrarotkamera und welche Schwierigkeit sich daraus f r die Positionsbestimmung ergibt model fitting amp 6 DOF pose estimation Abbildung 8 10 Positionsberechnung der Targets mit Hilfe der Bildauswertung lot 10 Die im Forschungsvorhaben zu trackenden Objekte wurden bei der Entwicklung des Interaktionskonzepts bereits festgelegt Diese werden durch die Befestigung der einzelnen Reflexionskugeln erweitert Die Halterung der einzelnen Kugeln muss fest sitzen so dass diese nicht verrutschen k nnen Durch das Verrutschen einer einzel nen Kugel w rde das Trackingsystem das Target nicht mehr mit der ihm zugewiese 135 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking nen Funktion identifizieren k nnen F r das Proj
85. che Anordnung erfasst Die er zeugte Punktewolke kann dann f r die weitere Planung verwendet werden Wes 25 4 Festlegung VR unterst tzter Referenzprozess 01 Unabh ngig vom gew hlten Verfahren werden dann in das Layout die dreidi mensionalen Einrichtungsgegenst nde geladen und der Ist Zustand kann dargestellt werden Bei einem durchg ngigen Einsatz des Werkzeugs aufbauend auf der Idee der virtuellen Fabrik werden Planungen zuk nftig rein virtuell durchgef hrt Sca 03 Somit k nnen Ingenieure auf bereits vorhandene Planungszust nde und VR Modelle zur ckgreifen Es w re lediglich der Import der Modelle n tig und der aktuelle Zu stand ist verf gbar Ergebnis der Ist Aufnahme ist ein vollst ndiges Datenmodell des Planungsgegenstandes Darunter versteht man ein funktionsf higes VR Modell das den gegenw rtigen Zustand realit tsnah widergibt Nun kann mit dem eigentlichen Planungsprozess in der Strukturplanung begonnen werden Mit dem vorher erstellten Abbild der Realit t lassen sich z gig die ersten Varianten des neu zu planenden Arbeitsplatzes gestalten Durch Positionieren und Verschieben von Funktionseinheiten wie beispielsweise Kommissionierregalen F r derstrecken oder Arbeitstischen k nnen diverse Varianten erzeugt werden Dabei l sst sich interdisziplin r feststellen welche Kombinationen sinnvoll sind und f r die weitere Ausgestaltung in Betracht kommen Als Interaktionsger t mit der virtuellen Welt k nnt
86. chsreihen brachten interessante Aspekte und Bewertungen der Test kandidaten zu VR LogPlan hervor Durch die Versuchsreihen Pr sentationen bei Industriepartnern und Ver ffentli chungen wurde das Projekt einem breiten fachkundigen Publikum vorgestellt und positiv bewertet Der Einsatz des Systems wird als planungsunterst tzend angese hen und er ffnet neue M glichkeiten der direkten Kommunikation Der umgesetzte Aufbau entsprach noch nicht allen Anforderungen aus dem industriellen Umfeld und l sst sich weiterentwickeln Beispielsweise k nnen die Interaktionen mit dem Sys tem weiter verbessert und umfangreicher gestaltet werden Der wirtschaftliche Nutzen von VR LogPlan l sst sich nicht direkt quantifizieren Das liegt zum einen daran dass es schwer f llt zu beurteilen wie viele neue Kunden durch das innovative System angeworben werden Zum anderen sind die Effizienz steigerungen bei der Planung im Dialog mit dem Kunden und vermiedener finanziel ler Aufwand durch rechtzeitige Feststellung von Planungsfehlern durch die visuelle 153 10 Zusammenfassung und Fazit dreidimensionale Kontrolle schwer zu beziffern Die Logistikplanung wird oftmals an KMU vergeben oder auch bei KMU durchgef hrt so dass diese von der Technologie profitieren k nnen und ein optimal gestaltetes Layout erhalten Im besonderen Hin blick auf KMUs wurde eine m glichst kosteng nstige L sung mit auf dem Markt erh ltliicher Technik realisiert obwohl f r die VR
87. cksvolle Weise n her ge bracht werden und die bermittelten Informationen bleiben in den h ngen Szenario C Portable VR Systeme m ssen Einschr nkungen in der Gr e der Leinwand und in einer niedrigeren Grafikleistung hinnehmen Ansonsten sind alle Vorteile einer ge w hnlichen VR Anlage mit den Vorz gen der Mobilit t verkn pft Ste 04b Das mo bile VR System kann somit zur Vorort Pr sentation beim Kunden eingesetzt werden 15 3 Einsatzszenarien und Anforderungsanalyse und man kann mit Hilfe der visuellen Unterst tzung ber den aktuellen Planungs stand diskutieren Szenario D Ein komplexer Prozess in der Logistik stellt das Planen und Betreiben von Kommis sioniersystemen dar Es stellt einen der Kernprozesse in der Logistik dar um die Kundenbedarfe abzudecken Die Planung gilt als sehr komplex da es oftmals viele Randbedingungen zu ber cksichtigen gilt Pul 09 Ein VR System erm glicht es dass Unternehmen und Kunde auf einer gemeinsamen Linie sprechen k nnen in dem die visuelle Abbildung das gegenseitige Verst ndnis f rdert Szenario E Ein VR System erleichtert ungemein das r umliche Vorstellungsverm gen bei vielen Personen und kann daher sinnvoll zu Planungst tigkeiten rund um die Logistik ein gesetzt werden Dom 08 Es kann die Abwicklung spezifischer logistischer Prob lemstellungen oder die konkrete Arbeitsplatzgestaltung im Vordergrund stehen Mit Hilfe der Arbeitsplatzgestaltung l sst sich die
88. d deren Funktionali t ten eingegangen Rtt 09 RTT Analyzer Dieses Modul erlaubt die metrische und visuelle Analyse von Modellen Dabei k n nen mit dem optionalen Messmodul Abst nde zwischen Punkten und Objekten der geplanten Geometrien bestimmt werden Zudem lassen sich Schnitte in die Modelle legen um kritische Stellen im Modell besser auf Kollisionen hin untersuchen zu k n nen Diese Eigenschaften sind f r die virtuelle Logistikplanung von gro er Bedeu tung So lassen sich in der Planungsphase Abst nde von Objekten oder Durch fahrtsbreiten messen Ebenso eignet sich das Anlegen von Schnitten um gewissen Verl ufe von Rohrleitungen Kabeln etc zu analysieren RTT Ramsis Das Modul erlaubt ergonomische L sungen in Echtzeit Durch die M glichkeit der Einbindung von Ramsismodellen Dan 04 k nnen beispielsweise Ergonomieunter suchung vorgenommen werden Neben den Haltungsstudien k nnen sowohl Sicht kegelanalysen als auch Erreichbarkeits berpr fungen mit hohem Realismus durch gef hrt werden Das Menschmodell und seine K rperhaltung kann durch direkte und inverse Kinematik ver ndert gespeichert und geladen werden RTT Conferencing Mit RTT Conferencing wird die geforderte fabrik bergreifende bzw standort ber greifende Bearbeitung von Modellen m glich Denn es erlaubt die Durchf hrung von 35 5 Recherche geeigneter Hard und Software gemeinsamen Sitzungen an verschiedenen Standorten Die Kontrolle ber
89. d erfor derlich um einen Planungsgegenstand virtuell zu betrachten sowie zu untersuchen und zu bewerten Vielmehr kann ber geeignete Interaktionsger te ebenfalls der ver folgte Zweck ohne ein Trackingsystem erreicht werden Dies bietet sich vor allem 63 5 Recherche geeigneter Hard und Software wegen des wesentlich geringeren Kostenaufwands an Kosten optisches Tracking system ca 12 000 Daher wird das erste Funktionsmuster ein Systemaufbau ohne Tracking sein um die gebr uchliche Funktionalit t zu beweisen und dessen M g lichkeiten als auch Benutzerakzeptanz zu untersuchen Da das Forschungsprojekt den Aufbau eines kosteng nstigen Planungswerkzeuges verfolgt ist der Ansatz ei nes Funktionsmusters ohne Tracking untersuchungswert auch wenn diese Kompo nente als essentiell f r ein VR System angesehen wird 64 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking Nachdem eine Markt bersicht ber geeignete Interaktionsger te erstellt und eine passende VR Basissoftware ausgew hlt wurde wird das Funktionsmuster entwi ckelt In den folgenden Kapiteln werden die Konzeption des Funktionsmusters die Hardware und Softwareumsetzung sowie die Gesamtkosten des Systems erl utert 6 1 Konzeption und Design des Funktionsmusters F r den Aufbau des Funktionsmusters gilt es zun chst die hardwaretechnischen M glichkeiten f r einen VR Aufbau zu untersuchen und zu bewerten Ebenso muss ein geeignetes Stereoverfahren gefunden und e
90. d etwas in Richtung ultraviolett f r ein Auge bzw in Richtung infrarot f r das andere Auge verschoben Die zugeh rigen Brillengl ser filtern durch trennscharfe Interferenzfilter das passen de Wellenl nge Tripel f r das jeweilige Auge heraus Die Vor und Nachteile des Ver fahrens sind in Tabelle 6 6 aufgef hrt 77 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking Tabelle 6 6 Vor und Nachteile Infitec Vorteile Nachteile e perfekte Kanaltrennung e Helligkeitsverlust durch Filter e keine spezielle Projektionsfl che notwendig e Sehr hohe Kosten f r Projektor und e dauerhaft keine Augenerm dung v a Brillen e Spiegelungen in den Brillengl sern Einen zusammenfassenden berblick ber die verschiedenen Eigenschaften der Stereoverfahren liefert die folgende Tabelle 6 7 Tabelle 6 7 Vergleich der Stereoverfahren Kriterien Kanaltrennung Helligkeitsverlust Projektoren Projektions Kosten Ergonomie Stereoeffekt Anzahl fl che Beamer Lein Mobilit t wand Brillen Aktiv Sehr gut Keiner Einer Normal Hoch Aug ner m dung Passi ws Gut Gering o Zwei Speziell Niedrig Gut Dass nen Gut Gering o Zwei Speziell Mittel o Gut Infitec Sehr gut Gering o Einer Normal Sehr hoch Gut F r das Forschungsvorhaben VR LogPlan wird das passive Stereoverfahren nach der linearen Polarisationstechnik a
91. d k nnen eine Aufl sung von XGA 1024 x 768 Pixel bis zu SXGA 1280 x 1024 Pixel darstellen Im Consumer Bereich arbeiten die meisten Projektoren mit der Liquid Crystal Display Technik LCD Dabei wird das Licht in seine Grundfarben aufgeteilt durch ein LCD Display gelenkt und dann wieder zusammengesetzt Die DLP Technik funktioniert nach einem anderen Prinzip und weist f r die Zwecke des Projektes VR LogPlan gr ere Vorteile auf Durch einen direkten Lichtweg und der fehlenden Polarisierung des Lichts im Gegensatz zur LCD Technik werden h here Ausgangslichtleistungen des Projektors erreicht Dies ist wichtig da bei der portablen VR Station mit einer starken Streulichteinwirkung zu rechnen ist und die Absorption der Polarisationsfilter und der Spezialleinwand die Lichtst rke nochmals verringern Die Funktionsweise der DLP Projektoren besteht darin dass das Licht der Projektionslampe durch ein schnell rotierendes Farbrad Rot Gr n Blau auf einen Digital Mirror Device Chip projiziert wird Durch das rotierende Farbrad bestehend aus 1 3 Rot 1 3 Gr n 1 3 Blau werden die Farben gemischt und nat rliche Farben erzeugt Auf dem fingerna gelgro en Chip befinden sich viele kleine Spiegel bis zu 1 Mio die das Licht durch das Objektiv auf die Leinwand reflektieren Jeder dieser steuerbaren Spiegel ist auf einem Torsionsgelenk angebracht und kann zwei Positionen einnehmen In Abh n gigkeit zur Position des einzelnen Spiegels wird das Lich
92. de Daten Modellgenauig N keit Da Durchg ngigkeit CE Logistikplanung Mitarbeiter f akzeptanz Allgemeines Anforderungen VR LogPlan Visualisierungs Modellerstellung medium Modularit t und Interaktion LS Erweiterbarkeit Software Visualisierung Hardware Tracking Systemmobilit t Tracking Softwareaufbau Interaktionsger t Abbildung 3 3 Aufteilung der Anforderungen an VR LogPlan 23 4 Festlegung VR unterst tzter Referenzprozess Es soll ein optimaler VR unterst tzter Planungsprozess definiert werden bei dem die Durchg ngigkeit und die kooperative Einsatzm glichkeit des Systems zum Aus druck kommt In einem zweiten Schritt soll eine aufgabenspezifische Anpassung des allgemeinen Planungsprozesses an eine Arbeitsplatzgestaltung erfolgen Durch den neutralen Planungsprozess lassen sich k nftig noch nicht bekannte Szenarien durch Prozessanpassung abbilden 4 1 Optimal unterst tzter VR Planungsprozess In dem ersten Arbeitspaket wurden Anwendungsbeispiele im Planungsprozess f r das VR System gezeigt Dort stellte sich heraus dass nicht f r alle Schritte der Ein satz eines solchen Systems nutzbare Ergebnisse liefert Dennoch ist der Entwurf von Logistiklayouts unter Verwendung der virtuellen Realit t sinnvoll da der Mensch als Nutzer das zentrale Element in diesem Bereich darstellt Durch die menschintegrier te Simulation und Interaktion k nnen Schwachstellen der Planung aufgedeckt und die n
93. die Szene bzw das Modell kann dabei an einen beliebigen Teilnehmer bergeben werden Um eine gute Leistung zu erzielen werden lediglich die Steuerbefehle jedoch keine Renderingdaten bertragen so dass eine gute Performance gew hrleistet bleibt RTT Immersive Bei Verwendung von RTT DeltaGen mit dem Modul RTT Immersiv kann die Tra ckingfunktionalit t verwendet werden Das RTT Immersive Modul erm glicht es die virtuelle Welt im dreidimensionalen Raum zu erleben Die Modelle lassen sich aus jedem Blickwinkel erkunden und interaktiv testen Dazu stehen die standard blichen Navigationsmodi Examine Fly Walk Drag zur Verf gung Mit der integrierten soft waretechnischen Unterst tzung des Trackings wird beispielsweise die eigene Be wegung des Nutzers auf die Kamerasteuerung bertragen Durch den Einsatz der Schnittstelle trackd Mec 09 wird die Anbindung s mtlicher technischer Tracking verfahren gew hrleistet 5 2 Interaktionsger te Die Interaktionsger te f r das mobile VR System stellen die Mensch Maschine Schnittstelle des geplanten Funktionsmusters dar An sie werden demnach hohe Anspr che hinsichtlich Ergonomie Robustheit und Bedienung gestellt Die Eingabe technologien erm glichen die Steuerung in der VR Welt und Benutzung des Sys tems f r die Planung Dem Menschen soll es erm glicht werden dass seine in der realen Umgebung ausgef hrten Steuerungs und Bewegungseingaben im Virtuellen umgesetzt werden Gut
94. die ankommende St rke des elektromagnetischen Feldes und errechnen daraus die Position relativ zur Quelle Dabei sind die Sensoren ebenfalls mit drei orthogonalen Spulen ausgestattet Das 52 5 Recherche geeigneter Hard und Software sich ndernde Magnetfeld induziert einen Strom in den Spulen am Empf nger Die Entfernung des Objektes von der Quelle wird mit der St rke des Stromflusses be stimmt da das Magnetfeld mit steigender Entfernung abnimmt Des Weiteren gibt der induzierte Strom in den Spulen aufgrund seiner Abh ngigkeit von der Ausrich tung des Magnetfeldes Aufschluss ber die Orientierung zum Magnetfeld ber ei nen Algorithmus k nnen die Messwerte der Spulen in eine Position und Orientierung des verfolgten Objektes umgerechnet werden Vor und Nachteile sind in Tabelle 5 4 zu finden Tabelle 5 4 Vor und Nachteile von elektromagnetischem Tracking Vorteile Nachteile e 6 DoF e erzeugtes Magnetfeld kann andere Ger te e sehr schnell bei wenigen Objekten st ren e keine synthetischen Signalgeber erforderlich e sehr st ranf llig gegen ber Metallen e kein Referenzobjekt erforderlich Stromquellen und leitungen e gro er Messraum e bei zu vielen Objekten sinkt die e viele Objekte m glich Geschwindigkeit e keine Sichtverbindung notwendig e Verkabelung notwendig e gute Reichweite e geringe Skalierbarkeit e hohe Latenz Funkbasiertes Tracking Erfolgt die Positionsbestimmung von Objekten ber ein
95. dient Der Spieler nutzt das Eingabeger t um sich damit in der Spielwelt zu bewegen und verschiedene Aktionen durchzuf hren Abbildung 5 7 Spielcontroller der Firma Logitech Log 09 Der kabellose und batteriebetriebene Controller kann mit einer Reichweite von bis zu 10 Metern betrieben werden und k nnte somit problemlos f r das Projekt eingesetzt werden Als Eingabe dienen wie aus Abbildung 5 7 ersichtlich zwei Analogsteuer elemente Steuerkn ppel sowie ein 8 Wege Richtungsblock und zehn program mierbare Tasten S mtliche Funktionen und Tasten des Spielcontrollers lassen sich mit der zur Verf gung gestellten Software individuell mit Tastaturbefehlen belegen Flystick H ufigen Einsatz bei VR Systemen findet der unter dem Namen Flystick gel ufige Controller Er eignet sich gut f r die Navigation durch virtuelle Szenen und somit beispielsweise f r die Betrachtung von geplanten Logistiklayouts Mit dem Ger t ist es m glich ber alle sechs Freiheitsgrade zu navigieren Die Flysticks sind ebenfalls mit einigen Kn pfen oder Schaltern ausgestattet mit denen sich definierte Aktionen steuern lassen In Abbildung 5 8 werden beispielhaft zwei verschiedene Flysticks dargestellt 42 5 Recherche geeigneter Hard und Software Abbildung 5 8 Flysticks der Firma A R T Art 09 Vorstellbar ist die Steuerung und nderung des Bewegungsmodus das Greifen und Bewegen von Objekten oder das Aufrufen von Men s Die Flysticks w
96. dung 3 1 Qualitative Aufwandsch tzung f r den Einsatz von VR Werkzeugen Bra 05 Abbildung 3 2 Planungsphasen in der Logistiksystemplanung G n 09 Abbildung 3 3 Aufteilung der Anforderungen an VR LogPlan Abbildung 4 1 Optimal unterst tzter VR Planungsprozess Abbildung 4 2 Aufgabenspezifischer VR Planungsprozess Abbildung 5 1 VR System nach dem Interaktionsmodell Roo 10 Abbildung 5 2 Kabelgebundene Standardmaus Abbildung 5 3 Bewegungsfunktionen einer 3D Maus Con 09 Abbildung 5 4 3D Maus SpaceNavigator der Firma 3Dconnexion GmbH Abbildung 5 5 Air Maus der Firma Movea Zdn 09 Abbildung 5 6 Nintendo Wii Controller mit Nunchuck Erweiterung Nin 09 Abbildung 5 7 Spielcontroller der Firma Logitech Log 09 Abbildung 5 8 Flysticks der Firma A R T Art 09 Abbildung 5 9 Haptische Interaktionsger te Boe 09 Est 09 Abbildung 5 10 5DT Data Glove der Firma Fifth Dimension Technologie Fdt 09 Abbildung 5 11 Station res VR System mit Laufband Wul 08 Abbildung 5 12 Balance Board der Firma Nintendo Nin 09 Abbildung 5 13 Realisierung eines Handtrackings Art 09 Abbildung 5 14 Passives Target f r Infrarotsysteme links und Videosysteme Mitte oder aktives Target mit LED rechts Abbildung 6 1 Head Mounted Display Est 09 Abbildung 6 2 Aufbau einer Powerwall Dim 10 Abbildung 6 3 Darstellungen einer Cave Arr 10 Gee 10 Abbildung 6 4 VR L sungen f r den Arbeitsplatz Ims 10 Ste 04a
97. e Interaktionsger te stehen f r die wesentliche Immersion und Interaktion des Nutzers mit der VR Die bis vor 20 Jahren ber 10 000 teuren Interaktionsger te VDI 10 kosten heutzutage bei gleicher Funktionalit t nur noch wenige Dollar und zeigen den starken Preisverfall f r VR Komponenten wenn diese im Consumer Markt eingesetzt werden 36 5 Recherche geeigneter Hard und Software 5 2 1 Anforderungen an Interaktionsger te Die Anforderungen an die Ger te beziehen sich im Forschungsprojekt auf ein mobi les System Die Ger te m ssen einen sinnvollen Einsatz und volle Funktionalit t f r die planerischen T tigkeiten sowie Interaktionen in der virtuellen Welt und Schulung erlauben Daf r sollen die Ger te f r Interaktionen in der VR frei im Raum bewegbar sein d h sie sollen kabellos per Funk an den Computer angeschlossen werden k nnen Zudem m ssen sie ohne Unterlage z B Tisch genutzt werden k nnen und ihre Benutzung darf nicht von der eigentlichen Arbeitsaufgabe ablenken Um f r die erforderlichen Aufgaben eine optimale Konfiguration zu erreichen m ssen den Con trollern verschiedene Interaktionsmethapern zugewiesen werden k nnen z B unter schiedliche Belegung von Aktionskn pfen Des Weiteren soll die Bedienung der Steuerger te f r die Nutzer intuitiv erfolgen Denn die Nutzung des Systems von mehreren Personen erfordert eine klare und einfache Bedienung Generell m ssen Interaktionsger te gefunden werden die f
98. e Software ber einen separaten Regal konfigurator Dieser erlaubt es verschiedenste Arten und Typen von Regalen zu er stellen 80 6 Entwicklung eines Systems ohne Trackin mE Du me I if Abbildung 6 13 Screenshot taraVRbuilder Der in Abbildung 6 13 gezeigte taraVRbuilder besitzt dar ber hinaus eine Bibliothek mit einer Vielzahl an fertigen Modellen aus dem Logistikbereich Nachbildungen von diversen F rdermitteln Fahrzeugen und menschlichem Personal k nnen in die 3D Szene geladen werden und dort frei im Raum platziert werden Visual Components Weitaus mehr M glichkeiten bieten die unter der Softwarel sung Visual Compo nents vertriebenen Pakete 3DCreate und 3DRealize der Firma DUALIS GmbH IT Solution Dua 09 3DCreate ist eine Software die es erm glicht eigene Komponen tenbibliotheken zur Visualisierung und Animationen zu erstellen um die Entwicklung von Maschinen und Anlagen bereits in der Konstruktionsphase zu begleiten vgl Abbildung 6 14 Abbildung 6 14 Visual Components von DUALIS Dabei ist es m glich Komponenten komplett neu zu entwerfen vorhandene CAD Konstruktionsdaten ber Schnittstellen in die Software einzulesen oder nderungen 81 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking in vorhandenen Komponenten vorzunehmen Die Komponentenbibliothek dient als Grundlage zur Abbildung Analyse und Optimierung einzelner Maschinen Roboter oder gesamter Produktionslin
99. e aufmerksam die Probanden in die Versuchsreihe ge hen Es wird angenommen dass bei einer besseren Konzentrationsleistung der Auf bau des Gesamtsystems sowie die Planungsaufgaben zielstrebiger verfolgt werden Daf r kommt der Lufthansa Konzentrationstest zum Einsatz Luf 10 Bei diesem Onlinetest muss der Kandidat innerhalb von 135 Sekunden m glichst oft ein be stimmtes Wort markieren Das Ergebnis wird durch die Differenz richtig und falsch angeklickter W rter gemessen Der Test wird automatisch ausgewertet und die Feh ler zur Gesamtmenge der richtigen W rter lassen R ckschl sse auf die Konzentrati on des Probanden zu Zus tzlich zum Aufbau und zur Interaktion mit dem Funktionsmuster soll das 3D Planungstool und dessen Eigenschaften im Vergleich zu einer herk mmlichen Pla nung mit Papierlayouts verglichen werden Dazu erhalten die Probanden zu zweit die Aufgabe ein Layout f r eine kleine Lagerhalle zu errichten Zun chst erfolgt die Pla nung mit einem Papierlayout bei dem die ben tigten Funktionselemente zum Aus schneiden bereitliegen und in die Planung eingebunden werden k nnen An die L sung werden zus tzlich Anforderungen hinsichtlich verf gbarer Fl che ben tigter Anzahl an Regalen und der erforderlichen F rdertechnik gestellt Die Kandidaten schneiden die Elemente aus und stellen diese auf dem Layout m glichst gut zu sammen Anschlie end wird eine hnliche Planungsaufgabe mit dem entwickelten 3D Planungstool ausgef
100. e dargestellte Visualisierung als leichte Vereinfachung des Arbeitsplatzes vollkommen ausreicht solange sie der Wirklichkeit gut entspricht Abbildung 9 6 zeigt weitere Bewertungen hinsichtlich der Visualisierung So beschreiben 57 der Kandidaten die dargestellte Visualisierung als realistisch 43 sehen das nur bedingt so F r niemanden war die Darstellung unrealistisch Zudem wurde die Qualit t der Darstellung von 71 der Befragten als gut bezeich net von den restlichen 29 als ausreichend Auch die Berechnung der einzelnen Bilder f r die interaktive Schulung war f r alle Kandidaten schnell genug und die Bil der stockten nicht 148 9 Evaluierung des Systems mit Trackin Darstellung realistisch Qualit t der Darstellung mja Obedingt EBnein E gut Dausreichend Bschlecht 0 0 43 29 71 Abbildung 9 6 Bewertungen zur Visualisierung Probleme sehen die Testpersonen im Einsatz des VR LogPlan f r l ngere Schu lungssitzungen Nur 14 3 halten dies f r durchf hrbar 71 4 f r bedingt und 14 3 sogar f r ausgeschlossen Als hindernde Gr nde werden hierf r Augener m dung und das Verursachen von Kopfschmerzen gesehen vgl Jan 10 Navigation und Interaktion Im Vergleich zu der ersten Versuchsreihe werden die Eingabeger te nicht mehr als so robust und best ndig angesehen Nur noch 57 1 waren der Meinung dass die Ger te ausreichend robust f r ein industrielles Umfeld sind 42 9
101. e dem Anwender ein Flystick zur Verf gung stehen Durch die Visualisie rung im Virtuellen erh lt der Planer eine realit tsnahe Darstellung die bereits eine erste Beurteilung des Layouts zul sst Durch Interaktionen mit den geplanten Ar beitspl tzen lassen sich die geschaffenen Varianten berpr fen und auf Plausibilit t testen Dabei kann beispielsweise zur Nutzung der nat rlichen Interaktionsmecha nismen des Menschen ein Datenhandschuh zum Nachbilden des Greifens verwen det werden mit dem sich Abl ufe innerhalb des Planungsgegenstandes nachahmen und von einer Person simulieren lassen S mtliche planerische T tigkeiten k nnen dabei von einem interdisziplin ren Team das sich vor der Pr sentationsleinwand befindet gemeinsam ausgef hrt und besprochen werden Die tats chliche Interakti on mit dem Objekt wird von einer verantwortlichen Person durchgef hrt w hrend die anderen Mitglieder des Teams lediglich immersiv visuell den Planungsgegen stand betrachten Das System qualifiziert sich somit f r den kooperativen Einsatz Am Ende des Planungsprozesses hat sich eine L sung als am geeignetsten heraus gestellt so dass ein Groblayout f r den Arbeitsplatz feststeht 26 4 Festlegung VR unterst tzter Referenzprozess Auf Basis des Groblayouts wird von den Planern und den zuk nftigen Anwendern im Rahmen der Feinplanung mittels menschintegrierter Simulation der Planungsentwurf abgesichert Wul 08 Es k nnen Laufwege Greifrf u
102. e die Lagereinrichtung mit VR LogPlan visualisiert Dabei k nnen Untersuchungen anstellt werden ob die geplanten Funktionseinheiten auch tats chlich an den vorgesehenen Orten positioniert werden k nnen oder ob diese auf Grund der r umlichen Gegebenheiten mit anderen Einbauten kollidieren Die Dimensionierung der Systeme muss anhand der Planungs und Soll Daten oder mit Hilfe von Materialflusssimulationen erstellt werden Auf diesen aufbauend lassen 19 3 Einsatzszenarien und Anforderungsanalyse sich verschiedene Layoutvarianten in VR Simulationsmodellen darstellen Die ent standenen Groblayouts k nnen dann in einem Planungsworkshop durch Bewer tungsverfahren z B Nutzwertanalyse einer genaueren Betrachtung unterzogen und berpr ft werden Ergebnis der Systemplanung ist ein erstes funktionsf higes Grob layout Dieses Groblayout soll mit VR LogPlan durch immersive Interaktion der Pla ner und k nftigen Nutzer auf Funktionsf higkeit und Umsetzbarkeit eingehend ge pr ft werden k nnen Feinplanung Den letzten Schritt der Planung stellt die Feinplanung dar Nachdem die Einigung auf eine Variante des neuen Layouts erfolgt ist beginnt eine berarbeitung der Pla nungsdaten und eine tiefgehende Detaillierung der Struktur und Systemplanung Mit Hilfe von Ergonomieuntersuchungen und menschintegrierten Simulationen wird der Arbeitsplatz gestaltet und ausgelegt Dabei k nnen die St rken des VR System genutzt werden da es bereits in
103. ehr wartungsfreundlich inte griert so dass ein Aus und Einbau mit nur geringem Zeitaufwand vollzogen werden kann Ebenso ist die Zug nglichkeit f r einen anfallenden Lampentausch gegeben Eine Umr stung auf andere Projektorentypen ist durch einen Austausch der Projektorenplatten m glich Ebenfalls auf den Wagen montiert sind die Polfilter Durch den festen Einbau dieser entf llt das im ersten Funktionsmuster erforderliche Einstecken Dabei ist die Halterung der Filter sehr flexibel so dass diese jederzeit herausgenommen und ausgetauscht werden k nnen Abbildung 8 4 zeigt den fertig ausgestatteten Projektorenwagen mit Beamerbefestigung sowie der Halterung der Polarisationsfilter Dar ber hinaus wurde der Projektorenwagen mit Tragegriffen ausgestattet so dass er leicht von zwei Personen angehoben werden kann Dies kann f r das Verstauen im Transporter oder bei Schwellen erforderlich sein S mtli che Verkabelung und Anschl sse der Technik werden innerhalb des Wagens ge f hrt Somit entf llt auch das Verstauen und Anstecken s mtlicher Anschl sse beim Aufbau des Funktionsmusters 129 8 Entwicklung eines Systems mit Trackin Abbildung 8 4 Projektorenwagen und Polarisationsfilterbefestigung ber einen von au en zug nglichen USB Hub k nnen weitere Ger te mit dem Sys tem verbunden werden Der Benutzer muss das System lediglich an die 230 Volt Stromversorgung stecken F r die weiteren Eingabeger te befindet sich im Bereic
104. ehrere Millionen Polygone besitzen k nnen Derzeit verf gbare Software ist kostenintensiv in der Anschaffung und nicht auf die Bed rfnisse der Planung in der Logistik abgestimmt Meist zielen die Systeme auf die Produkten wicklung ab nicht aber oder nur in geringem Umfang auf die Produktionsplanung Ein immersives VR System l sst sich nur unter erheblichem Engineering und Soft wareentwicklungsaufwand zusammenzustellen Der typische Preis f r den Aufbau eines Ein Wand Systems liegt bei ca 100 000 Euro Aus kostentechnischen Gr n den ist eine derartige Anschaffung f r KMU nicht praktikabel weshalb ihnen die Nutzung dieser innovativen Technologie bis heute verwehrt bleibt 2 2 Methoden und Werkzeuge zur Planung in der Logistik Die Aufgabe der Logistiksystemplanung ist in erster Linie die Anordnung der Lager und Logistikeinrichtungen festzulegen Eine immer gr er werdende Komplexit t 8 2 Stand der Forschung sowie Planungsumfang Planungssicherheit und h here Planungsgeschwindigkeit sind wesentliche Einflussgr en auf die Planung von Logistiksystemen G n 09 Daher ist es erforderlich dass sich alle beteiligten Disziplinen in ihrer Planung eng miteinander abstimmen Mit dem derzeitigen Stand der Technik werden vielseitige Methoden und Planungstechniken im Bereich Logistik genutzt Richtlinien VDI2385 VDI2498 VDI3590 etc grafische Methoden Flussdiagramme Graphen Material flussmatrizen etc rechnerbasierte W
105. ei den Zeigefingern realisiert Funktionen Wii Controller RTT Deltagen Betrachtungs Modus Kamera Kamera nach oben unten schwenken nach oben unten verschieben nach links rechts schwenken nach links rechts verschieben R ckw rts Knopf auf R ckseite a aj Vorw rts Knopf auf R ckseite l g Abbildung 6 22 Funktions bersicht Wii Controller Die beiden anderen Interaktionsger te arbeiten nach dem gleichen Funktionsprinzip bilden aber die Funktionen anders ab Die 3D Maus l sst sich in 6 DoF bewegen und erlaubt somit s mtliche Kamerabewegungen abzubilden Die Umsetzung am Spielcontroller hnelt der beim Wii Controller Das Ger t wird mit beiden H nden bedient und ber die beiden Steuersticks kann sich der Anwender durch die Szene navigieren 6 3 Softwareumsetzung Mit der Softwareumsetzung wird ein Planungstool f r die dreidimensionale Logistik planung geschaffen sowie die Interaktionsger te in das System integriert Eine ge eignete VR Basissoftware wurde bereits in AP 3 ausgew hlt Zum Einsatz kommt RTT Deltagen das ausschlie lich die Visualisierung und die immersive Anwendung der VR Szenen bernimmt 6 3 1 Planungstool f r die dreidimensionale Logistikplanung Ein Ziel des Forschungsprojektes ist es ein Werkzeug zur Materialfluss und Layoutplanung mit 3D Modellen zu entwickeln Der Fokus liegt dabei auf der Erstel lung von Anlagenkomponenten aus dem Bereich der F rder und Lag
106. ei kleinen und mittle ren Unternehmen KMU zu erm glichen Das erste Funktionsmuster wurde ohne ein Trackingsystem entwickelt und eignet sich f r die Beurteilung logistischer Systeme indem es die Vorstellungskraft aller Beteiligten verbessert Der Anwender besitzt die M glichkeit virtuell durch geplante Logistiklayouts zu fliegen oder eine virtuelle Be gehung des Objektes vorzunehmen Daf r kommen geeignete Interaktionsger te zum Einsatz Die 3D Planungssoftware schafft Potenzial die Planung gegen ber herk mmlichen Planungsmethodiken zu beschleunigen In einer Evaluierung zeigten sich die vielf ltigen Unterst tzungsm glichkeiten die die Umsetzung eines durch g ngigen Planungssystems erm glichen Bei dem zweiten Funktionsmuster wurde das System um ein Trackingmodul erweitert damit die Positionserfassung des Nut zers vor der Projektionsfl che erm glicht wird und dadurch Interaktionen mit der virtuellen Welt durchf hrbar sind In einer zweiten Evaluation wurde nachgewiesen dass das System sinnvoll f r Schulungszwecke eingesetzt werden kann Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1 Wissenschaftlich technische Problemstellung 1 2 Forschungsziel 1 2 1 Angestrebte Forschungsergebnisse 1 2 2 Innovativer Beitrag der angestrebten Forschungsergebnisse 1 2 3 L sungsweg zur Erreichung des Forschungsziels 2 Stand der Forschung 2 1 Virtual Reality Technologie 2 2 Methoden und Werkzeuge zur Planung in
107. eignete Szenarien und Ein satzm glichkeiten f r VR LogPlan in der Logistiksystemplanung aufzuzeigen Die daraus entstehenden Anforderungen sind in einem Lastenheft zusammenzufassen 3 1 VRin der Logistikplanung Zu Beginn der Untersuchung des Einsatzes der VR in Logistikplanung muss hin sichtlich geeigneter Planungsbereiche im Bereich der Logistik differenziert werden Bei Betrachtung der einzelnen Bereiche der Logistik G n 09 zeigt sich dass eine Planung mit VR nur innerhalb der Produktionslogistik zweckm ig ist Die Transport logistik Beschaffungslogistik sowie Distributionslogistik scheiden aufgrund Ihrer Weitl ufigkeit im r umlichen Sinne und der Dimensionen der Planungsgegenst nde aus Denn das mobile VR System soll seine St rken in der Integration des Men schen ausspielen der den wesentlichen Mittelpunkt in der Produktionslogistik dar stellt Eine Planung von Logistiknetzwerken mit der VR Technik l sst ebenfalls keine Vorteile erkennen und wird deswegen nicht weiter untersucht Der Einsatz ist also nur in Teilbereichen der innerbetrieblichen Logistik oder auch Intralogistik zu sehen Ein bei der Logistikplanung verfolgtes Ziel besteht in einer m glichst optimalen An ordnung der Funktionseinheiten Dabei kann das VR System zur Visualisierung und Interaktion im Fabriklayout genutzt werden und dessen Analyse unterst tzen Durch ein immersives Eintauchen in den aktuellen Planungszustand kann eine schnelle Bewertung und Valid
108. einer bis mittlerer Gr e Die zu transportierenden Kleinteile liegen entweder als einzelne Kartons vor oder werden mit Hilfe eines Ladehilfsmittels z B Kleinladungstr ger gesammelt bef rdert Als Transporteinrichtung werden dabei angetriebene Rollenbahnen eingesetzt Zur Rich tungs nderung werden Kurvensegmente mit unterschiedlichen ffnungswinkeln be nutzt Unter den Lagereinrichtungen werden die verschiedenen Regalkonstruktionen zur Lagerung von G tern verstanden Hervorzuheben sind diesbez glich das Hochre 94 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking gallager f r Paletten und das Fachbodenregallager f r Kleinteile Der Benutzer hat die M glichkeit die Lagereinrichtung seinen Anforderungen entsprechend anzupas sen und kann beispielsweise die Anzahl und Verteilung der einzelnen Regalb den bestimmen Nachdem die Auswahl an Objekten mit modifizierbaren Parametern getroffen wurde gilt es noch zu kl ren welche Objektattribute der dynamischen Objekte als modifi zierbare Parameter ausgef hrt werden sollen Grunds tzlich sollten die wichtigsten Eigenschaften wie L nge Breite und H he ver nderbar sein Abh ngig vom Objekt typ sollten auch weitere Merkmale einstellbar sein In Tabelle 6 8 werden die einzelnen Modelltypen und ihre Parametrisierungs optionen aufgelistet Tabelle 6 8 Parametrisierungsm glichkeiten von Objekten im 3D Planungstool Parametrisierungen L n
109. ekt wurde ein Headtarget f r den Nutzer erstellt und ein Target f r die Darstellung der virtuellen Hand Das Headtarget dient dazu die Position des Benutzers und dessen Blickrichtung auf die Leinwand zu bestimmen Die VR Basissoftware errechnet mit den erhaltenen Trackingdaten die perspektivisch korrekte 3D Ansicht der Visualisierung f r den Benutzer Dieser erh lt so ein auf seine genaue Position und Blickrichtung angepasstes Bild Als Headtarget wird f r das Forschungsvorhaben die 3D Brille verwendet Diese bietet sich gut an da der Anwender diese ohnehin bei der Betrachtung der Visualisierung tr gt und zugleich genau dessen Blickrichtung vorgibt Als zweites Trackingtarget wird der Wii Controller mit Reflexionskugeln ausgestattet Abbildung 8 11 zeigt die fertig ausgestatteten und pr parierten Trackingobjekte f r das VR LogPlan Abbildung 8 11 Trackingtarget der Benutzerbrille und des Wii Controllers Die angebrachten Reflexionskugeln werden ber ein M3 Gewinde angeschraubt und besitzen einen Durchmesser von 12 mm Mit der Ausstattung des Wii Controllers den der Nutzer in der rechten Hand tr gt wird es erm glicht dessen Handposition im Raum zu bestimmen Die sich daraus ergebenden Trackingdaten k nnen darauf hin verwendet werden um diese mit dem virtuellen Handmodell zu verkn pfen und so die virtuelle Hand real durch Handbewegungen steuern zu k nnen 8 3 Softwareumsetzung Das neu implementierte Trackingsystem muss auf das
110. ember 2009 156 Bra 05 Bra 08 Bre 07 Bur 94 Clo 09 Con 09 Cyv 10 Dan 04 Dav O1 Literaturverzeichnis Bracht U Eckert C Masurat T Partizipative Fabrikplanung mit Virtual Reality Ergebnisse aus der Zu sammenarbeit mit einem Automobilzulieferer In Schenk M Hrsg Virtual Reality und Augmented Reality zum Pla nen Testen und Betreiben technischer Systeme 8 IFF Wissenschaftstage Magdeburg 2005 S 69 79 Bracht U Spillner A Reichert J Stufenweise Einf hrung von 3D CAD basierter Fabrikplanung im Rah men der digitalen Fabrik In ZWF Jahrgang 103 Heft 1 2 2008 S 12 16 Breining R Wulz J Virtual Reality als adaptives Planungswerkzeug In G nthner W A Hrsg Neue Wege in der Automobillogistik Berlin Springer 2007 S 373 384 Burdea G Coiffet P Virtual Reality Technology New York John Wiley amp Sons 1994 Clobes H J Haase T Termath W Virtual Reality Technologien f r die Qualifizierung in kleinen und mittel st ndischen Unternehmen In Schenk M Hrsg Digital Engineering zum Entwickeln Testen und Betreiben technischer Systeme 12 IFF Wissenschaftstage Magdeburg 2009 S 271 278 3Dconnexion GmbH http www 3dconnexion de Aufruf am 04 05 2009 Cyviz FAQ http www cyviz kr sub Fag php Aufruf am 29 03 2010 Dangelmaier M Stefani O Menschmodelle in virtuellen Umgebungen einsetzen In Werkstattstechnik on
111. emgrundan 44 5 Recherche geeigneter Hard und Software forderungen bei denen auf einen kosteng nstigen Aufbau und auf Systemmobilit t geachtet wird Das Laufbandmodul ist durch sein hohes Gewicht nur sehr schwer zu benutzen und zu transportieren Der Aufbau ist m hselig und ein einfacher Transport des kompletten Systems in einem kleinen Transporter nicht gew hrleistet Abbildung 5 11 Station res VR System mit Laufband Wul 08 Die Integration eines derartigen Laufbandes wie in Abbildung 5 11 dargestellt wird daher im Forschungsprojekt nicht weiter verfolgt Vielmehr muss eine besser zu handhabende und einfachere L sung f r das Bewegen in der virtuellen Welt gefun den werden Wii Balance Board Statt eines Laufbandes kann f r das Gehen in der VR auch das Balance Board von der Firma Nintendo in Betracht kommen das im Juli 2007 f r die Spielkonsole Wii auf den Markt kam Von der Gr e und den Abmessungen entspricht das Ger t den g ngigen Gewichtswaagen f r den haushalts blichen Gebrauch Das Interaktions ger t ist mit insgesamt vier Drucksensoren an den Ecken ausgestattet die die Ge wichtsverteilung der F e bzw des K rpers Gewichtsschwerpunkt erfassen und an die Konsole weitergeben Dabei wird das batteriebetrieben Balance Board per Blue tooth Funk an den Steuerungscomputer angebunden 45 5 Recherche geeigneter Hard und Software Abbildung 5 12 Balance Board der Firma Nintendo Nin 09 Das
112. en Dieser ist f r die korrekte Be rechnung der weiteren Werte notwendig Die darunterliegenden Eingabefelder die nen der Ausrichtung der Kameraposition in der virtuellen Welt beim Starten der Sze ne oder zum Ansteuern eines definierten Punktes Es kann dabei die Position die Blickrichtung und die Drehung der Kamera vorgegeben werden Durch Bet tigen von Setup wird die eingestellte Position geladen Das n chste Eingabefeld ist f r 103 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking die letzten acht Zeichen der Seriennummer bzw MAC Adresse des Controllers vorgesehen Dies ist f r eindeutige Zuordnung beim Verbindungsaufbau mit dem Computer notwendig Durch Dr cken des Buttons Connect wird das Ger t ver bunden und bei einem erfolgreichen Verbindungsaufbau der Batteriestatus und zum Abgleich die letzten acht Zeichen der Seriennummer angezeigt die das Ger t selbst bermittelt So kann leicht nachvollzogen werden ob der Controller richtig verbun den wurde Die Bewegungsgeschwindigkeit der Kamera l sst sich ebenfalls separat einstellen Eine weitere Einstellungsm glichkeit bietet Nunchuck model Hier kann gew hlt werden wie die Kamera bei Bet tigung des Steuersticks reagiert Bei Variante 1 geht die Kamera nach oben wenn der Steuerstick nach oben gedr ckt wird und nach unten wenn er nach unten gedr ckt wird Variante 2 schaltet in den sog Flugmodus so dass bei Bet tigung des Kn ppels nach oben die Kamera nach
113. en Feld der Tech nologie eine geeignete VR Basissoftware anbieten Gesucht werden geeignete Pro grammpakete die eine Erweiterbarkeit der Grundfunktionalit t durch eine Program mierschnittstelle erlauben Bez glich Ihrer Eignung wurden folgende kommerziell erh ltliche Produkte berpr ft e IC IDO Visual Decision Platform Ici 10 e isenso Covise VR Vis 10 e Bitmanagement BS Contact Stereo Bit 10 e RTT Deltagen Rtt 10 Die verschiedenen Programme unterst tzen grunds tzlich die Visualisierung von dreidimensionalen Bildern und unterscheiden sich in der Programmierbarkeit f r die Anforderungen des Forschungsprojekts und den Einbindungsm glichkeiten eines Trackingsystems Neben den kommerziellen Angeboten gibt es bereits ein erstes Open Source Projekt f r eine VR Basissoftware Zu erw hnen ist hierbei das inVRs Projekt interactive networked virtual reality system Inv 10 Das an der Universit t in Linz entwickelte Programm ist kostenlos und prinzipiell f r die Interaktion und Navigation in virtuellen Welten sowie f r die dreidimensionale Darstellung der Visualisierung geeignet Zum Stand der Recherche war eine Interaktion mit der virtuellen Welt jedoch noch nicht m glich so dass die Software nicht weiter in Betracht gezogen wurde Grunds tz lich ist zu erw hnen dass Open Source Software den Vorteil kostenfreier Verwen dung bietet Jedoch kann die kostenlos erh ltlich Open Source Software eine inte ressante Alternat
114. en Preis erlaubt Es ist vor allem f r ei nen Einsatz vor kleinen Projektionen geeignet Das Paket besteht aus zwei handgro Ben Infrarotkameras einem Controller Rechner einem Kalibrierungstool den Befes tigungen f r die Kameras und der notwendigen Verkabelung Die kleinen Kameras 77 mm x 60 mm x 77 mm 410 g k nnen mit zwei unterschiedlichen Objektiven ge ordert werden Ihre unterschiedlichen ffnungswinkel erlauben eine Trackingreich weite von 2 5 bis 3 Meter Die im Frontbereich der Kamera integrierten Infrarot LED s erzeugen die Infrarotblitze bei einer Wellenl nge von 850 nm Dabei erlaubt es die Trackingsoftware bis zu vier Targets zu verfolgen Die Genauigkeit liegt bei 1 mm mit einer Latenzzeit von ca 20 ms Die Kameras sind mit einem hochwertigen CCD Sensor Charge coupled Device f r die Bildaufnahme ausgestattet und wer den mit einem Firewireanschluss der gr ere und schnellere bertragungsvolumina zul sst als der handels bliche USB Anschluss mit dem Controllerrechner verbun den ber ein Netzwerkkabel erfolgt ein Synchronisationsanschluss der notwendig ist die Infrarotblitze der Kameras zu synchronisieren Trackingfrequenz 60 Hz Im Gegensatz zu den anderen von A R T angebotenen Trackingkameras handelt es sich bei dieser g nstigeren Version um keine intelligenten IR Kameras Die Bildbe rechnung erfolgt auf dem Controllerrechner Dieser besitzt einen Dual Core Chip bei dem je ein Core von einer Kamera belegt wi
115. enhandschuh Wii i Absicherung O Interaktionsger te Eg Feinplanung durch Interaktion Detailplanung uo1pjeis uj pun Bunupjd Jap u zzaswn s yos yde1b VR Modell Fertiglayout Iterationsschleife Realisierung Schulung IMETAK Interaktionsger te Schulung visuell Abbildung 4 1 Optimal unterst tzter VR Planungsprozess Der Ausl ser einer jeden Planung ist das Entstehen eines Planungsbedarfs Die Ur sachen dieses Planungsbedarfs k nnen vielseitig sein und entstehen beispielsweise bei Betriebserweiterungen umstellungen Verfahrens nderungen oder beim Erset zen von veralteter Technik G n 09 Der Hauptaspekt bei den Vorarbeiten liegt in der Ist Aufnahme des aktuellen Zu standes Da der Entwurf rein virtuell geschehen soll muss zun chst durch Daten bernahme das virtuelle Datenmodell des Arbeitsplatzes bzw der Arbeitsplatzum gebung generiert werden Erfolgt die virtuelle Konzeption erstmalig oder ist kein vir tuelles Modell aus einer fr heren Planung vorhanden so erfordert dies aufw ndige Vorbereitungen In einem derartigen Fall m ssten ma stabsgetreue CAD Modelle der Einrichtungsgegenst nde kreiert oder vom Hersteller angefordert werden Zu dem muss ein virtuelles Modell der Lagerhalle oder Fabrik erstellt werden Eine wei tere M glichkeit f r die Erfassung des Ist Zustandes bietet die Verwendung eines mobilen 3D Laserscanners der die aktuelle r umli
116. er Kommissioniersystemplanung 1 Einleitung AP 8 Evaluierung des Kommissionierplanungssystems 2MM Ergebnis Auswertung von Versuchsreihen mit dem erweiterten Funktionsmuster AP 9 Dokumentation 1MM Ergebnis Erstellen eines ausf hrlichen Forschungsberichts und eines Leitfadens zur Inbetriebnahme und Anwendung des mobilen VR Systems Die Gliederung dieses Forschungsberichts baut auf den im Forschungsantrag defi nierten Arbeitspaketen auf In einem einleitenden Kapitel erfolgt eine Einf hrung in den Stand der Technik Anschlie end werden AP 1 bis AP 3 in einem jeweils eige nen Kapitel abgearbeitet AP 4 und AP 5 bilden das Kapitel 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking AP 6 AP 7 und AP 8 befinden sich in einem eigenen Ab schnitt In einer abschlie enden Zusammenfassung werden die Ergebnisse den Zie len des Forschungsvorhabens gegen bergestellt 2 Stand der Forschung Mit der VR Technologie und deren Einsatz als Planungs und Schulungsmedium werden die Kernelemente des Forschungsprojekts in den nachfolgenden Abschnit ten hinsichtlich des aktuellen Stands der Forschung kurz vorgestellt 2 1 Virtual Reality Technologie Seit Anfang der neunziger Jahre haben Schlagw rter wie Virtual Reality Cyber space Virtual Environment Virtuelle Realit t und weitere hnliche Begriffe immer mehr an Bedeutung gewonnen Sie stehen f r ein Teilgebiet der Computergrafik das eine neuartige Mensch Maschine Kommunikation erm g
117. er und Empf nger verursacht zudem eine starke Abschw chung des Signals F r die genaue Positionsbestimmung muss das System alle Faktoren die die Signalausbreitung beeinflussen k nnen kennen WLAN Systeme geben nur zwei DoF wider und erreichen lediglich eine Genauigkeit von 1 5 bis 2 m wie in Tabelle 5 5 dargestellt Tabelle 5 5 Vor und Nachteile von WLAN Tracking Vorteile Nachteile e standardisiertes System e handels blich e geringe Kosten e kein Sichtkontakt n tig e kein homogenes Feld e Feld wird durch Ger te mit WLAN beeinflusst die sich im Feld befinden e nur 2 DoF f r die Position e Genauigkeit von 1 5 2 m Die Radio Frequency Identification RFID Technik steht f r eine ber hrungslose Identifikation ohne Sichtkontakt durch Radiowellen Ein Sichtkontakt zwischen Emp f nger und Sender ist bei RFID nicht notwendig Das RFID System besteht dabei aus einer Lesestation und einem Transponder auch Tag genannt Diese Transpon der k nnen dabei selbst ber eine Stromversorgung verf gen aktiv oder sie werden drahtlos ber die Lesestation mit Energie versorgt passiv Die Signalst rke wird wie bei anderen Funktechniken durch Hindernisse sowie durch die Entfernung beein flusst Hinzu kommt dass RFID eine ziemlich geringe Genauigkeit zur Entfernungs messung besitzt und ber eine zu geringe Updaterate f r die notwendige Positions bestimmung verf gt Wag 05 In der Logistik wird RFID heutzut
118. erden bli cherweise per Funk an das VR System angeschlossen um dem Nutzer eine freie und ungehinderte Bewegung im Raum zu erm glichen Sie m ssen dabei von einem optischen Trackingsystem erfasst werden um Ihre Position im Raum zu bestimmen Daf r sind sie entweder mit passiven reflektierenden Kugeln oder aktiven Targets Infrarot LEDs ausger stet Haptische Interaktionsger te Im Bereich der VR finden auch Interaktionsger te Einsatz die dem Anwender ein haptisches Feedback liefern Derartige Ger te sind technisch u erst anspruchsvoll und sollen dem Nutzer ein noch realeres Verhalten bei der Interaktion in der VR lie fern indem ber Aktoren das Force Feedback Kraftr ckkopplung bermittelt wird Die Ger te geben somit eine R ckmeldung an den Benutzer wenn dieser in der vir tuellen Welt mit Gegenst nden kollidiert oder Objekte greift Bei den bisher aufge z hlten Interaktionsger ten ist dies nicht der Fall Sie sind nicht in der Lage bei Kolli sion ein reales Feedback zu geben Abbildung 5 9 Haptische Interaktionsger te Boe 09 Est 09 43 5 Recherche geeigneter Hard und Software Die Eingabeger te sind wegen ihrer diffizilen Mechanik siehe Abbildung 5 9 sehr teuer in der Anschaffung und bringen keinen wesentlichen Mehrwehrt bei einem Ein satz im Forschungsprojekt f r die Logistikplanung Ein Einsatz im Schulungsbereich w re denkbar wird aber auf Grund der hohen Kosten nicht weiter ber cksicht
119. erh ltlichen Opti Hub erfolgen Der Verkabelungsaufwand ist somit stark vereinfacht und erm glicht einen schnellen Aufbau des Systems Die in der Kamera stattfindende MJPEG Kompression erlaubt ein Graustufen Video und hat eine Aufl sung von 640 x 480 Pixel bei einer sehr ge ringen Auslastung der USB Kabel Bandbreite Durch die Darstellung eines Graustu fenbildes ist eine einfach Ausrichtung und Justierung der Kameras auf den Tra ckingbereich m glich Die Kameras verarbeiten bereits intern die Trackingdaten be vor diese an den Rechner geschickt werden Dies reduziert ebenfalls die ben tigte Performance auf dem Computer So k nnen in einer Konfiguration bis zu 16 Kame ras eingesetzt werden die in einer typischen Kalibrierung in weniger als 5 Minuten konfiguriert sind Die dazu erh ltliche Software Tracking Tools erlaubt das Tracking von optischen Targets und mit Hilfe der SDK ein Einbinden in die bestehende VR 121 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking Basissoftware Es erm glicht die Erfassung von mehreren Targets gleichzeitig und ein konfiguriertes Setup kann f r die sp tere Wiederverwendung abgespeichert werden A R T TrackPack Die Firma A R T aus Deutschland hat sich ausschlie lich auf optische Infrarottra ckingsysteme spezialisiert Art 09 A R T bietet seit kurzer Zeit ein unter dem Na men TrackPack vertriebenes Produkt das ein professionelles zuverl ssiges Tracking zu einem f r Trackingsysteme erschwinglich
120. erkzeuge Simulation CAD etc und Verfah ren vorbestimmter Zeiten z B Methods Time Measurement Der Planer kann sich aus dem recht umfangreichen und vielseitigen Arsenal von Methoden und Planungs techniken bedienen Abbildung 2 1 verdeutlicht den Prozessablauf und den Einsatz der Werkzeuge im Planungsprozess Umsetzung Die aktuelle Situation in der Logistikplanung ist gepr gt durch Feinplanung Feinplanung der Fertigung e Lager und Transportplanung Arbeitsplatzauslegung e Viele verschiedene Tools e Fehlende Unterst tzung wichtiger Aufgaben e Unverkn pfte Einzeltools Grobplanung Layoutplanung Standortwahl Grafikprogramm e Geb udeplanung Organisation der Fertigung j e Materialfluss Layoutplanung Simulation e Technik Betriebsanalyse Prozessmodellierung __2D CAD System Ist Analyse l Das nicht konsistente e Bewertung 3D CAD System Datenmodell verursacht 7 Probleme bei Arbeitsplanun e nderungen Tabellenkalkulation e Wiederverwendung von Ae Planungsdaten Abbildung 2 1 Situation beim Einsatz von Werkzeugen f r die Fabrikplanung vgl Dom 01 Es ergibt sich ein komplexes soziotechnisches Gebilde dessen Realisierung sich sehr schwierig darstellt da im Planungsablauf eine Verkn pfung der einzelnen Sys teme nicht m glich oder nur u erst schwer
121. ertechnik wel che mittels verschiedener Parametereingaben durch den Anwender variabel gene 92 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking riet werden und im Planungslayout platziert werden k nnen Aufbauend auf Autodesk Maya soll ein Plug in f r die Logistikplanung entworfen werden Die Funk tionalit t des Programms Maya wurde in Anbetracht der integrierten Skriptsprache Maya Embedded Language als eine Verkettung unterschiedlicher Makroskripte f r die Implementierung der Benutzeroberfl che eingesetzt In der Phase der Anforde rungsermittlung an das Planungstool sind die Bed rfnisse des sp teren Nutzers zu ber cksichtigen Grunds tzlich wird angenommen dass der Benutzer wenig bis kei nerlei Erfahrung im Umgang mit 3D Programmen hat Maya stellt ein komplexes Softwareprodukt dar und die Verwendung und Einarbeitung nimmt viel Zeit in An spruch Um diesen Aufwand m glichst gering zu halten ist es Ziel die Komplexit t in den Hintergrund zu stellen und den Anwender nur mit den n tigen Funktionen in Kontakt zu bringen Dies gelingt mittels einer einfach zu handhabenden grafischen Oberfl che Der Anwender kommuniziert lediglich durch entsprechende Parameter eingaben innerhalb der Schnittstelle mit dem Softwarepaket Diesbez glich sollte die grafische Benutzeroberfl che mit einer gewissen Voransicht der F rdertechnikkom ponente versehen sein anhand derer die Parametereingabe entsprechend angeord net ist Zugleich wird es als sinnvol
122. erwendung eines Datenhandschuhs mit Gestenerkennung hat aber auch ein paar Funktionseinschr nkungen da der Greif 46 5 Recherche geeigneter Hard und Software vorgang an sich nicht abgebildet werden kann Zudem ist zwingend ein optisches Trackingsystem f r diese L sung erforderlich 5 2 3 Bewertungskriterien F r die Bewertung der Eingabeeinheiten werden mehrere Kriterien betrachtet die bereits im Lastenheft aufgrund von Expertengespr chen festgelegt wurden Ein ers tes Kriterium f r einen Einsatz vor der Projektionsleinwand ist die Nutzung kabello ser Bedienger te Durch Sie wird eine freie Bewegung im Raum erm glicht und der Nutzer wird dahingehend nicht eingeschr nkt F r die Bedienung ist es wichtig dass sich der Nutzer mit dem Interaktionsger t intuitiv zurechtfinden kann Unter Konfigu rierbarkeit wird verstanden ob sich bestimmte Eingabekn pfe und Steuerungsbe fehle auf den Interaktionsger ten f r die eigenen Zwecke des Forschungsprojektes mit Befehlen belegen lassen In einem weiteren Punkt werden die Elemente der Er gonomie zusammengefasst Darunter fallen die Gr e und das Gewicht des Ger tes sowie der Trage und Haltekomfort Zudem wird auch die industrielle Tauglichkeit durch die Robustheit und die Einsatzm glichkeit im industriellen Umfeld bewertet Die Kosten und der Implementierungsaufwand d rfen ebenfalls nicht vernachl ssigt werden Es soll ein kosteng nstiger Aufbau realisiert werden weshalb de
123. es Beobachtens um das Trainingsgeschehen live mit zu verfolgen 88 6 An zweiter Stelle steht mit 68 6 die Aufzeichnungsm glichkeit von Trainingsdurchl u fen um sich diese zu einem sp teren Zeitpunkt nochmals ansehen zu k nnen Von den Probanden angesprochene Problematiken des umgesetzten Demonstrators sind dass im derzeitigen Zustand das Durchdringen von Gegenst nden und Hin dernissen m glich ist Das bedeutet dass man beispielsweise durch das virtuelle Fachbodenregallager hindurch laufen kann Auch eine Entnahme bzw das Greifen ist noch nicht erm glicht so dass eine Eignung des Schulungssystems f r gr ere Kommissionierlager derzeit nur bei 65 7 gesehen wird Eine weitere Problematik sind die immer h ufiger erforderlichen Kenntnisse bei der Bedienung eines Lager verwaltungssystems mit dem Computer Die ben tigten Eingaben und der Umgang mit der Software des Lagerverwaltungssystems w hrend der Kommissionierung kann im VR System nicht abgebildet werden Visualisierung Auch im Bereich der Schulung stellt die Visualisierung durch das System einen wichtigen Punkt dar da visuelles Lernen erm glicht werden soll Bez glich der rea listischen Darstellung der Arbeitspl tze wurde untersucht inwiefern bei der Model lierung der Arbeitspl tze eine schematische bzw leicht vereinfachte Darstellung ausreicht oder ob es einer detailgetreuen Abbildung bedarf Alle Kandidaten sind dabei der Meinung dass die wie in der Versuchsreih
124. eweils von den Probanden ohne fremde Hil fe montiert und demontiert Als Hilfestellung dient die vorhandene bebilderte Monta geanleitung Die einzelnen Komponenten sind an einem zentralen Ort gemeinsam gelagert Es gilt von diesem aus das Funktionsmuster ca f nf Meter entfernt an ei ner geeigneten Fl che aufzustellen W hrend des Aufbaus und des Abbaus wird die Zeit gemessen um die durchschnittliche Inbetriebnahme bzw Demontage des mo bilen VR Systems zu bestimmen Zugleich werden die Probanden bei ihrem Aufbau beobachtet um Probleme bei der Montage des Funktionsmusters f r eine sp tere Verbesserung zu identifizieren Der Aufbau soll Erkenntnisse ber den Umgang eines unerfahrenen Nutzers mit einem VR System liefern Zu Beginn des Labortests f llen die Testkandidaten einen allgemeinen Fragebogen aus der zur statistischen Erhebung dient und neben Alter Geschlecht und Beruf sabschluss vor allem Fragen zur Erfahrung mit verschiedenen Computertechnolo gien die im Zusammenhang zur VR stehen dient Daneben werden die Probanden 106 7 Evaluierung des Systems ohne Tracking einem Test ber ihr r umliches Vorstelluingsverm gen unterzogen Es galt sich einen dreidimensional gezeichneten W rfel auf verschiedene Varianten rotiert und gedreht vorzustellen Rei 09b Den Kandidaten stand f r die 18 W rfel Aufgaben acht Minu ten Zeit zur L sung zur Verf gung Anschlie end wurde ein Konzentrationstest aus gef hrt um festzustellen wi
125. fe der VR als Schulungsme dium muss diese um ein Trackingsystem f r die Interaktion verf gen Es gilt ein ge eignetes Interaktionskonzept f r die Kommissionierung in der virtuellen Welt zu er arbeiten und m gliche Schulungsszenarios zu entwerfen 8 1 1 Umsetzungsm jglichkeiten des optischen Infrarottrackings Das Tracking stellt wie in Kapitel 5 3 erl utert die Verbindung zwischen der virtuel len und der realen Welt dar Die Voruntersuchung in AP 3 zur Auswahl eines Tra ckingsystems hatte das Resultat dass ein optisches Infrarotsystem zu den besten Ergebnissen f hrt F r ein gutes Tracking des Nutzers vor einer Leinwand empfehlen Experten den Einsatz von vier Kameras mindestens aber von zwei Beim Einsatz von vier Kameras werden zwei oberhalb und zwei unterhalb der Leinwand installiert und auf den Bereich vor dieser ausgerichtet Durch den sich ergebenden Tracking raum wird ein sicheres Tracking des Nutzers bei seinen Aktionen vor der Leinwand erreicht Dabei wird davon ausgegangen dass die stattfindenden Interaktionen nur in Richtung bzw auf Seiten der Leinwand vollzogen werden Ein zu starkes Abwen den des Nutzers von der Leinwand w rde den Verlust des Kontakts der Kameras zu 119 8 Entwicklung eines Systems mit Trackin den Targets bedeuten und das Tracking w rde abrei en Abbildung 8 1 verdeutlicht nochmals das Funktionsprinzip Positionsdaten Controllerrechner Firewireanschluss c 2 w
126. g erfolgt dabei mittels CAD Modellen von Einrichtungsgegenst nden und der Erstellung der R umlichkeiten Ist das Mo dell fertig erstellt k nnen durch das Positionieren von Funktionseinheiten wie Regal reihen Arbeitstischen usw sowie von Arbeitsgegenst nden wie Schrauben zu mon tierenden Teilen etc im VR Modell diverse Varianten erstellt werden Spa 06 W h rend dieses Prozesses sind die an der Planung beteiligten Personen wie Arbeitssi cherheit Betriebsrat Meister Werker usw vor Ort Gemeinsam k nnen Sie die ent worfenen Varianten betrachten diskutieren und gegeneinander abw gen Denn durch die visuelle Darstellung im VR erhalten die Beteiligten eine sehr gute Wahr nehmung die bereits eine erste Beurteilung zul sst Durch erste Interaktionen mit den geplanten Arbeitspl tzen lassen sich die geschaffenen Varianten berpr fen Am Ende des Planungsprozesses haben sich alle Personen auf eine L sung geei nigt so dass ein erstes Groblayout f r den Arbeitsplatz feststeht In diesem virtuel len Groblayout wird nun vom interdisziplin ren Team eine menschintegrierte VR Simulation durchgef hrt Die Planung kann somit bez glich Sicht und Greifr umen sowie den rtlichen Platzgegebenheiten f r ausreichend Aktionsradius untersucht und abgesichert werden Sind alle Arbeitsgegenst nde und Greifobjekte an den rich tigen Stellen positioniert kann das virtuelle Modell auch bereits f r den Zweck der Ergonomieuntersuchung f r die M
127. gabe 11 29 Jahrgang 2007 S 56f Westk mper E Bischoff J von Breil R D rr M Fabrikdigitalisierung In Werkstattstechnik online Jahrgang 91 Heft 6 2001 S 304 307 Wiiyourself http wiiyourself gl tter org Aufruf am 06 05 2010 164 Wul 08 Zdn 09 Literaturverzeichnis Wulz J Menschintegrierte Simulation in der Logistik mit Hilfe der virtuellen Reali t t Dissertation M nchen TU M nchen 2008 Greif B ZDNet de Wiimote Entwickler k ndigt ergonomische Maus mit Bewe gungssensor an http www zdnet de news wirtschaft_investition_hardware_wiimote_ent wick ler_kuendigt_ergonomische_maus_mit_bewegungssensor_an_story 39001021 41004522 1 htm Aufruf am 30 11 2009 165 Abk rzungsverzeichnis AP CAD DLP DoF 3D fmi HMD KMU LCD RFID SDK UML VR VRML WLAN 2D Arbeitspaket Computer Aided Design Digital Light Processing Degrees of Freedom Dreidimensional Lehrstuhl f r F rdertechnik Materialfluss Logistik Head Mounted Display Infrarot Kleine und mittlere Unternehmen Liquid Crystal Display Radio Frequency Identification Software Development Kit Unified Modeling Language Virtual Reality Virtual Reality Modeling Language Wireless Local Area Network Zweidimensional 166 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 1 Einsparpotenziale der digitalen Fabrik Gau 00 Abbildung 2 1 Situation beim Einsatz von Werkzeugen f r die Fabrikplanung vgl Dom 01 Abbil
128. ge mm Breite mm H he mm Farbe Sonstiges Modelltyp Rollenbahn Palettenf rder 750 4000 800 1200 500 2000 frei w hlbar Rollenbahn Kleinteilef rder 1000 4000 275 825 500 1300 frei w hlbar Rollenbahn Kurvensegment 275 825 500 1300 frei w hlbar Kettenf rderer 800 5000 750 1150 500 2000 frei w hlbar Drehtisch Rollenbahn 750 1250 800 1150 500 2000 i w hlbar Drehtisch Kettenf rder 750 1250 800 1150 500 2000 i w hlbar Hochregal 1800 2700 3600 700 1100 3000 35000 i w hlbar max 15 Ebenen Fachbodenregal 1000 1100 1200 400 500 600 11800 1900 2000 frei w hlbar max 8 Ebenen Kleinladungstr ger 200 800 200 500 200 750 blau gelb gr n rot Sichtlagerkasten 100 600 100 400 50 500 blau gelb gr n rot Objekte welche keiner der zuvor genannten Kategorien zuzuordnen sind stellen die statischen Objekte dar Diese Objekte sind nicht parametrisierbar sondern werden vielmehr als fertige Modelle mit Hilfe der Importfunktion der Szene hinzugef gt Die erste Kategorie umfasst verschiedene Flurf rderzeuge Der Anwender kann dabei zwischen unterschiedlichen Transportsystemen wie z B Kommissionierstapler Hubwagen oder Handwagen w hlen Weiterhin k nnen Industrieroboter importiert Zur Knickarmrobotern Handels bliche Europaletten k nnen der Szene auch hinzugef gt werden Auswahl stehen verschiedene Ausf hrungen von Sechsachs werden Die Auswahl umfasst Paletten in den Gr en 1 200 mm x 800 mm und 800 mm x 600
129. gen Evaluierung 1 1 22 Ergonomie und Mobilit t ie beurteilen Sie die Mobilit t des Systems Trans ee portf higkeit Standortunabh ngigkeit etc ie empfanden Sie das Gewicht der einzelnen Kom eg ponenten Ist der ben tigte Platz f r das aufgebaute Gesamtsys em zu gro Empfanden Sie den Aufbau Abbau als k rperlich an strengend ja ja ja Bereitete Ihnen der Aufbau k rperliche Beschwerden En enn ja in welchen Bereichen u Notizen Verbesserungsvorschl ge zu den oben genannten Punkten ausrei schlecht keine chend Aussag Seite 3 von 13 179 Anhang B Fragebogen Evaluierung 1 2 Fragen zur Layoutplanung in Papierform 2D Planung Es passieren hin und wieder Fehler in der Planung durch falsche Positionie rung ungenaues Ausschneiden Es konnte eine exakte und realistische Planung erreicht werden Das geplante Layout konnte ich mir r umlich gut vorstellen Das Arbeiten mit 2D Layouts ist einfach durchzuf hren Bei der Planung gr erer Logistikkom plexe ist die Handhabung ber Papier form un bersichtlich und nicht ber schaubar Die Vorbereitungen f r die Planungen waren st rend Das Arbeiten mit 2D Layouts macht mir Spa Die Planung l sst sich schnell fertigstel len Die Planung in 2D Form mit Hilfe von Papier ist leicht zu lernen Die Planungsergebnisse lassen sich gut festhalten und dokumentieren Die Planungsergebnisse lassen sich bei sp teren nderu
130. generelle Tauglichkeit der wesentlich billigeren OptiTrack Kameras berpr ft werden TrackPack Das TrackPack der Firma A R T ist mit einer Konfiguration von zwei Kameras zu einem Preis von ca 12 000 Euro k uflich zu erwerben Die beiden Kameras werden mit einem Controllerrechner verbunden der die Berechnung der Positionsdaten bernimmt und diese im Netzwerk verschickt Neben den Kameras und dem Rech ner werden ein Kalibrierungstool Befestigungsmaterial f r die Kameras sowie zwei Standardtargets mitgeliefert Abbildung 8 6 zeigt die Komponenten des TrackPacks Abbildung 8 6 Komponenten des TrackPacks und Einzeldarstellung der Kamera F r die Zwecke des VR LogPlans ist die kleine L sung mit zwei Kameras ausrei chend da nur unmittelbar vor der Projektion gearbeitet wird Die Kameras k nnen 132 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking modular an das mobile VR System angeschlossen werden und m ssen nach einem Auf oder Abbau neu kalibriert werden OptiTrack Von der Firma Naturalpoint kommt das OptiTrack Tracking Tools Package zum Einsatz Dieses Paket enth lt alle f r die Ausr stung des VR LogPlan erforderlichen Trackingkomponenten zu einem Preis von ca 4 000 Euro Zu dem Inhalt des Pake tes geh ren als Hauptkomponenten drei Infrarotkameras sowie der Opti Hub zu An steuerung dieser Auf Abbildung 8 7 sind die beiden Komponenten dargestellt Abbildung 8 7 Opti Hub und FLEX V100R2 Kamera Daneben
131. geringer Zeitanteil von Ausf llen an Hardwarekom ponenten verstanden e Messraum Die Interaktionen bzw die Nutzer des Systems befinden sich nur im unmittelbaren Umfeld vor der Projektionsleinwand Dieser Bereich ist so gering dass er keiner bewertenden Betrachtung unterzogen wird 5 3 5 Bewertung der Trackingtechnologien Die Bewertung der in Abschnitt 5 3 3 beschriebenen Trackingtechnologien erfolgt mit einer Nutzwertanalyse bei der die Gewichtung der Entscheidungskriterien einem paarweisen Vergleich unterzogen wird Jedes Zielkriterium wird mit jedem anderen Kriterium verglichen ob es wichtiger 3 Punkte gleich wichtig 2 Punkte oder weni ger wichtig 1 Punkt ist Den paarweisen Vergleich sowie den Gewichtungsfaktor f r die Entscheidungskriterien zeigt die Tabelle 5 10 Tabelle 5 10 Gewichtung der Entscheidungskriterien Trackingtechnologien 2112112 o fonoj am Da die Anzahl der zu trackenden Objekte bei bis zu vier St ck liegt nimmt dieses Kriterium eine mittlere Gewichtung ein Es ist weniger wichtig als die Kosten des Trackingssystems oder dessen Latenzzeit Die Ergonomie stellt mit den h chsten Gewichtungsfaktor dar da sie bedeutender als die Kosten sowie die Latenzzeit ist Die Genauigkeit wird als gleich wichtig gegen ber allen anderen Kriterien gesehen 60 5 Recherche geeigneter Hard und Software Mit den Kosten als drittwichtigstes Kriterium werden sie als bedeutsamer als die Robustheit ei
132. gesch tzt Abbildung 6 6 Schematischer Aufbau eines VR Centers Dim 10 Um die Tiefe eines VR Systems m glichst gering zu halten werden h ufig R ckpro jektionsspiegel verwendet Mit deren Hilfe l sst sich der Abstand der Beamer von der Projektionsleinwand auf unter zwei Meter verringern Abbildung 6 7 zeigt das Schema einer doppelten R ckprojektion Es sind aber auch L sungen mit einem Spiegel realisierbar Das Bild l sst sich vertikal oder horizontal umspiegeln Abbildung 6 7 Prinzip der doppelten R ckprojektion 72 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking Bei VR Centern die mit passiver Stereotechnik arbeiten gilt es darauf zu achten dass Spiegel eingesetzt werden die die Polarisation des Lichtes nicht ver ndern um die Kanaltrennung aufrechtzuerhalten Die direkte und die indirekten Projektion sollen kurz gegen bergestellt werden Die direkte Projektion sieht vor die Leinwand ohne Umlenkung von Spiegeln von hinten zu beleuchten Diese Variante bedingt allerdings einen relativ tiefen Aufbau des Sys tems da die Brennweite der Beamer ca drei bis vier Meter betr gt Bei dem Kon zept der indirekten Projektion steht der Projektor unterhalb der Leinwand und wirft das Bild nach hinten bevor es ber einen geeigneten Spiegel umgelenkt und auf der Leinwand abgebildet wird Dabei kann der Platzbedarf des Systems in die Tiefe um etwa die H lfte reduziert werden Jedoch erh ht der Einsatz von Spiegeln die Kos ten de
133. gsaspekte vermit telbar ganzheitliche Ausbildung nicht m glich Den Menschen durch ein VR System in die Planung integrieren Mensch wird simulativ und immersiv in die Pla nung eingebunden Basisbildung f r kooperatives Arbeiten und zur interdisziplin ren Kommunikation ber verschiedene Hierarchieebenen und Orga nisationseinheiten Gro e VR Projektion erlaubt Zusammenarbeit interdisziplin rer Teams ber alle Ebenen des Unternehmens hinweg Auf verschiedene Einsatzf lle anpassbarer Funktionsumfang Das mobile VR System kann modular auf ver schiedene Einsatzf lle angepasst werden Ein satz verschiedener Interaktionsger te m glich Einfache Interaktionsschnittstellen f r intui tives Arbeiten Interaktionsger te sind einfach zu bedienen und erm glichen intuitive Fortbewegung Ergonomisch optimal auf den Benutzer angepasst Die Komponenten des VR Systems und die Interaktionsger te sind ergonomisch ausgelegt Leicht und schnell erlernbar In den Versuchsreihen zeigte sich eine steile Lernkurve der Testkandidaten Wirtschaftlich und kosteng nstig Hardware ist relativ g nstig Softwarelizenzkos ten k nnen hoch sein Funktionsmuster stellt wirtschaftliche L sung dar Anforderungen an industriellen Einsatz gen gen Das portable VR System ist robust mobil und gegen Streulichteinstrahlung gesch tzt STO SISIsIs AS ISOs i O1 N 10 Zusammenfassung und Fazi
134. gt einen geeigneten Export f r ein VR System F r das VR LogPlan soll ebenfalls ein einfach zu bedienendes 3D Tool ent worfen werden das eine schnelle und effiziente Erstellung von Layoutentw rfen er m glicht Autodesk Maya Das von der Firma Autodesk vertriebene Produkt Autodesk Maya ist ein leistungsf higes 3D Modellierungs und Animationssoftwarepaket Aut 10 Es setzt sich aus den Modulen Modeling Animation Dynamics und Rendering zusammen und erlaubt das Erstellen und Ver ndern von allen erdenklichen 3D Objekten Abbildung 6 16 Screenshot Autodesk Maya Aut 10 Mit Hilfe diverser Kurven und Fl chenfunktionen k nnen die Objekte Schritt f r Schritt bearbeitet und somit in ihrer u eren Erscheinung entsprechend verfeinert werden Das Programm ist nicht speziell f r die Logistikplanung ausgelegt es k n nen aber die Funktionseinheiten f r die Logistik modelliert werden 6 2 Hardwareumsetzung In den folgenden Abschnitten wird die hardwaretechnische Umsetzung des Funkti onsmusters ohne Tracking detailliert Dabei wird das mobile VR Center nach dem g ngigen System aus einer Projektorenhalterung und einem Projektionsgestell be stehen Vai 03 Die beiden Projektoren werden in einem leicht zu transportierenden Projektionsgestell eingesetzt Dieses Gestell steht hinter der Leinwand und erzeugt 83 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking die Visualisierung Somit muss nur noch der richtige Abstand zur Lein
135. gut und lediglich 22 als ausreichend F r ein mobiles VR System ist somit der Einsatz einer Workstation hinreichend und f hrt zu einem guten Ergebnis In Abbildung 7 8 sind die eher negativen Beurteilun gen im Bezug zur Visualisierung zu sehen Augenerm dung Lange Sitzungen mja Detwas Bnein Ek A Aja Obedingt Bnein EAk A TA A 4a Abbildung 7 8 Aussagen zur VR Visualisierung 56 Kritisch anzusehen ist dabei die Aussage der Testpersonen dass ein Gro teil von ihnen w hrend der Versuchsreihe mit Augenerm dung zu k mpfen hatte Davon wa ren 56 etwas betroffen und 11 g nzlich Lediglich ein Drittel 28 hatte dabei keine Probleme Zur ckzuf hren ist dies auf die dreidimensionale Projektion des VR Systems die von einigen Menschen als unangenehm empfunden wird vgl Jan 10 Vermutlich aus diesem Grund sehen 56 der Personen das System f r l nge 116 7 Evaluierung des Systems ohne Tracking re Projektsitzungen als bedingt geeignet an und 11 als ungeeignete Nur 28 k nnen sich die Durchf hrung von langen Projektsitzungen mit dem VR System vor stellen Navigation und Interaktion Bei den Probanden zeigte sich der Wii Controller als absoluter Favorit bei den Inter aktionsger ten siehe Abbildung 7 9 je niedriger desto besser Vergleich Interaktionsger te Mittelwerte mit Notenverteilung Schulnoten oOo ano B 008 3D Maus Spielcontroller Wii C
136. h der Projektoren noch gen gend Stauraum f r die Ablage 8 2 2 Distanzschienen und Strahlengangverdunkelung Die Problematik der st renden Umgebungseinfl sse einer hellen Umgebung und die ungenaue Ausrichtung der Beamer hinter der Projektionsleinwand sollen in einer kombinierten L sung behoben werden Vorgesehen ist eine Konstruktion mit zwei Distanzschienen die den Projektorenwa gen hinter der Leinwand an einer vordefinierten Stelle fixiert und gleichzeitig als Hal terung f r die Verdunkelung dient Die beiden Schienen sind jeweils zweigeteilt da sie auf Grund ihrer L nge von ca 380 cm sonst nicht transportf hig w ren An den Steckverbindungen sind sie farblich gekennzeichnet um eine Zuordnung beim Auf bau zu erleichtern Befestigt werden die Schienen an den oberen Ecken des Projek tionsgestells und des Projektorenwagens ber geeignete Verbinder Bei Konstrukti on der Schienen ist darauf zu achten dass diese vom Projektorenwagen aus gese hen nach oben und gleichzeig nach au en laufen m ssen da das Projektionsgestell h her und breiter als der Wagen ist und somit an den Enden spezielle Winkel erfor dern Im fertig montierten Zustand sorgen die Distanzschienen daf r dass der Pro jektorenwagen hinter der Leinwand exakt positioniert ist und somit f r den Anwen der der Aufbau bez glich der korrekten Ausrichtung vereinfacht wird F r den 130 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking Transport werden die geteilten Sc
137. h chsten Nutzwert Daher wird f r die Realisie rung des Funktionsmusters ein Aufbau nach dem Prinzip der Projektionsleinwand verfolgt 6 1 3 Konstruktive Ausgestaltung von VR Systemen Portable VR Systeme ben tigen eine Projektionsleinwand Im Folgenden werden diese bez glich ihres Aufbaus untersucht um daraus R ckschl sse f r einen geeig neten Aufbau des Funktionsmusters ziehen zu k nnen Abbildung 6 6 zeigt die schematische Darstellung eines VR Centers mit einer Leinwand Die Projektionsfl che beginnt 50 cm bis 90 cm ber dem Boden und ist eingefasst in ein Tr gerge stell Die Projektoren befinden sich in einem Abstand von drei bis vier Metern hinter der Leinwand und erzeugen eine R ckprojektion Durch die R ckprojektion wird ein freies Arbeiten vor der Leinwand erm glicht ohne dass der Anwender die Projektion verdeckt bzw im Bild steht Je n her die Beamer auf der H he des Zentrums der Leinwand platziert werden desto weniger wird das projizierte Bild verzerrt Aus 71 6 Entwicklung eines Systems ohne Trackin demselben Grund sollen die Projektoren m glichst nah beieinander sein Die Projek toren werden daher bei allen L sungen bereinander angeordnet Querverstrebun gen geben dem Aufbau die n tige Steifigkeit Zus tzlich wird oftmals der Raum des Strahlenganges durch Holzverkleidungen Folien oder Stoffen die am Rahmen be festigt werden abgedunkelt Das projizierte Bild ist so vor einfallendem Streulicht
138. hienen in einer entwickelten Halterung an den Fahrachsen des Projektionsgestells fest fixiert F r die Verdunkelung kommt ein geeigneter schwarzer Vorhangstoff zum Einsatz Dieser ist wegen den industriellen Anforderungen und der starken Hitzeentwicklung der Projektoren und des Rechners schwer entflammbar nach DIN4102 Teil 1 Auf grund der darauf ausgelegten Schienenkonstruktion kann mit Hilfe des Vorhangs der Strahlengang des Projektionslichts exakt umh llt werden Der Stoff ist wegen seines Gewichts und f r einen vereinfachten Aufbau zweigeteilt Die beiden Teile sind ent sprechend markiert so dass der Nutzer beim Aufstellen eine schnelle Zuordnung treffen kann Durch das Eigengewicht des Stoffes erh lt der Vorhang nach dem Auf bau eine gute Spannung und nimmt die richtige Form an Die Befestigung an dem Gestell des VR Systems erfolgt dabei durch Aufstecken des Vorhangs auf vorhan dene Stifte Der Vorhang wurde daf r mit geeigneten sen ausgestattet Die Stifte sind dabei auf dem Gestell so montiert dass eine gute Spannung des Stoffes er reicht wird Lediglich an der oberen Nahtstelle in der Mitte des Vorhangs ist ein Klettverschluss f r die Verbindung der beiden Teile F r den Transport kann der Vorhang in zwei handliche Kisten verstaut werden die leicht zu tragen sind In Ab bildung 8 5 ist der Aufbau des Funktionsmusters 2 mit dem Projektorenwagen den Distanzschienen und dem Verdunkelungsvorhang dargestellt Abbildung 8 5 A
139. iden Methoden gegen bergestellt So beurteilen diese die Einarbeitungszeit bzw die Er lernbarkeit der beiden Verfahren als gleich gut 90 Das 3D Planungstool wird nicht schwieriger in der Handhabung empfunden als die Papierplanung Ihren gro Ben Vorteil spielt die 3D Planung erwartungsgem in der Verbesserung des Vor stellungsverm gens aus 96 7 zu 68 9 Auch der objektiv gemessene Zeitvor 115 7 Evaluierung des Systems ohne Tracking teil spiegelt sich in der subjektiven Bewertung der Probanden wider So empfanden sie die 3D Planung als wesentlich schneller fertigzustellen 71 1 zu 52 2 Zu dem machte ihnen das 3D Tool mehr Spa als die Papierplanung 90 0 zu 65 6 und sie w rden dieses zur Aufgabenbew ltigung von einer Layoutplanung st rker empfehlen als die Variante mit dem Papier 85 6 zu 45 6 Visualisierung Des Weiteren wurde der Visualisierung des VR Systems im Fragebogen Beachtung geschenkt Die positiven Ergebnisse sind dabei dass die Probanden die Darstellung der 3D Layouts zu 94 als realistisch ausreichend beurteilen und keinen h heren Detaillierungsgrad w nschen Weitere Texturen und verfeinerte Modelle w rden den Zeitaufwand zum Erstellen der Modelle erheblich vergr ern so dass das Ergebnis bemerkenswert ist Lediglich 6 finden die Darstellung nur bedingt realistisch Auch die Berechnungsgeschwindigkeit der im Vergleich zu gro en VR Systemen kleinen Workstation empfanden 78 als
140. ien 3DRealize besticht durch eine einfache Bedienung die es dem Anwender erlaubt je nach Umfang innerhalb k rzester Zeit Komponen ten aus vorhandenen Bibliotheken zu komplexen Anlagen zu kombinieren Dabei sind vordefinierte Parameter wie beispielsweise L nge Breite oder Geschwindigkeit der Komponenten jederzeit einstellbar Demo3D Unter der Bezeichnung Demo3D vertreibt die SimPlan AG eine anwenderfreundliche Softwarel sung zur Erstellung und Animation von Logistikanlagen Sim 10 Die Be r cksichtigung physikalischer Eigenschaften wie z B Gravitation Reibung Massen tr gheit usw erm glichen dabei eine maximal realit tsgetreue Darstellung der Wirk lichkeit Dar ber hinaus kann der Benutzer selbst entscheiden ob er die Anlagen technisch detailliert oder abstrahiert darstellen m chte Abbildung 6 15 M glichkeiten von Demo3D Anlagen k nnen innerhalb k rzester Zeit aufgebaut und Animationen daraus abgelei tet werden siehe Abbildung 6 15 Die einzelnen Elemente lassen sich dabei einfach per Drag and Drop aus Bausteinbibliotheken entnehmen und platzieren Als Ergeb nis erh lt der Anwender ein Animationsmodell das die Materialfl sse wahrheitsge treu dargestellt berdies ist es m glich Videos mit beliebigen Kameraf hrungen zu erzeugen 82 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking Die gezeigten Softwarel sungen stellen interessante L sungen zur Logistiklayoutp lanung dar jedoch erlauben sie nur bedin
141. ierung der Varianten erreicht werden Dabei wird der Mensch als Individuum nicht simulativ abgebildet sondern er greift mittels geeigne ter Interaktionsmechanismen in das Simulationsmodell ein und bringt so die Kom ponente Mensch mit ein Der Mensch dient mit Hilfe der VR zum Testen und Absi chern der geplanten Anlage und unterst tzt dabei bereits w hrend der Entwicklung Es lassen sich Arbeitsabl ufe untersuchen und Verbesserungspotenziale erkennen Ein VR System kann somit wesentlich zur Entscheidungsfindung in der Planung bei tragen Zudem erlaubt die VR durch Interaktion der Planung eine ergonomische Be 12 3 Einsatzszenarien und Anforderungsanalyse wertung der Arbeitspl tze Bracht zeigte schon siehe Abbildung 3 1 dass eine Pla nung mit Unterst tzung von VR Werkzeugen eine Zeitersparnis in der Projektlaufzeit bedeutet So ist es vor allem u erst hilfreich wenn durch die kontinuierliche Pla nung mit VR weitere Potenziale der Technologie genutzt werden k nnen Aufwand A herk mmliche Planung erstmalige Planung mit VR kontinuierliche Planung mit VR At Zeitersparnis Projektlaufzeit Abbildung 3 1 Qualitative Aufwandsch tzung f r den Einsatz von VR Werkzeugen Bra 05 Dabei stellt das mobile VR System zur Logistiksystemplanung keine komplette Sys temneuentwicklung dar Vielmehr beschreitet man neue Wege in der Logistik und Anlagensimulation mit bereits vorhandener Technik VR Syste
142. igt da vor allem ein kosteng nstiges VR System geschaffen werden soll Datenhandschuh mit Gestenerkennung Datenhandschuhe werden h ufig in der virtuellen Realit t f r die Simulation von Be wegungsabl ufen der menschlichen Hand Kinematik eingesetzt Diese Datenhand schuhe verf gen ber eingelassene Dehnmessstreifen die die einzelnen Hand und Fingerbewegungen erkennen und digital umsetzen Wul 08 Somit werden die un terschiedlichen Gesten die der Benutzer ausf hrt erkannt Der Datenhandschuh wird per USB Verbindung an einen Computer angeschlossen der die erzeugten Bewegungsmuster interpretiert Abbildung 5 10 5DT Data Glove der Firma Fifth Dimension Technologie Fdt 09 Die Interaktion bei VR LogPlan k nnte ber einen Data Glove siehe Abbildung 5 10 erfolgen mit dem spezielle Gesten ausgef hrt werden k nnen Denkbar ist vor allem der Einsatz bei der Kommissioniersystemplanung um dort verschiedene Greifvor g nge zu testen Laufband Im Forschungsantrag wird die Idee verfolgt dass die Integration von neuartigen Interaktionssystemen z B einem Laufband mit Richtungs nderungsfunktion zur Fortbewegung in der virtuellen Welt f r VR LogPlan n tzlich ist Bei genauer Be trachtung der am Markt erh ltlichen Laufb nder zeigt sich aber dass diese Ger te viel zu schwer sind und sich f r eine einfache Handhabung nicht eignen Die Einbin dung eines solchen Interaktionger tes wiederspricht den wichtigen Syst
143. iklayout analysieren zu k nnen ja O nein O Wenn nicht was muss noch angezeigt bzw erweitert werden Seite 11 von 13 187 Anhang B Fragebogen Evaluierung 1 6 Akzeptanz des VR LogPlan ie sch tzen Sie die Akzeptanz des neuartigen Pla Bunt nungswerkzeuges ein ie beurteilen Sie die Einsatzm glichkeiten des Sys schr nkt Aussage ems in Unternehmen erden die Mitarbeiter durch Nutzung des Werkzeugs Be entscheidend unterst tzt K nnen Sie sich vorstellen dass mehrere Personen Pt asee gleichzeitig an dem System arbeiten um gemeinsam Planungsentscheidungen zu treffen HLHG Hatten Sie w hrend der Bearbeitung das Gef hl das sie das System beherrschen Notizen Verbesserungsvorschl ge zu den oben genannten Punkten Halten Sie den Einsatz von Virtual Reality in der Logistikplanung f r sinnvoll und n tz lich ja O nein O Was spricht daf r oder dagegen K nnen Sie sich vorstellen dass Planungen ausschlie lich mit der virtuellen Realit t durchgef hrt werden ja D nein O Wenn nicht was behindert die Entwicklung Ihrer Meinung nach Seite 12 von 13 188 Anhang B Fragebogen Evaluierung 1 7 Potenzial des Einsatzes der Virtual Reality Technologie in der Planung In wie vielen Jahren wird diese Technologie ein g ngiges System zur Planung dar stellen 50 10 O 20 O wird sich nicht durchsetzten O K nnten Sie sich vorstellen an einem Praxistest zur Schulung teilzunehmen ja O nein O
144. ilter die mithilfe von zwei Gummilip pen auf das Profil geklemmt werden Dabei sind die Polarisationsfilter direkt vor den Beamern angebracht Abbildung 6 19 zeigt den Aufbau der Projektorenhalterung Abbildung 6 19 Projektorenhalterung mit Polfiltern Die Filter sind gekennzeichnet da nur bei einer richtigen Zuordnung und Ausrich tung die erforderliche Polarisation erreicht wird Um f r den Nutzer einen schnellen Aufbau zu erm glichen sind s mtliche Kabel und Steckverbindungen farblich ge kennzeichnet so dass ein schneller Anschluss der Kabelverbindungen erfolgen kann F r die Feinjustierung der Beamer sind weitere Arbeitsschritte des Nutzers 87 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking n tig Denn das Projektionsbild der beiden Projektoren muss m glichst genau ber lagert sein um f r die Stereoprojektion ein Bild zu erreichen das zu einem guten 3D Wahrnehmungseffekt f hrt Daf r wird mit einem Tool z B Nokia Ntest das geeignete Testbilder liefert oder mit selbst erstellten Bildern die optimale Positio nierung der beiden Beamer gefunden Das Test Bild besteht meist aus einem schwarzen Raster mit Kreisen auf wei em Hintergrund Ziel ist eine weitestgehende berlagerung der beiden Bilder Der untere der beiden Beamer ist fixiert und kann nicht in seiner Lage ver ndert werden Der obere Beamer dagegen besitzt mehrere Einstellm glichkeiten Die Grundplatte des Projektors kann im hinteren Bereich mit Hilfe einer
145. in um k nftige Sze keit ten narien erschlie en zu k nnen z B gr erer Bildschirm neue Interaktionsger te usw 1 3 Systemmobilit t 1 3 1 Gewicht niedrig Das System und dessen Einzelteile sollen m glichst wenig Gewicht haben um einen handlichen Transport zu gew hr leisten f r Messeauftritte Betriebsbesuche etc 1 3 2 Aufbau schnell Die Module des Systems sollen einen schnellen Auf und Abbau Abbau gew hrleisten 1 3 3 Transport gew hrleis Es soll ein einfacher Transport des Systems mit dem Klein ten bus m glich sein 1 4 Interaktionsger t 1 4 1 bertra kabellos Die Interaktionsger te sollen kabellos sein um frei vor der gungsme Visualisierung interagieren zu k nnen dium 1 4 2 vorhandene Integration In vorhandene drahtlose Netzwerke des Computers sollen Netzwerke m glich die Interaktionsger te integrierbar sein z B Bluetooth 1 4 3 Erweiter ja Dem Controller m ssen verschiedene Interaktionsaufforde ungs rungen zugewiesen werden k nnen f higkeit 1 4 4 Robustheit hoch F r den industriellen Einsatz sollen die Ger te m glichst robust gebaut sein 172 Anhang A Lastenheft 1 4 5 Kosten niedrig Um einen Einsatz und Nutzungsm glichkeit in KMUs zu gew hrleisten sollen die Kosten so niedrig wie m glich sein 1 5 Tracking 1 5 1 Genauigkeit pr zise Das Tracking muss so gena
146. in Interaktionskonzept entworfen werden Abschlie end werden bestehende Softwarel sungen f r die 3D Planung betrachtet 6 1 1 Umsetzungsm jglichkeiten von VR Systemen F r die hardwaretechnische Ausgestaltung wird prinzipiell ein Anzeigesystem und ein Eingabesystem sowie ein leistungsstarker Computer ben tigt Die wesentlichen Anzeigesysteme werden im Folgenden kurz dargestellt Head Mounted Display Ein Head Mounted Display HMD ist ein Ger t das auf dem Kopf getragen wird Dabei wird es so justiert dass die Augen die im Tragegestell befestigten kleinen Displays fokussieren vgl Abbildung 6 1 Diese liefern mit einer Spezialoptik jedem Auge ein individuelles Bild Dem Nutzer wird eine r umlich dreidimensionale und somit stereoskopische Ansicht vermittelt Die Immersion mit diesen Ger ten ist rela tiv hoch da der Anwender nur das projizierte Bild sieht und die Umgebung nicht wahrnehmen kann Da die Nutzung eines Ger tes immer nur einer Person vorbehal ten ist muss f r eine Sitzung mit mehreren Personen die entsprechende Anzahl an HMDs vorhanden sein 65 6 Entwicklung eines Systems ohne Trackin Abbildung 6 1 Head Mounted Display Est 09 Um die Kopfbewegung und Position des Nutzers im Raum zu erfassen k nnen HMDs auch mit einem Tracking System ausgestattet werden Somit w re eine virtu elle Begehung von Planungsmodellen m glich Die Kosten derartiger Ger te sind sehr hoch aber sie sind sehr mobil und l
147. infach er stellt und simuliert werden k nnen e Auch die M glichkeit einzelne Objekte oder Baugruppen w hrend der Be trachtung auszublenden kann sich als hilfreich erweisen Diese in der Fabrik planung als Layertechnik bekannte Anwendung erlaubt es unterschiedliche Funktionseinheiten bei Bedarf ein und ausblenden zu lassen Bra 08 Da durch wird es erm glicht versteckte K rper und Kanten einer genaueren Be trachtung zu unterziehen oder f r dahinterliegende Rohre eine Kollisionsana lyse durchzuf hren Die bersichtlichkeit des Planungsgegenstandes wird verbessert e Die Basissoftware muss das Einbinden verschiedener Interaktionsger te er m glichen Die geeigneten Ger te werden im sp teren Verlauf des AP 3 ge w hlt Deren spezifische Funktionen und Tasten zur Interaktion sollen frei konfiguriert und genutzt werden k nnen e Zudem sollte die Software das ebenfalls in AP 3 ausgew hlte Trackingverfah ren unterst tzen und die Positionskoordinaten geeignet in der virtuellen Welt umsetzen k nnen Dies soll unabh ngig vom gew hlten Anbieter des Tra ckingsystems m glich sein Weitere Erfordernisse und Eigenschaften an die Software ergeben sich zudem aus dem Lastenheft von AP 1 Dieses beinhaltet Anforderungen an die Visualisierung Interaktion Softwareaufbau und den Funktionalit ten 33 5 Recherche geeigneter Hard und Software 5 1 2 Softwareauswahl Auf dem Markt befinden sich wenige Anbieter die in diesem neu
148. innovati ven Ans tzen versuchen den Spieler interaktiv mit K rperbewegung in das Spiel einzubinden Spi 08 Im Folgenden sollen ein berblick und eine Bewertung ber geeignete Interaktionsger te f r das VR LogPlan geschaffen und deren Einsatzm g lichkeiten n her erl utert werden Computer Maus Die Bewegungen und Ausf hrungen der Hand werden durch die Maus aufgenom men und auf dem Bildschirm umgesetzt Somit erlaubt eine Maus dem Nutzer auf 38 5 Recherche geeigneter Hard und Software der vom Computer angezeigten grafischen Benutzeroberfl che einfach zu arbeiten Moderne M use sind mit einem optischen Sensor ausgestattet der die Bewegung auf einer festen Unterlage aufnimmt und digitalisiert F r das Arbeiten mit einer Maus ist somit immer ein fester Untergrund erforderlich da sonst die Bewegungen des Nutzers nicht erfasst werden k nnen Abbildung 5 2 Kabelgebundene Standardmaus Die Daten werden meist ber eine USB Schnittstelle teilweise auch per Bluetooth an den Computer bertragen und dort umgesetzt Zudem k nnen die M use mehre re Tasten oder ein Drehrad besitzen mit denen der Benutzer in der Lage ist ver schiedene Aktionen durchzuf hren siehe Abbildung 5 2 Als Eingabeger t f r das VR LogPlan System ist die Maus unbedingt erforderlich da mit Ihrer Hilfe die Mo delle erstellt werden 3D Maus Der Begriff 3D Maus auch Spacemous steht f r ein Computerinteraktionsger t das f r eine 3D
149. iplin re Planungssitzungen m glich ist 17 sehen das nur bedingt so und 5 halten es nicht f r m glich Eine ausschlie liche Planung von Layouts in VR wird nur von 44 bef rwortet 56 betrachten die virtuelle Logistikplanung als weiteres Planungshilfsmittel neben den bekannten Methoden Nach Meinung der Kandidaten wird die Technologie in acht Jahren zum Einsatz kommen Neben den erl uterten Punkten wurden freie Fragen gestellt Diese dienen dazu subjektive Bewertungen und konkrete Kritikpunkte an das System aufzunehmen Die Dokumentation und Auswertung der subjektiv qualitativen Aussagen der Probanden erfolgte in einem separaten Dokument in dem s mtliche Aussagen der einzelnen Kandidaten f r die jeweiligen Fragepunkte gesammelt wurden Die Kritikpunkte sind in die Verbesserungen des Funktionsmusters in AP 7 eingeflossen 118 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking In diesem Kapitel wird f r die Kommissioniersystemplanung das mobile VR System um ein Trackingsystem erweitert Neben dieser Hauptt tigkeit wird das Funktions muster zudem in einigen Punkten verbessert die unter anderem den Aufbau des Systems vereinfachen und beschleunigen Zun chst wird das Konzept des erweiter ten Funktionsmusters Funktionsmuster 2 erl utert anschlie end erfolgt die hard ware und softwaretechnische Umsetzung 8 1 Konzeption und Design des erweiterten Funktions musters F r die Schulung von Mitarbeitern in der Logistik mit Hil
150. ird eine Stereoausgabe des Bildes nutzbar Avi 10 F r die Logistiksystemplanung kommen weitere Funkti onsumf nge in Betracht die ein einfacheres und verbessertes Planen erm glichen e Hilfreich ist das Einblenden spezifischer Informationen die durch den An wender bedarfsgerecht abgerufen werden k nnen Dabei kann es sich um Ausk nfte ber Hersteller Typenbezeichnungen Gewicht Durchsatzmenge max Belastung etc von Logistikelementen handeln e Bei der Layoutplanung stellt sich die Problematik dass bei Betrachtung des Modells immer nur ein begrenzter Abschnitt visualisiert werden kann Um dennoch bei der Planung den berblick zu behalten bietet sich erg nzend zur 3D Darstellung das Einblenden des Hallenplans in zweidimensionaler An sicht an 32 5 Recherche geeigneter Hard und Software e Bei Durchf hrung der Planung kann es n tzlich sein gewisse Messfunktionen interaktiv nutzen zu k nnen Dies k nnen L ngenma e Fl chenma e oder auch das Gewicht von Baugruppen sein Die Planer k nnen somit bei Bedarf w hrend der Planung erforderliche Daten abfragen e Eine weitere Funktion f r ein praktikables Logistikplanungstool ist das Hand ling der Funktionseinheiten W hrend der Konzeptionsphase in der Planung sollen die Baugruppen gebildet aufgel st oder verschoben werden k nnen Regale werden umgesetzt an neuen Orten platziert Rollbahnensegmente an unpassenden Stellen entfernt etc Verschiedene Varianten m ssen e
151. itarbeiter angewendet werden Der Mitarbeiter bewegt sich im VR an seinem neuen Arbeitsplatz und erledigt virtuell seine zuk nfti gen Aufgaben Anhand seiner Bewegungen l sst sich nachvollziehen welche Objek te auf ergonomisch ung nstigen Entnahmepositionen liegen bzw welche T tigkeiten unergonomische Bewegungsabl ufe erfordern Mit den getroffenen Erkenntnissen sind rechtzeitig ergonomische Ma nahmen f r den geplanten Arbeitsplatz umsetz bar Sp ter ist dies im realisierten Lager oft nicht mehr oder nur mit hohem finanzi ellen Aufwand m glich Ist diese Schleife vollzogen so steht das Fertiglayout des Arbeitsplatzes als VR Modell zur Verf gung Dieses Modell wird genau wie im opti malen Prozess wieder f r s mtliche Schulungszwecke nutzbar sein 29 5 Recherche geeigneter Hard und Software F r die Realisierung des geplanten Funktionsmusters zur virtuellen Logistikplanung sind geeignete Hard und Softwarekomponenten zu recherchieren Als Software f r das System ist eine Virtual Reality Basissoftware erforderlich die die Visualisierung der Logistikplanungen bernimmt Zudem werden Interaktionsger te f r die Interak tion mit der virtuellen Welt und ein geeignetes Trackingsystem zur Positionserfas sung des Nutzers ben tigt 5 1 Virtual Reality Basissoftware Die Virtual Reality Basissoftware stellt den Kern des geplanten mobilen VR Systems dar und ist verantwortlich f r die bernahme grundlegender Funktionen Haupt
152. iterqualifizierung mit der VR aufgezeigt werden Ziel der Ver suchsreihe ist es zu pr fen ob das Training mit Hilfe der virtuellen Realit t sinnvoll ist und einen Fortschritt bei den derzeitigen Qualifizierungsma nahmen f r die Lo gistik bedeutet Dabei wird den Probanden eine Demonstrationsanwendung f r die operative Mitarbeiterschulung vorgestellt 9 1 Aufbau des Labortests Die Versuchsreihe demonstriert eine m gliche Schulung eines Kommissionierers f r seine Aufgaben in einem Mann zur Ware Lager Dazu wird das portable VR System in der Versuchshalle des Lehrstuhls fml aufgebaut Abbildung 9 1 zeigt das zusam mengesetzte VR System in der Versuchshalle mit einem Probanden Im oberen Be reich der Projektionsleinwand sind die drei Infrarot Trackingkameras zu erkennen Vom p K YTI m EEN K A Abbildung 9 1 Mobiles VR System mit Nutzer F r die Schulung in der virtuellen Umgebung kommt das in Abschnitt 8 1 3 be schriebene Interaktionskonzept zum Einsatz Der Nutzer tr gt eine mit Markern ver sehene 3D Brille sowie den mit einem Markern ausger steten Wii Controller Zudem 142 9 Evaluierung des Systems mit Tracking steht der Kandidat auf dem Balance Board um in der virtuellen Lagerhalle gehen zu k nnen Mit Hilfe dieses Aufbaus und dem Interaktionskonzept f hren die Proban den virtuelle Kommissionierauftr ge in der nachgebildeten fml Halle durch Abbildung 9 2 zeigt den kleinen Lagerbereich in der fml Vers
153. ive f r KMUs darstellen Der Nachteil an derartiger Software ist meist der fehlende oder unzureichende Support und eine weniger detailreiche Aus gestaltung des Softwarekonstrukts Bei der Implementierung auftretende Fragen werden somit unter Umst nden nicht gekl rt F r die Umsetzung des Forschungsprojekts wird die Software RTT Deltagen ver wendet da die RTT AG als Mitglied im projektbegleitenden Ausschuss und somit als Forschungspartner die Software zur Verf gung stellt Zudem erf llt die Software s mtliche Anforderungen hinsichtlich Programmierbarkeit Visualisierung Tracking und Interaktion 34 5 Recherche geeigneter Hard und Software RTT Deltagen Die Software RTT Deltagen ist eine Software f r realistische 3D Visualisierung in Echtzeit und eignet sich f r Design Konstruktion und auch Marketing Dabei sorgt das high dynamic range basierte Echtzeit Rendering f r hervorragende Visualisie rungsergebnisse Der Import von CAD Modellen ist m glich so dass die Planungs ergebnisse und varianten in stereoskopischer 3D Immersion betrachtet werden k nnen Die Funktionsbreite von RTT Deltagen kann durch die Lizensierung weiterer Module erweitert werden Zudem wird von RTT eine SDK Version zur Verf gung ge stellt die es als Programmierschnittstelle erlaubt auf Funktionen der Software direkt zuzugreifen und somit Plug ins f r Interaktionsger te zu schreiben Im Folgenden wird auf die f r das Forschungsvorhaben wichtigsten Module un
154. kein k rperliche Beschwerden lediglich 6 empfanden leichte Be 112 7 Evaluierung des Systems ohne Tracking schwerden Das Gewicht der Komponenten ist 39 der Personen leicht genug und 61 finden es in Ordnung Etwas k rperlich anstrengend war der Aufbau f r 22 Layoutplanung in Papierform und mit dem 3D Planungstool Bei der Beurteilung der Planungsverfahren sollen zun chst die Ergebnisse der her k mmlichen Methode dargestellt werden In Abbildung 7 4 ist ein Auszug der Er gebnisse des Fragebogens dargestellt und es zeigt sich dass diese nur befriedi gend sind Die Frage ob eine exakte Planung mit dieser Methode erreicht wurde erreichte einen Wert von 58 9 Das Vertrauen der Testpersonen eine exakte Pla nung erstellt zu haben war somit nur ausreichend Papierplanung 0 20 40 60 80 100 Exaktheit der Planung Einfach in der Durchf hrung Notwendige Vorbereitungen Dokumentation Ergebnisse nderungensplanungen Schulungseignung Abbildung 7 4 Beurteilung der Layoutplanung nach der herk mmlichen Methode Eine sinnvolle Dokumentation der Ergebnisse bei der Papierplanung ist zu 70 ge geben F r eine Modifikation dieser bei einer sp teren nderungsplanung ist sie aber g nzlich ungeeignet 14 4 Auch teilt nur ca die H lfte der Probanden 53 3 die Meinung dass die Papierplanung f r die Schulung von Mitarbeitern ein geeignetes Medium darstellt Die Bewertung des erstellen 3D Planungstools f
155. kenn zeichnet sind Derselbe Sachverhalt ergibt sich auch bei der Justierung der Beamer Die derzeit umgesetzte Realisierung erm glicht keine zufriedenstellende berlap pung der beiden Projektionsbilder Zudem ist die Justierung und Bild bereinstim mung bei jedem Aufbau neu einzustellen Dies wird als zu aufwendig angesehen so dass eine L sung geschaffen werden soll die die st ndige Neu Justierung obsolet macht F r diesen Zweck soll ein Projektorenwagen konstruiert werden der s mtli che Technik des portablen VR Systems auf sich nimmt Die Beamer werden darin fest fixiert und erlauben bei Bedarf eine Nachjustierung Ebenso sind alle Ger te st ndig miteinander verkabelt so dass der Arbeitsschritt Verkabelung entf llt Eine geeignete Wartungshaube soll den leichten Zugang zu den Ger ten erm glichen und diese vor Umgebungslicht abschirmen Auch die bislang eingesetzte Distanz schiene ist f r die korrekte Ausrichtung der Projektoren nicht gut genug Durch ihren konstruktiv bedingten Aufbau besitzt sie zu viel Spiel Das Problem soll mit Hilfe ei ner Konstruktion von Vorhangstangen f r die Verdunkelung die zugleich die korrek te Ausrichtung der Projektorenwagens vorgeben gel st werden Im Projektionsge stell soll eine geeignete Aufbewahrungsm glichkeit f r die Gest nge entstehen 123 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking Die angesprochenen Verbesserungen am Funktionsmuster sollen im folgenden Ka pitel 8 2 der Hardware
156. l Mit Klick auf eines der Vorschaufenster ffnet sich das in Abbildung 6 25 gezeigte Parameterfenster Die Parameterfenster sind f r die unterschiedlichen Objekte grunds tzlich gleich aufgebaut Je nach Objekttyp variiert die Anzahl von dynamisch konfigurierbaren Parametern Im Fall des Palettenf rderers kann der Anwender die Werte f r L nge Breite und H he der Komponente mit Hilfe eines Drop Down Men s definieren Des Weiteren l sst sich die Farbe w hlen ein Objektname verge ben sowie der Detailierungsgrad des Objektes bestimmen 97 6 Entwicklung eines Systems ohne Trackin Create Update Rollenbahn Palettenfoerderer xj Edit Help Create Mode Placeholder or 2000mm v lt S gt 800mm v Name Rollenbahn_Palette_ s Color Frame Display Shaded C Wireframe C Bounding Box Create Update Close Abbildung 6 25 Parameterfenster f r Palettenf rderer Manche Objekte enthalten dar ber hinaus zus tzliche Steuerelemente z B Ebenenverteilung Fachbodenregal Durch Bet tigen des Buttons Create wird das Modell mit seinen gew hlten Parametern erstellt und im Ursprung der Szene plat ziert F r die weitere Bearbeitung der Funktionseinheiten in der Szene dient die in Abbil dung 6 26 dargestellte Werkzeugleiste Mit ihr kann der Benutzer auf verschiedene Funktionen bez glich der Interaktion mit den erstellten Objekten zur ckgreifen R Toobar xl Name Hochregal_B
157. l erachtet dem Anwender anstatt einer direkten Zahleneingabe vielmehr vordefinierte Parameterwerte zur Auswahl zu stellen Ferner sollte es m glich sein die Objekte in unterschiedlicher Farbgebung darzustellen Sobald ein Objekt erfolgreich erstellt wird soll dieses durch Positions und Orientie rungs nderungen im Layout passend platziert werden k nnen Die Transformationen werden mit entsprechenden Bewegungen der Maus durchgef hrt Derartige Funkti onen sind in einer eigens implementierten Werkzeugleiste integriert Abgesehen von den unterschiedlichen Transformationsoperationen stellt diese Leiste weitere Funk tionen bereit Steuerung der Kamera Kopierfunktion zur einfachen und schnellen Duplizierung von Objekten oder Objektgruppen Zusammenfassend k nnen folgende Anforderungen an das Tool aufgelistet werden e Einfache und intuitive grafische Benutzeroberfl che e Parameterfenster mit Vorschaubild der F rdertechnikkomponente e Eingabefelder mit vordefinierten Parameterwerten e M glichkeit zur Modifikation der Objektfarbe e Nerkzeugleiste zur Navigation und Objekttransformation 93 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking e M glichkeit zum Import von 3D Modellen Eine schnelle Umsetzung und Berechnung der vom Anwender ausgew hlten Anla genkomponenten als 3D Modelle ist zu gew hrleisten Zu beachten ist hierbei die verwendete Polygonzahl der jeweiligen Objekte Wird die Polygonzahl sehr hoch angesetzt wird das Objekt in ei
158. lagers in der Versuchshalle des Lehrstuhls fml wider Der Proband wird somit auf einen Kommissioniereinsatz und die damit ver bundenen Arbeitsprozesse hin geschult Er erh lt f nf Kommissionierauftr ge die er in der virtuellen Welt ausf hrt und er sich somit mit der Umgebung vertraut machen kann Um das Erlernte anzuwenden und um die Schulungseignung des VR Systems bewerten zu k nnen bearbeitet der Kandidat anschlie end reale Kommissionierauft r ge Dazu bewegt er sich in dem Fachbodenregallager dessen Aufbau er zuvor im VR Modell kennengelernt hat Der Proband kann die im Virtuellen gelernten Prozes 145 9 Evaluierung des Systems mit Tracking se anwenden und sich ein Bild vom Schulungserfolg machen Abschlie end wird der Fragebogen zum Einsatz der VR in der Schulung von den Kandidaten ausgef llt Ein Beobachtungsprotokoll hilft w hrend des Versuchsablaufs etwaige Ungereimtheiten und Auff lligkeiten zu protokollieren 9 3 Ergebnisse des Labortests Bei der zweiten Versuchsreihe wurde eine erste Beurteilung der Schulungseignung mit der VR als Medium erm glicht F r die Ergebnisse des Labortests werden die wichtigsten Antworten aus dem Fragebogen ausgewertet und zusammengestellt F r die Bewertung der Aussagen die nach der Likert Skala beurteilt wurden wird dasselbe Bewertungsschemata wie im Abschnitt 7 3 verwendet Das Durchschnittsalter der Probanden betr gt 26 1 Jahre Tabelle 9 1 gibt einen berblick ber die Prob
159. le Ausbildung bez glich logistischer Aufgaben gew hren e Den Menschen durch ein VR System verst rkt in die Planung integrieren 1 Einleitung e Eine Basis f r kooperatives Arbeiten sowie zur interdisziplin ren Kommunikation ber verschiedene Hierarchieebenen und Organisationseinheiten bilden e ber eine einfache Interaktionsschnittstelle intuitives Arbeiten erm glichen e Ergonomisch optimal auf den Benutzer angepasst sein e In der Anwendung leicht und schnell erlernbar sein e Auf verschiedene Einsatzf lle anpassbaren Funktionsumfang besitzen e Wirtschaftlich und kosteng nstig sein e Anforderungen im industriellen Umfeld gen gen Die Funktionsf higkeit der am Lehrstuhl aufgebauten Funktionsmuster und deren physiologischen Auswirkungen auf die Systemnutzer wurden anhand von Referenz szenarien in Versuchsreihen evaluiert 1 2 1 Angestrebte Forschungsergebnisse Die Entwicklung eines neuartigen Konzepts zur Planung und Schulung auf dem Ge biet der Logistik sowie dessen Realisierung in Form eines VR gest tzten Funktions musters stand im Vordergrund des Forschungsvorhabens Dabei sollte die durch g ngige Nutzung eines derartigen Systems zur Layoutplanung f r Ergonomieunter suchungen zur Schulung etc aufgezeigt werden Ebenso galt es den Beweis zu er bringen dass mittels geeigneter Konzepte und Techniken ein kosteng nstiges mo biles und anwendungsflexibles VR System insbesondere f r den Einsatz bei KMU zu realisiere
160. licht Die Virtual Reality wird mit den drei Dimensionen des Raums und der Dimension der Zeit als eine 4D Simulation der realen Welt beschrieben ONG 04 Der Begriff bezeichnet dabei eine den menschlichen Sinnen vorget uschte k nstlich erzeugte Umgebung die es erm glicht dreidimensionale rechnerbasierte Modelle realit tsnah zu erleben wobei wesentliche Charakteristiken die Interaktions und Echtzeitf higkeit sind ber Schnittstellen kann dazu mit Objekten der virtuellen Umgebung interagiert werden wodurch im Idealfall eine Welt entsteht die nicht von der realen Welt zu unterschei den ist Im Gegensatz zu den bisher bekannten meist bildschirmbasierten zweidi mensionalen Darstellungsmedien steht somit bei der Virtuellen Realit t verst rkt der Mensch im Mittelpunkt Ma gebliche Hardware Bestandteile eines VR Systems sind die Visualisierungsein heit das Trackingsystem und die Interaktionsger te Fri 08 Neben den meist un handlichen Head Mounted Displays kommen stereoskopische Projektionssysteme zum Einsatz die sich zur Visualisierung entweder dem passiven oder aktiven Ste reoverfahren bedienen Die Bauformen reichen dabei von Einwand Systemen bis hin zu Cave Anlagen die aus mehreren Projektionsw nden bestehen Zur Anpassung der Perspektive an den Betrachterstandpunkt ist eine Positionsverfolgungseinrich tung auch Tracking Bestandteil eines VR Systems Bur 94 Die im VR Bereich am h ufigsten eingesetzte Trackingtechnol
161. line Jahrgang 94 Heft 1 2 2004 S 20 22 Davide F Riva G Communications through Virtual Technologies In Identity Community and Technology in the Communication Age Amsterdam 2001 S 71 86 157 Dim 10 DIN4102 Dom 01 Dom 08 Dua 09 Est 09 Fah 00 Fdt 09 Fit 10 Fri 08 Gau 00 Literaturverzeichnis 3Dims GmbH http www 3dims de Aufruf am 07 04 10 DIN 4102 Brandverhalten von Baustoffen und Bauteilen Beuth Berlin 1981 Dombrowski U Tiedemann H Bothe T Visionen f r die digitale Fabrik In ZWF Jahrgang 96 Heft 3 2001 S 96 100 Dombrowski U Vollrath H Einsatz von Virtual Reality in der Lagerplanung In PPS Management Jahrgang 13 Heft 4 2008 S 25 28 DUALIS GmbH IT Solution http www dualis it de index php pageid 365 364 365 369 368 Aufruf am 13 08 10 EST Engineering Systems Technologie http www est kl com Aufruf am 11 05 2009 Fahlbusch M Einsatz von Simulation und Virtual Reality als Lehrunterst tzung in der Fabrikplanung In Proceedings der Tagung Simulation und Visualisierung 2000 Magdeburg 23 24 5 2000 Fifth Dimension Technologies 5DT Data Glove 5 Ultra http www 5dt com products pdataglove5u html Aufruf am 05 05 2009 Fraunhofer FIT Pressemeldung System gehorcht auf Fingerzeig Soft waresteuerung durch Gesten http www fit fraunhofer de presse 10 07 13 html Aufruf am 06 08 10 Friedewald A von
162. llt Die Genauigkeit des Trackingsystems beschreibt somit die Abweichung der vorgegebenen Positi on des getrackten Objektes in Bezug auf die aktuell durch das System darge stellte Position des virtuellen Objektes e Freiheitsgrade Nimmt ein Trackingsystem Positionierung und Orientierung im dreidimensionalen Raum auf so liefert es sechs Freiheitsgrade Sie wer den auch als Degrees of Freedom DoF bezeichnet e Robustheit Beim Einsatz des Trackingsystems in der Industrie k nnen sich schwierige Umgebungseinfl sse ergeben Somit k nnen bei stark variieren den Messergebnissen Positionsspr nge oder sogar bei kurzzeitigem Ausfall des Trackings Verz gerungen auftreten Die Robustheit beschreibt dass das System bei diesen Bedingungen weiterhin zuverl ssig funktioniert e Trackingbereich Messraum Als Trackingbereich bezeichnet man das Vo lumen in dem das System die relativen Positionen der Trackingobjekte be stimmen kann 51 5 Recherche geeigneter Hard und Software 5 3 3 Trackingtechnologien Um die unterschiedlichen Trackingtechnologien zu klassifizieren wurden diese nach den physikalischen Grundprinzipien in akustisches elektromagnetisches funkba siertes inertiales mechanisches und optisches Tracking unterteilt Rol 01 Rei 09a Akustisches Tracking Das nach dem Wirkprinzip der Akustik benannte Verfahren arbeitet mit Ultraschall Transpondern die an den zu verfolgenden Objekten angebracht werden Diese Transponder
163. ls mit s mtlichen 3D Objekten 100 Abbildung 6 28 Konvertierungskonzept 3D Planung 101 Abbildung 6 29 RTT Plug in f r Wii Interaktionsger t 103 Abbildung 7 1 Versuchsablauf Funktionsmuster 1 109 Abbildung 7 2 Teilergebnisse zum VR Systemaufbau 111 Abbildung 7 3 Mittelwerte der Auf und Abbauzeit der VR Systems 112 Abbildung 7 4 Beurteilung der Layoutplanung nach der herk mmlichen Methode 113 Abbildung 7 5 Beurteilung des 3D Planungstools f r die Layoutplanung 114 168 Abbildungsverzeichnis Abbildung 7 6 Mittelwerte der beiden Planungsverfahren 114 Abbildung 7 7 Beurteilungen der beiden Planungsverfahren 115 Abbildung 7 8 Aussagen zur VR Visualisierung 116 Abbildung 7 9 Bewertung der Interaktionsger te im Vergleich 117 Abbildung 8 1 Aufbau und Funktionsprinzip der IR Kameras von ART ART 09 120 Abbildung 8 2 Interaktionskonzept Funktionsmuster 2 125 Abbildung 8 3 Explosionszeichnung des Funktionsmusters 2 128 Abbildung 8 4 Projektorenwagen und Polarisationsfilterbefestigung 130 Abbildung 8 5 Aufbau des Funktionsmusters 2 mit Strahlengangverdunkelung 131 Abbildung 8 6 Komponenten des TrackPacks und Einzeldarstellung der Kamera 132 Abbildung 8 7 Opti Hub und FLEX V100R2 Kamera 133 Abbildung 8 8 Aufbau Funktionsmuster 2 in UML2 Notation 134 Abbildung 8 9 Funktionsprinzip eines Infrarottargets lot 10 135 Abbildung 8 10 Positionsberechnung der Targets mit Hilfe der Bildauswertung lot 10 135 Abbildung 8 11 Tracking
164. ltrennung wird durch die unterschiedliche Po larisation des Lichtes erzeugt Die dazu ben tigte Brille besteht ebenfalls aus zwei Polarisationsfiltern die nur das entsprechende Bild f r das jeweilige Auge sichtbar machen siehe Abbildung 6 9 Abbildung 6 9 Polarisationsbrille und Polarisationsfilter Das linke Auge sieht somit nur das linke Bild und das rechte Auge nur das rechte Bild Dieses Verfahren kann sowohl f r die R ckprojektion also auch f r die Aufpro jektion zum Einsatz kommen Voraussetzung daf r ist die Verwendung einer Projek tionsfl che z B Folie oder Scheibe die das Licht nicht depolarisiert Das passive Stereoverfahren kann entweder durch eine lineare oder zirkulare Polari sation des Lichtes erreicht werden Lineare Polarisation Das Licht stellt eine elektromagnetische Strahlung dar die als elektromagne tische Transversalwelle betrachtet werden kann Die Transversallwelle besteht aus den folgenden Komponenten Dem Wellenvektor k in dessen Richtung sich die Welle ausbreitet den Feldvektor E des elektrischen Feldes und den 75 6 Entwicklung eines Systems ohne Trackin Feldvektor B des magnetischen Feldes Wie auf der Abbildung 6 10 zu sehen ist stehen diese Vektoren senkrecht zueinander Abbildung 6 10 Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle Das Polarisationsverhalten wird durch das r umliche Verhalten des elektri schen Feldvektors E bestimmt Wird das Licht linear polarisiert s
165. m glichkeiten werden von k gleich null bis f nf aufsummiert xx beschreibt die Anzahl der Zustimmungen auf eine Ant wortm glichkeit Im Nenner ist n die Summe der zu dieser Frage gegebenen Ant worten multipliziert mit der maximal erreichbaren Punktzahl von f nf Punkten Somit w re die bestm gliche Zustimmung zu einer Aussage bei 100 Zusammenbau und Ergonomie Die Bewertung des Aufbaus und des Abbaus des Funktionsmusters fiel gut aus Ab bildung 7 2 zeigt wichtige Teilergebnisse f r den Zusammenbau des portablen VR Systems Bewertung Auf und Abbau 0 20 40 60 80 100 Einfachheit Zusammenbau Robustheit Personenanzahl Aufbauzeit Anschlusskennzeichnung Abbau Abbauzeit Abbildung 7 2 Teilergebnisse zum VR Systemaufbau Die Probanden finden den Systemaufbau mit einer Zustimmung von 74 4 relativ leicht Es gibt jedoch Verbesserungspotenzial 25 6 welches sich auch bei den Beobachtungen w hrend des Aufbaus gezeigt hat Die ben tigten Komponenten werden als robust und best ndig empfunden 76 7 Nach Aussage der Kandida 111 7 Evaluierung des Systems ohne Tracking ten 91 1 sind zwei Personen f r den Aufbau ausreichend Subjektiv empfanden sie die Aufbauzeit zu 95 7 in Ordnung Auch die Anschlusskennzeichnung der Komponenten f r die richtige Positionierung wird mit 85 6 positiv beurteilt Der abschlie ende Abbau des VR Systems war einfach zu bewerkstelligen und die daf r erforderliche Zeit
166. me oder Prozessabl ufe nach gestellt werden Die so bereits im Vorfeld der Realisierung erreichten nderungen ersparen unn tigen Aufwand und ggf Kosten f r einen sp teren Umbau Ebenso kann das virtuelle Modell zur Ergonomieuntersuchung eingesetzt werden Der Mitar beiter bewegt sich in dem Modell an seinem neuen Arbeitsplatz und erledigt seine zuk nftigen Aufgaben virtuell Die Integration der operativen Mitarbeiter in den pla nerischen Prozess sowie in die Auslegung ihrer zuk nftigen Arbeitspl tze erh ht zu dem die Akzeptanz der nderungen Ist diese letzte Schleife vollzogen so steht das Gesamtlayout des Arbeitsplatzes als VR Modell zur Verf gung Dieses Modell kann dem ausf hrenden Unternehmen des Bauvorhabens zur Realisierung bergeben werden oder f r weitere Planungszwecke zu sp teren Zeitpunkten wiederverwendet werden So kann das Modell durchg ngig genutzt und auf bestehenden Planungs st nden aufgebaut werden Diese Eigenschaft erf llt auch die im Lastenheft aus AP 1 gestellte Anforderung an eine Durchg ngigkeit des Systems Im Rahmen der Realisierung ist die virtuelle Abbildung der Realit t f r einen weiteren Zweck nutzbar n mlich f r den Einsatz als Schulungs und Pr sentationsmedium Die interaktive Komponente der Ausbildung erh ht die Lernbereitschaft der sp teren Nutzer Der Mitarbeiter erh lt einen Einblick in seinen neuen Arbeitsplatz und kann sich schon vorab virtuell im Raum bewegen Die Schulung dient dem
167. me sind zur Visualisie rung und Produktentwicklung bereits l ngst etabliert zur Logistikplanung werden sie jedoch noch nicht eingesetzt Auch Gausemeier weist darauf hin dass es in der Pla nung von Produktionssystemen bei Verbindung von VR mit Analyse und Simulati onsverfahren erhebliche Nutzenpotenziale gibt Gau 00 Diese auf Produktionssys teme bezogene Aussage gilt nat rlich auch f r Logistiksysteme Einen weiteren Vor teil liefert die im Projekt umgesetzte Mobilit t des VR Systems Diese Eigenschaft ist f r Planungsfirmen zur Erstellung des Funktionsnachweises Ihrer Planungsobjekte wichtig Dem Kunden kann der aktuelle Planungsstand vor Ort demonstriert werden und er kann ihn interaktiv erleben Unternehmen die sich kein eigenes VR System leisten k nnen erhalten somit Zugriff auf die Potenziale der VR Technologie und k nnen ihre Effizienz steigern Der Kunde erh lt mit der dreidimensionalen Visualisie rung eine neue Form der Darstellungs und Mitwirkungsm glichkeit wie dies bisher mit zweidimensionalen Layoutpl nen nicht der Fall war Eine weitere wichtige Eigen schaft liegt in der Nutzung der bei der Planung erstellten Modelle f r die Schulung 13 3 Einsatzszenarien und Anforderungsanalyse Dabei wird das mobile VR System als Schulungsmedium genutzt Darunter ist aber nicht die visuelle Begutachtung zu verstehen vielmehr kann das virtuell begehbare 3D Modell zur Ausbildung eingesetzt werden Bre 07 3 2 Einsatzszen
168. mit Tracking Dieser soll aus den gleichen Aluminiumprofilen entworfen werden wie sie beim Pro jektionsgestell Verwendung finden Die Profile erlauben eine einfache Konfiguration und bilden das Gestell des Projektorenwagens In diesem sind drei Ebenen vorge sehen in der ersten Ebene wird der Rechner platziert und in den dar ber folgenden die beiden Beamer Der Rechner ist als schwerstes Ger t f r einen optimalen Schwerpunkt des Wagens m glichst weit unten platziert Die Beamer hingegen sind nunmehr auf H he der Leinwand positioniert um eine bessere berlagerung des Bildes zu gew hrleisten Dabei sind die Projektoren im Wagen auf einer Holzplatte mit F hrungsschienen befestigt so dass jeder Projektor f r sich optimal ausgerich tet werden kann Ist eine gute berlagerung des Projektionsbildes erreicht so k n nen die Beamer an ihrer Position fixiert werden Leichte Ersch tterungen beispiels weise bedingt durch den Transport oder beim Verschieben des Wagens haben so mit keinen Einfluss mehr auf die Justierung Dies hat den Vorteil dass die Justierung nur einmalig erfolgen muss und f r die anschlie enden Auf und Abbauten des Sys tems keine weitere Neu Justierung erforderlich ist Dies stellt eine gro e Zeiterspar nis beim Aufbau dar Sollte dennoch eine Nach Justierung erforderlich sein so ist dies jederzeit m glich indem die Fl gelschrauben gel st werden und an passender Stelle wieder fixiert werden Die Projektoren wurden s
169. mit den beiden Beamern zu sehen so wie die Workstation Die am Boden liegende Distanzschiene verbindet die Projekto ren mit dem Projektionsgestell Im Vordergrund steht das fahrbare Projektionsge stell auf dem die Projektionsleinwand montiert ist Der Aufbau erreicht eine Ge samtabmessungen von 215 cm H he 208 cm Breite und 450 cm Tiefe 6 2 5 Interaktionsger te In Abschnitt 5 2 4 wurde festgelegt dass eine 3D Maus ein Spielcontroller und ein WiiController als Interaktionsger te f r das VR LogPlan zum Einsatz kommen und getestet werden sollen Eine endg ltige Entscheidung welches Ger t sich am bes ten eignet soll in der anschlie enden Evaluierung gekl rt werden Alle drei Ger te erlauben eine Steuerung der Kamera in der VR Szene Dabei kann die Kamera in eine beliebige Richtung geschwenkt oder verschoben bzw versetzt werden Die Kamera l sst sich frei im virtuellen Raum positionieren und auf zu untersuchende Objekte ausrichten Abbildung 6 22 zeigt die Belegung der Buttons am Beispiel des Wii Controllers den der Nutzer in beiden H nden gleichzeitig h lt Mit dem Steuerstick in der linken Hand l sst sich die Kamera schwenken Das Funk tionsprinzip l sst sich mit der Kopfbewegung und drehung eines Menschen verglei chen Der rechte Daumen dient dazu die Kamera mit dem 4 Wege Richtungsblock 91 6 Entwicklung eines Systems ohne Trackin zu verschieben Das vorw rts und r ckw rts Fliegen in der Szene wird mit den b
170. mmt es h ufig zu berdeckungen so ist es m glich weitere IR Kameras dem Aufbau hinzuzuf gen um eine bessere Abdeckung zu erreichen 8 3 2 Trackingeinbindung Die mit Hilfe der Trackingsoftware gewonnenen Trackingdaten der Trackingobjekte m ssen der VR Basissoftware bergeben werden damit diese daraus die Positio nen in der VR Welt berechnen kann Die Trackingdaten werden dabei nicht direkt an die VR Basissoftware bermittelt Vielmehr fungiert die von der Firma Mechdyne entwickelte Software trackd als Vermittler bzw Middleware Mec 09 Trackd ist eine Standardsoftware f r Trackinginteraktionsger te bei VR Visualisierungen und f r die bergabe von Trackingdaten Sie stellt eine Applikation dar die die Informationen von einer Vielzahl an Tracking und Interaktionsger ten aufnimmt verarbeitet und f r andere Programme f r den Gebrauch zur Verf gung stellt Die Software ist somit notwendig um die Ergebnisse des Trackings zu verwenden und die Nutzung der immersiven Interaktionsger te realisieren zu k nnen Sie bernimmt die Trackingda ten und bersetzt diese f r eine beliebige VR Basissoftware Dabei ist trackd auf keine Trackingtechnik beschr nkt sondern kann auch anbieterunabh ngig f r ande re Trackingtechnologien Einsatz finden Abbildung 8 12 zeigt schematisch den Ein satz von trackd und die Realisierung beim Funktionsmuster 2 ber Infrarotkameras und RTT DeltaGen Infrarotkameras en RTT DeltaGen S
171. n ein VR Simulator eingesetzt Da das Gefahrenpotential bereits bei der Aus und Weiterbil dung sehr hoch ist bietet sich die Verwendung eines derartigen Simulators an So mit sollen einige Trainingsschritte vor den ersten Realsprung gelagert werden Des Weiteren ist es m glich Bewegungsabl ufe und reihenfolgen solange zu ben bis diese fehlerfrei ausge bt werden Ein weiteres Trainingsziel ist das Beherrschen und Verstehen der Steuerungseinrichtung Wie stark oder wie schwach man bei unter schiedlichen Wind und Wettereinfl ssen an den Gurten ziehen muss um den richti gen Lenkwinkel einzuschlagen Kre 98 Einen weiteren Bereich stellt die Ausbildung von rzten an VR Simulatoren dar Das Ziel der Ausbildung ist das Erlernen von operationsspezifischen Handgriffen und eine pr zise koordinierte Ausf hrung dieser bei der minimal invasiven Chirurgie Die angehenden rzte erhalten so die M glichkeit zu ben ohne dabei den Patienten zu gef hrden Has 04 Eine Reihe von weiteren Anwendungen zur Mitarbeiterschulung mit der VR gibt es im Industriebereich Ein Beispiel ist die Bedienerschulung f r flurgesteuerte Br ckenkr ne Hier kommt es oftmals zu Unf llen aufgrund falscher und nicht regelkon former Bedienung durch das Personal Aus diesem Grund muss dieser Arbeitsinhalt 10 2 Stand der Forschung besser und gefahrfrei ausgebildet werden Ein entwickelter VR Simulator f r das Bedienen eines Krans erm glicht das Zielfahren
172. n ist Nach der Analyse geeigneter Einsatzszenarien und der Erstellung ei ner Markt bersicht an Interaktionsger ten sollte das System m glichst modular aufgebaut werden und somit auf den jeweiligen Anwendungsfall anpassbar sein Aufgrund von Bibliotheken mit 3D Modellen von Standardkomponenten aus der Lo gistik sowie intuitiver Werkzeuge zu deren Positionierung soll sich die 3D orientierte Layoutplanung im Vergleich zu 2D Verfahren deutlich effizienter darstellen Durch die VR Simulation lassen sich somit Zeit und Kostenersparnisse realisieren siehe Abbildung 1 1 Die Einbindung von operativen Mitarbeitern bei der Planung soll Blockaden berwinden und die Akzeptanz von neuen Anlagen erh hen 1 Einleitung Fabrikplanung 2D fr her Zeichnungen Optimierung durch Umbau nderungsarbeiten VR Ablauf Arbeitsplatz Fabrikplanung Zeichnungen Visualisierung Simulation Simulation Virtuelle Welt Zeit Kosten ersparnis ca 10 40 Zeit Kosten Abbildung 1 1 Einsparpotenziale der digitalen Fabrik Gau 00 Des Weiteren soll die allgemeine Zug nglichkeit des Systems die M glichkeit liefern dass alle Mitarbeiter mit dieser Technologie arbeiten k nnen und somit eine optima le Nutzung gew hrleisten Zuletzt erm glichen die Mobilit t der schnelle und un komplizierte Aufbau sowie die einfache Bedienung den h ufigeren Einsatz des VR Centers Eine standortunabh ngige Benutzung des VR Systems beg
173. nd Aufbau des Funktionsmusters sche Gestal tigt sollen ergonomische Gestaltungsrichtlinien ber cksichtigt tungsricht werden um eine berm ige Beanspruchung des Nutzers linien zu vermeiden 5 2 Kosten niedrig Die Kosten des Gesamtsystems sind so niedrig wie m glich zu halten um auch einen Einsatz f r KMUs zu erm glichen 5 3 Qualit t angemes Die Qualit t des Systems soll einen angemessenes Niveau sen haben da einerseits bei einem portablen System eine ge wisse Robustheit erforderlich ist und andererseits die Kos ten in einem wirtschaftlich nutzbaren Rahmen bleiben sol len 5 4 Arbeitsmedi ber cksich Die Leistungsf higkeit der Mitarbeiter soll beim Umgang mit zinische tigt dem System erhalten bleiben und der K rper nicht berm Erfordernisse Big beansprucht werden v a Augen Cyber Sickness und andere Beschwerden sind zu vermeiden 176 Anhang B Fragebogen Evaluierung 1 om im KIEIES fml Lehrstuhl f r F rdertechnik Materialfluss Logistik Prof Dr Ing Dipl Wi Ing W A G nthner Technische Universit t M nchen Fragebogen zum Einsatz der Virtual Reality in der Logistikplanung Dieser Fragebogen wird im Rahmen des Forschungsprojekts VR LogPlan Virtual Reality Logistik Planungssystem eingesetzt Bei diesem Projekt geht es darum die vir tuelle Realit t mit Hilfe eines mobilen Systems f r die Logistikplanung zu nutzen Ziel der Versuchsreihe ist es zu pr fen ob die
174. nd Bewegungen ausreichen um einen Kommissionierer erstmals einweisen zu k nnen 14 3 sehen das nicht so da als Hauptkritikpunkt angemerkt wurde dass der tats chliche Greif und Pickvorgang fehlte Aufgeworfen wurde auch die Aussa ge dass der Gehvorgang bzw die Gehbewegung nicht zwingend Teil der Schulung sein muss Das Augenmerk sollte auf den Prozessen und wichtigen Lerninhalten lie gen Dieses Urteil spiegelt sich auch in der Beurteilung wieder Die Teilnehmer mussten sich eher damit befassen wie die Steuerung des Systems erfolgt als die Aufmerksamkeit auf die Schulung zu legen wodurch die Beurteilung des Balance Boards litt Die Benutzung des Balance Boards ist aber wesentlich f r Erfassung der Leistungsf higkeit eines VR Systems da nur so die Kommissionierzeiten aufge nommen werden k nnen Potenzial der VR Technologie in der Schulung Das Hauptanwendungsgebiet der Schulung mit der VR Technik sehen die Proban den in der Einf hrung von Mitarbeitern in neue Aufgabengebiete Einarbeitung bzw in dem Erlernen von neuen Aufgaben und Prozessen Sie sind der Meinung dass der Einsatz von VR zur Schulung sinnvoll und n tzlich ist und den Einstieg in den Job und den damit verbundenen Arbeitsprozessen erleichtert 150 9 Evaluierung des Systems mit Trackin Einweisung am Zusammenspiel Arbeitsplatz herk mmliche Schulung nach VR Schulung VR Schulung mja Onein mAbl sen DErg nzen EUnn tig 0 57 71
175. ner hohen Detailstufe angezeigt Gleichzeitig steigt der zur Darstellung der einzelnen Polygone ben tigte Rechenaufwand Auch wenn Hardwarekomponenten heutzutage ber ein gewaltiges Potenzial an Rechenleistung verf gen k nnen umfangreiche Szenen mit hochaufl senden Objekten die Systeme schnell an ihr Limit bringen Um etwaige Einbu en bez glich der Visualisierungsqua lit t zu vermeiden sollte es deshalb bei der Objekterstellung die M glichkeit geben auf unterschiedliche Detailierungsstufen zur ckzugreifen Bei der Auswahl geeigneter f rdertechnischer Anlagenkomponenten f r die Modell bibliothek gibt es eine sehr gro e Anzahl an m glichen 3D Objekten Diese wurden anhand ihrer Einsatzbereiche voneinander separiert Aufgabe der Palettenf rdertechnik ist es auf Paletten oder in Gitterboxen befindli ches Transportgut innerbetrieblich zu verteilen Unterschieden werden die Trans porteinrichtungen haupts chlich nach der Art ihrer Tr germedien Bei Rollenbahnen wird das F rdergut mit angetriebenen Tragrollen bef rdert beim Kettenf rderer er folgt die Bewegung des Gutes durch zwei oder drei parallel verlaufende Ketten str nge Die Umsetzung der 3D Modelle zum horizontalen Transport erfolgt sowohl mittels Rollenbahnen als auch von Kettenf rderern Zus tzlich werden f r die Rich tungs nderung Drehtische zur Verf gung stehen die mit Tragrollen bzw Tragketten best ckt sind Die Kleinteilef rdertechnik transportiert G ter kl
176. nformationen vornimmt Dabei macht sich die Work station die Leistung moderner Mulit Core CPUs zu Nutzen Die Trackingdaten wer den dann ber ein geeignetes Protokoll durch das Netzwerk an den Systemrechner des VR Systems geschickt Pro Workstation lassen sich so bis zu acht Kameras verbinden die bis zu zw lf Targets verfolgen k nnen Zur Synchronisation der Infra rotblitze unter den Kameras werden diese ber ein Koaxialkabel an eine Synchronisationeinheit angeschlossen Zus tzlichen m ssen die Kameras mit Strom versorgt werden Die Performance der Kameras liegt bei 60 Hz Wiederholungsrate sowie einem Pr zisionsfehler von weniger als f nf Millimetern Naturalpoint OptiTrack Das unter dem Namen OptiTrack vertriebene System der amerikanischen Firma Naturalpoint bietet ein Infrarotkamerasystem zu einem erschwinglichen Preis Nat 10 Die dabei eingesetzte Kameraserie FLEX V100R2 bietet Bilderfassung und Ver arbeitung in einem Paket Sie besitzt eine interne MJPEG Kompression f r die Ver arbeitung des Videobildes Um die Linse sitzt ein starker IR LED Ring 26 LEDs mit einstellbarer Helligkeit der ber das USB Kabel mit den anderen Kameras synchro nisiert wird Das Kamerasystem ist skalierbar und modular aufgebaut Eine Kamera wird lediglich per USB Kabel an das System angeschlossen das gleichzeitig f r die Stromversorgung und den Datenaustausch zust ndig ist Dabei kann eine Verbin dung direkt zum Computer oder ber den separat
177. ng sowie die Kommissionierplanung Zur ckzuf hren ist dies darauf dass dort der Mensch als ausf hrende Instanz t tig ist und somit eine Planung und Simulation unter Einbezug des Menschen erforderlich ist Der Faktor Mensch gibt somit den Ausschlag f r diese Szenarien Fazit Szenarien A D und E werden weiter betrachtet und stellen den Focus von VR LogPlan dar 17 3 Einsatzszenarien und Anforderungsanalyse 3 3 VR im Planungsprozess F r die Entwicklung des mobilen VR Systems f r die beiden Szenarien Logistikpla nung und Kommissionierplanung muss zun chst gepr ft werden in welchen Berei chen der Planung der Einsatz dieser Technik m glich ist und sinnvolle Ergebnisse liefern kann Vorarbeiten Materialflussuntersuchung Ist Analyse e Layouterfassung e Datenerfassung und aufbereitung e Darstellung und Bewertung des Ist Zustandes Ermitteln der Planungsdaten Soll Daten Vorarbeiten Grobplanung Strukturplanung unabh ngig von Technik Grobplanung e Planen der Abl ufe und Funktionseinheiten e Festlegen der Standorte der Lager Strukturplanung Bearbeitungs und Handhabungsstationen e Festlegen der Bewegungslinien der St ckg ter e Erstellen von Strukturvarianten Systemplanung u Systemplanung e Auswahl geeigneter Materialflussmittel f r die Feinplanung Transport Lager und Handhabungsaufgaben e Dimensionen der Materialflusssysteme e berpr fen und Bewerten der Systemvarianten Eu e Erstellen des
178. ngefasst Tabelle 5 9 Vor und Nachteile von optischem Tracking Vorteile Nachteile e 6 DoF e Sichtverbindung n tig e kein Drift e Abh ngig von Umgebungsbedingungen e hohe Genauigkeit v a IR e bei aktiven Markern ist eine Verkabelung n tig e gute Reichweite e relativ aufwendige Inbetriebnahme e hohe Abtast Wiederholrate e optisches Rauschen e hohe Bewegungsfreiheit e Mehrdeutigkeit bei der Abtastung e leichte Targets e Nachteile Infrarot e Erfassung mehrerer Targets gleichzeitig o teure Hardware e Vorteile Infrarot o empfindliche Marker o sehr robust e Nachteile Video o klare Abgrenzung der Signale o Robustheit o sehr genau mm Bereich o langsam e Vorteile Video o gute Lichtverh ltnisse erforder o einfache und billige Hardware lich o hohe Beweglichkeit des Anwen o Winkelabh ngigkeit zu 2D ders Target o markerloses Tracking m glich An einem optischen Trackingsystem das vollst ndig ohne Marker auskommen soll arbeitet derzeit Microsoft Bei dem f r die Spielkonsole X Box bestimmten Projekt mit dem Namen Natal handelt es sich um eine an die X Box angeschlossene Ka mera die am Fernseher vor dem Nutzer platziert wird Die Aufnahme von dreidimen sionalen K rperbewegungen wird durch das Zusammenspiel einer 3D Kamera die ber optische und IR Sensoren verf gt und eines Raumklangmikrofons erm glicht Aus den Informationen der Kamera und den Tiefeninformationen des Infrarotbildes wird ein Skelettmodell
179. ngestuft Die Latenzzeit sorgt f r eine zeitnahe Interaktion mit dem System und ist wichtiger als die Anzahl der Objekte oder die Zuverl ssigkeit F r die einzelnen Entscheidungskriterien werden definierte Zielerf llungsgrade vor gegeben so dass es zu einer einheitlichen Bewertung kommt Die Auspr gungen der Entscheidungskriterien sind in Tabelle 5 1 dargestellt Tabelle 5 11 Auspr gungen der Entscheidungskriterien Trackingtechnologien Zielerf llungsgrad 1 3 5 schlecht mittel gut Entscheidungskriterien 1 Anzahl Objekte 1 bis 3 mehr als 3 2 Ergonomie Kabel Gewicht hoch kabellos Gewicht kabellos Gewicht viele Komponenten mittel viele gering wenige Komponenten Komponenten 3 Genauigkeit lt 1m lt 20cm lt 3cm 4 Kosten gt 500 Euro lt 500 Euro lt 100 Euro 5 Latenzzeit gt 100ms 100 bis 70ms lt 70ms 6 Robustheit Einfl sse durch Metall Einfluss von Metall keine Einfl sse keine und Licht oder Licht Sichtverbindung Sichtverbindung n tig 7 Zuverl ssigkeit gering mittel hoch 61 5 Recherche geeigneter Hard und Software Die Nutzwertanalyse und ihre Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle 5 12 ge zeigt Tabelle 5 12 Nutzwertanalyse zur Bewertung der Trackingtechnologien S Ban COS SOT Nutzwert 036 051 042 os o51 on os 30 elektro magn 0 51 3 26 Aal OOA Nutzwer 012 085 014 04 017 060 oso 272 Video Nutzwer
180. ngsplanungen leicht modifizieren Die Planungsergebnisse eignen sich zur Schulung von Mitarbeitern z B f r das Lernen von Fluchtwegen Ich w rde diese Form der Planung zur Aufgabenbew ltigung empfehlen Was gef llt Ihnen an der Planung in Papierform besonders bzw was st rt Sie Seite 4 von 13 180 Anhang B Fragebogen Evaluierung 1 Kognitive Belastung Wie viel geistige Aktivit t wurde gefordert z B Denken Entscheiden Planen Suchen Anschauen etc Das hei t war die T tigkeit der Planung leicht oder schwer zu be werkstelligen leicht o o o E o o schwer Als wie erfolgreich sch tzen Sie sich ein die Layoutplanung bew ltigt zu haben nicht er o a a o mi o sehr er folgreich folgreich Wie sehr mussten Sie sich konzentrieren um sich mit dem System zu Recht zu finden Geringe Kon J m m Hohe Kon zentration zentration Wie gestresst f hlten Sie sich w hrend der Planungst tigkeit berhaupt nicht ge m m o o o stresst o sehr ge stresst Seite 5 von 13 181 Anhang B Fragebogen Evaluierung 1 3 Fragen zur Layoutplanung mit dem 3D Planungstool Die Bedienung des 3D Planungstools war in kurzer Zeit zu lernen Das System erleichtert das Planen und Vergleichen verschiedener Layouts Eventuell auftretende Fehlermeldungen waren verst ndlich und nachvollzieh bar Ich kann mir vorstellen das System f r den regelm igen Planungseinsatz zu verwenden Die Bedie
181. ngsystems vom Einsatzszenario und der eingesetzten Trackingtechnologie abh ngt Die Trackingtechnologie wiede rum ist davon abh ngig welche Aktionen bewerkstelligt werden sollen und welche Anforderungen an die Genauigkeit Mobilit t und Robustheit gestellt werden F r die folgenden Aktions und Interaktionsm glichkeiten ist ein Trackingsystem notwendig getrackte Benutzerbrille um die an den Benutzer perspektivisch angepasste Ansicht des betrachteten Modells zu erhalten 50 5 Recherche geeigneter Hard und Software getrackte Hand bzw Datenhandschuh zur Ergonomiebewertung und f r das Greifen Picken virtueller Objekte f r Kommissionierversuche getrackter Flystick zur Logistikplanung z B Bewegen von Regalen 5 3 2 Anforderungen an die Trackingtechnologie Bevor auf die verschiedenen Technologien die zum Tracking verwendet werden k nnen eingegangen wird sollen die Kriterien besprochen werden mit denen sich diese klassifizieren lassen Rei 09a e Latenz Die Latenzzeit beschreibt die Dauer die das System ben tigt um s mtliche Informationen aufzunehmen und dem Benutzer wiederzugeben Dies beinhaltet die Messung Informationsverarbeitung Positionsberechnun gen und Ausgabe der Positionsdaten Um dem Benutzer eine bestm gliche Immersion zu gew hrleisten ist eine geringe Latenzzeit von Bedeutung e Genauigkeit Die Position des Benutzers bzw der getrackten Objekte wird vom Realen ins Virtuelle bertragen und dort dargeste
182. nstigt dies 1 2 2 Innovativer Beitrag der angestrebten Forschungsergebnisse Das Projekt VR LogPlan verwendet erstmals die Nutzung der innovativen VR Technologie zur Planung logistischer Systeme und zur Mitarbeiterschulung im Lo gistikbereich Hierzu wird der Mensch in der jeweiligen Planungs bzw Schulungst tigkeit bestm glich informatorisch unterst tzt Er wird dadurch als entscheidende Kraft im Planungsprozess optimal eingebunden Somit kann er mit seinem Wissen seiner Kreativit t und seiner situativen Intuition durch derartige Systeme zur verbes serten Wahrnehmung seiner Aufgaben bef higt werden Her 08 Durch die Schaf fung bzw Implementierung innovativer Mensch Maschine Schnittstellen zur Bege hung virtueller Welten k nnen logistische Systeme in der Planungsphase realit ts nah analysiert werden Logistische Kennzahlen wie Wegzeiten Bearbeitungszeiten etc lassen sich noch bestimmen bevor das reale System existiert Dies trifft auch auf die Prozesse zu die komplett unter arbeitstechnischen systemtechnischen ge ometrischen und ergonomischen Gesichtspunkten evaluiert werden k nnen Auf 4 1 Einleitung Basis einer VR Simulation ist die gezielte interaktive Schulung von Mitarbeitern auf neue Prozesse oder Anlagen hin m glich Der Aufbau des Systems schafft eine neue Form der interdisziplin ren und kommunikativen Zusammenarbeit in Planungspro jekten Durch ihre Mobilit t ist der Einsatz an unterschiedlichen Standorten
183. nte V Anordnung von 135 und 45 Das polarisierte Licht trifft auf eine spezielle Lein wand die die Polarisation der einzelnen Projektoren erh lt Diese Leinwand ist eine R ckprojektionsscheibe aus Acrylglas mit den Abma en 205 cm x 155 cm und ei ner Dicke von ca 2 mm Die Kosten einer derartigen Leinwand liegen mit diesen Ma en bei 840 Euro brutto Die Acrylglasscheibe ist matt und sorgt somit f r eine brillante und kontrastreiche Darstellung Der Betrachtungswinkel liegt bei 135 hori zontal vertikal das Gewicht bei ca 7 kg Das bei Austritt der Projektoren gefilterte bzw polarisierte Licht zeigt seinen Effekt indem die Filter an der Brille jeweils nur ein Bild f r jedes Auge herausfiltern F r die Betrachtung der dreidimensionalen Pro jektion sind daher geeignete Brillen erforderlich deren Polarisationsfilter dieselbe Polarisationsachsen besitzen wie die der Beamer Die sog SD Brille besteht aus einem schwarzen Kunststoffgestell und ist bereits mit linearen Polfiltern in V Anordnung mit 135 und 45 konfektioniert Eine Brille kostet ca drei Euro Das Ge stell des portablen VR Systems besteht insgesamt aus sechs einzelnen Komponen 90 6 Entwicklung eines Systems ohne Trackin ten die schnell und einfach von zwei Personen aufgebaut werden k nnen Die Ab bildung 6 21 zeigt das fertig aufgebaute VR Center Abbildung 6 21 Funktionsmuster ohne Tracking Im Hintergrund ist die Projektorenhalterung
184. ntroller eingesetzt der nach Ausstattung mit geeigneten Markern ebenfalls als virtuelle Hand fungieren kann Der nat rliche Greifvorgang kann mit der L sung nicht abgebildet werden da der Nutzer bereits den Controller in der Hand umschlossen hat F r die ergonomische Betrachtung bedeutet es keinerlei Unter schied ob die Hand geschlossen wird zum Greifen oder nicht Viel bedeutender ist in welchen Bereich die zu pickende Ware vom Benutzer entfernt liegt Ist die Ware zu hoch gelagert zu weit hinten muss sich der Anwender ducken etc Daher reicht es aus eine virtuelle Hand zu realisieren die zwar statisch ist d h nicht geschlos sen werden kann aber dennoch im Raum bewegpbar ist Projektorenwagen gt Projektoren _ inkl Polfilter Rechner Infrarot Kamera Wii Balance Board Abbildung 8 2 Interaktionskonzept Funktionsmuster 2 In der Abbildung 8 2 wird der gesamte Systemaufbau f r das erl uterte Interakti onskonzept bildlich dargestellt Die Nutzer steht vor der Projektionsleinwand und 125 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking kann sich auf dem Balance Board stehend und die beiden Controller in der Hand haltend in der virtuellen Welt realit tsnah bewegen und Greifvorg nge ausf hren 8 1 4 Schulungskonzepte Mit dem erl uterten Interaktionskonzept l sst sich das VR LogPlan f r die verschie densten Schulungskonzepte rund um die Kommissionierung einsetzen Die flexible Einsatzm glichkeit
185. nung funktionierte problem los Die Einblendung von Einrichtungsge genst nden aus der Bibliothek emp fand ich als hilfreich Der Einsatz dieser Technologie war f r das Planen hilfreich Das System hilft Planungsfehler zu ve rmeiden l Das vorhandene Planungsmen war klar und bersichtlich gegliedert Die Modellbibliothek enthielt eine aus reichende Anzahl an Funktionen Die Auswahl verschiedener Objekte war m glich und einfach gestaltet Die Positionierung und Ver nderung von Funktionseinheiten im Planungs layout war einfach und nachvollziehbar Es konnte eine exakte Planung erreicht werden Die Planung l sst sich schnell fertig stellen Das geplante Layout konnte ich mir r umlich gut vorstellen Das Planen in dieser Form war f r mich sehr interessant Das Arbeiten mit dem 3D Planungstool hat mir Spa gemacht Ich w rde diese Form der Planung zur Aufgabenbew ltigung empfehlen Seite 6 von 13 182 Anhang B Fragebogen Evaluierung 1 Welche softwaretechnischen Erweiterungen sind Ihrer Meinung nach zus tzlich erfor derlich um eine Planung erfolgreich durchf hren zu k nnen Was wurde vernachl s sigt Welche Daten oder Angaben fehlten Ihnen in der Anzeige bei der Planung Gab es Ihrer Meinung nach unn tige Arbeitsschritte Wenn ja welche Was hat Ihnen an der Planung in der 3D Welt besonders gefallen nicht gefallen Seite 7 von 13 183 Anhang B Fragebogen Evaluierung 1
186. nutzer w hrend seiner T tigkeit in der virtuellen Welt kaum auff llt zwischen Modell und Realit t zu unterscheiden e Die Interaktion bedeutet dass dem Nutzer die M glichkeit geboten wird sei ne Umgebung aktiv zu beeinflussen also mit der immersiven Umgebung zu interagieren Dies kann in einer VR Umgebung auf mehrere Arten realisiert werden z B mit einem Flystick Datenhandschuh oder anderen Interaktions ger ten e Durch die dynamische Darstellung von Szenen in der immersiven Umgebung entsteht die Imagination des menschlichen Nutzers Die Vorstellungskraft des Menschen versetzt ihn in die Lage in die Umgebung einzutauchen und l sst das Umfeld lebendig und realit tsnah erscheinen Erst durch ein harmonisches Zusammenspiel der drei Faktoren bekommt der Benut zer das Gef hl sich in einer nat rlichen Umgebung zu bewegen Um die angesprochenen Eigenschaften des VR Systems umzusetzen erfolgt eine detaillierte Ausgestaltung des VR LogPlans in AP 4 in dem das Konzept f r das ers te Funktionsmuster entwickelt wird Im Grundsatz handelt es sich um eine Simulati onsschleife hnlich dem Hardware in the loop Konzept Der einzige Unterschied besteht darin dass der Mensch als Benutzer integriert wird und dadurch sogar von einem Human in the loop Konzept gesprochen werden kann Dabei kann das Interaktionsmodell nach der Abbildung 5 1 herangezogen werden das die Haupt komponenten des Systems beschreibt Die VR Basissoftware m
187. o zeigt der Feldvektor immer in eine feste Richtung und die Auslenkung ndert sich bei Voranschreiten in ihrem Betrag und ihrem Vorzeichen periodisch mit fester Amplitude Das Licht schwingt somit nur in einer Ebene Abbildung 6 11 ver deutlicht die Funktionsweise des in der Mitte befindlichen Polarisationsfilters Abbildung 6 11 Funktionsprinzip eines linearen Polarisationsfilters Aus dem Projektor tritt ein Gemisch an verschiedenartig polarisiertem Licht aus Der Polarisationsfilter l sst nur Lichtstrahlen mit einer bestimmten Polari sationsrichtung durch Parallele Dr hte in dem Filter schlie en die elektrische Feldkomponente der Lichtstrahlen kurz und absorbieren den Rest Daher ent steht ein Helligkeitsverlust Die Polfilter werden vor den Projektoren um 90 Grad zueinander versetzt Ebenso die Filter in der dazu geh rigen Brille Im Vergleich zur zirkularen Polarisation kann der Tiefeneffekt der 3D Anwendung bei starker Kopfneigung verloren gehen Zirkulare Polarisation Diese Polarisationsart wird auch als drehende Polarisation bezeichnet Das austretende Licht wird zirkular polarisiert Der zirkulare Filter dreht dabei das 76 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking Licht so dass der Feldvektor sich bei Voranschreiten der Welle mit konstanter Winkelgeschwindigkeit um den Wellenvektor dreht und seinen Betrag dabei nicht ndert Bei einem Projektor erfolgt die Drehung im Uhrzeigersinn bei dem anderen entgegen dem Uhr
188. obei durch die Bewahrung des Winkelmoments drehender K rper auf deren Win kelgeschwindigkeit geschlossen werden kann Es ist eine Initialisierung des Systems notwendig da beide Sensorarten lediglich Relativwerte liefern Die Tabelle 5 7 liefert die Zusammenfassung Tabelle 5 7 Vor und Nachteile von inertialem Tracking Vorteile Nachteile e 6 DoF bei 2 Sensoren e Drift Verschiebung der Achsen mit der Zeit gt e hohe Genauigkeit Ungenauigkeiten gt erneute Kalibrierung e kleine und relativ leichte Empf nger e Initialisierung notwendig e kosteng nstig e oft Verkabelung notwendig e robust e kleiner Messraum e geringe Latenzzeit Mechanisches Tracking Bei dem mechanischen Tracking wird das zu verfolgende Objekt mit einem mecha nischen System verbunden Das System besteht aus mehreren Gelenken Gestellen und Auslegern Sul 68 Es erlaubt eine Positionsverfolgung in alle sechs Freiheits grade hnlich einem Roboterarm l sst sich das System beinahe widerstandlos in alle Richtungen bewegen wobei die Sensoren an den Gelenken die Bewegung des jeweiligen Auslegers messen Das System erreicht somit eine u ert hohe Pr zision und erlaubt aufgrund ihrer physischen Verbindung mit dem Referenzobjekt die Posi tionsbestimmung f r lediglich ein Objekt Tabelle 5 8 zeigt die Vor und Nachteile 55 5 Recherche geeigneter Hard und Software Tabelle 5 8 Vor und Nachteile von mechanischem Tracking Vorteile
189. odus Die Befragten waren weiterhin der Auffassung 97 1 dass die dreidimensionale Arbeitsplatzdarstellung es erm glicht sich we sentlich schneller in einer ungewohnten realen Umgebung zu Recht zu finden Die hohe Zustimmung in diesem Bereich l sst das Potenzial eines VR Einsatzes im Schulungsbereich erahnen Bei den Kandidaten stellte sich schnell ein Lernerfolg ein 88 6 und das Training mit dem VR System hat ihnen Spa bereitet 94 3 Je mehr Freude die Kollegen bei einer Schulung empfinden desto h her ist auch die Motivation etwas Neues zu lernen Die mit der VR Anlage erm glichte dreidimensio nale Darstellung unterst tzte die r umliche Orientierung der Kandidaten 88 6 Au erdem waren sie zu 77 1 der Auffassung dass das System die Qualifizierung von Mitarbeitern erleichtern kann Durch die visuelle Schulung konnten sie sich die Abl ufe und Prozesse gut einpr gen 88 6 Dies spiegelt sich auch darin wider dass die Testpersonen zu 94 3 der Meinung sind w hrend der VR Schulung ge lernte Prozesse ohne Hilfestellung in der Realit t umsetzen zu k nnen Insgesamt waren die Probanden selbst der Meinung zu 82 9 ein gutes Schulungsergebnis erreicht zu haben und sie denken dass sich das gezeigte Funktionsmuster auch gut zur Schulung weiterer Szenarien im Bereich Logistik eignet 147 9 Evaluierung des Systems mit Tracking Zur Analyse der Trainingsleistung sehen sie als wichtigstes Instrument die M glich keit d
190. ogie ist das optische Tracking Neben seiner 7 2 Stand der Forschung hohen Pr zision zeichnet sich die optische Trackingmethode durch die genaue Posi tionsberechnung auch bei schnellen Bewegungen im Raum aus Von den Kameras ausgesendetes Infrarot Licht wird von speziellen Markern reflektiert Anschlie end wird durch Bildauswertung die Position und Orientierung im Raum errechnet Art 09 Die Steuerung und intuitive Handhabung eines VR Systems bzw von virtuellen Objekten erfolgt ber 3D Interaktionsger te wie z B einem Datenhandschuh oder einem sogenannten Fly Stick Die Forschung fokussiert vor allem die Verbesserung bereits bestehender VR Systemkomponenten die zudem kosteng nstiger werden sollen um den Einsatz in der Praxis weiter voranzutreiben Daneben steht die Erfor schung neuer Interaktionskonzepte und ger te im Vordergrund Aktuell wird im Rahmen eines Forschungsprojektes ein neuartiges System mit Hilfe einer 3D Kamera entwickelt das speziell zur Steuerung mit Hilfe von Hand Gesten dient Fit 10 Neben den in der Entwicklung bereits fast ausgereizten Fortschritten in der Hard ware kommt der Software eine besondere Bedeutung zu Sie ist der integrale Be standteil der alle Komponenten zu einem Gesamtsystem zusammenf gt anwen dungsspezifische Funktionalit ten zur Verf gung stellt und echtzeitnahes Arbeiten erm glicht Hauptaufgabe ist die fl ssige Darstellung der Visualisierung gro er virtu eller Modelle die m
191. ojektor 2 ha TN lt lt Bluetooth gt gt i Tr A N lt lt device gt gt In Wii Controller N rn lt lt device gt gt r Wii Balance Board Abbildung 8 8 Aufbau Funktionsmuster 2 in UML2 Notation 8 2 4 Erstellung von Trackingobjekten Targets k nnen f r Untersuchungszwecke flexibel und einfach selbst erstellt wer den Daf r sind f r optische Trackingsysteme wie bereits in Abschnitt 5 3 3 erl u tert entweder passive oder aktive Targets m glich F r die Zwecke des For schungsvorhabens ist der Einsatz von passiven Targets ausreichend Die speziell beschichteten Kugeln f r eine optimale Reflexion des Infrarotlichts die f r die passi ven Targets erforderlich sind k nnen f r 12 Euro pro St ck erworben werden Ab bildung 8 9 verdeutlicht das Zusammenspiel von Infrarotkamera und passiven Tar get 134 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking OS strong direct reflection e weak diffuse f riai reflection Iid body target Abbildung 8 9 Funktionsprinzip eines Infrarottargets lot 10 Bei der Erstellung von Targets sind wichtige Regeln f r ein gutes Trackingergebnis zu beachten Art 09 Ein Target selbst muss aus mindestens vier Markern Reflexi onskugeln in einer fixen Konstellation bestehen Innerhalb dieses Targets sollte der Abstand der Marker zueinander mindestens drei Zentimeter und mehr sein Des Weiteren m ssen si
192. olgende Eigenschaften abbilden k nnen Erstellen und berarbeiten der virtuellen Welt Betrachten der virtuellen Welt Interaktion mit der virtuellen Welt Gehen in der virtuellen Welt Zu Beginn ist die sachgerechte Auslegung und Erstellung der Modelle und Varianten wichtig Dabei sind f r die Planung notwendige Funktionen das Verschieben von Elementen und deren Umstellung Die gesuchten Interaktionsger te h ngen zudem sehr stark vom Interaktionskonzept ab bzw von den Anforderungen die die Nutzer an das Planungssystem stellen Ist eine virtuelle Begehung des Modells ausreichend oder muss auf die interaktive Nutzung von Funktionseinheiten zur ckgegriffen wer den Auf jeden Fall soll eine Bewegung durch das erstellte Modell erm glicht werden Dabei ist es denkbar dass diese Bewegung in verschiedenen Formen erfolgt Mit dem Fliegen durch das Objekt kann jeder erdenkliche Punkt innerhalb des virtuellen Modells angesteuert werden So k nnen die Objekte von oben in der bersicht be trachtet oder einzelne wichtige Bereiche genauer untersucht werden Zum anderen w re es m glich die Sicht der Mitarbeiter einzunehmen und das Modell virtuell zu 37 5 Recherche geeigneter Hard und Software begehen Auf Sichth he einer durchschnittlichen Person und kann ber die Kopfbe wegungen das Objekt aus Sicht des sp teren Nutzers betrachtet werden Am Ende eines Planungszyklus wird f r die Schulung ebenfalls der Einsatz von geeigneten Inte
193. ontroller Abbildung 7 9 Bewertung der Interaktionsger te im Vergleich Die Bewertung erfolgte mit der Vergabe von Schulnoten bei der der Wii Controller mit einer Durchschnittsnote von 1 61 am besten abschnitt Die 3D Maus und der Spielcontroller liegen mit einer Durchschnittsnote von 2 67 und 2 61 etwa gleich auf F r den Aufbau des erweiterten Funktionsmusters wird somit der Wii Controller wei ter verwendet Die Navigation fanden 67 intuitiv wobei 33 dies nur bedingt empfanden F r eine schlechte Navigation sprach sich niemand aus 0 Die mit dem Funktions muster ohne Tracking get tigten Interaktionen halten 67 f r ausreichend 33 w nschen sich weitere Interaktionsm glichkeiten die erst mit einem Trackingsystem erm glicht werden k nnen Verbesserungsbedarf gibt es im Bereich der Steuerung Diese war f r 61 nur bedingt problemlos zu bedienen Akzeptanz und Potenzial des Systems Die Kandidaten sehen zu 67 das VR Werkzeug als wichtiges Unterst tzungsmittel f r die Mitarbeiter von Planungsabteilungen 33 sehen nur eine bedingte Unter 117 7 Evaluierung des Systems ohne Tracking st tzung und O0 geht von keinem Nutzen des Werkzeugs aus Weiterhin sind sie der Meinung dass die Akzeptanz des System bei den Mitarbeitern zu 56 gut sein wird und zu 44 mittel Keiner sieht eine schlechte Akzeptanz des Systems Mehr als zwei Drittel 72 der Kandidaten denken dass die Nutzung des Systems f r interdisz
194. orderlich dass das VR LogPlan gleich zeitig von mehreren Nutzern verwendet werden kann 69 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking Die Tabelle 6 1 zeigt die Gewichtung der Entscheidungskriterien durch einen paar weisen Vergleich Tabelle 6 1 Gewichtung der Entscheidungskriterien VR System 1 2 2 3 8 oooo 020 3 2 2 2 9 ozo 02 3 2 2 3 10 os 025 2 1 2 6 foo 015 O 0 T S T eoj 10 F r die Entscheidungskriterien werden in Tabelle 6 2 die Zielerf llungsgrade und Auspr gungen definiert Tabelle 6 2 Auspr gungen der Entscheidungskriterien VR System schlecht ausreichend gut schlecht bedingt gut keine im geringen Umfang m glich zu hoch angemessen gering nein im geringen Umfang ja Die im Forschungsprojekt festgelegten und bewerteten Entscheidungskriterien sind als Ergebnis in der Nutzwertanalyse in Tabelle 6 3 dargestellt 70 6 Entwicklung eines Systems ohne Trackin Tabelle 6 3 Nutzwertanalyse zur Bewertung von VR Systemen Nutzwert 0 85 0 6 1 15 0 25 0 45 3 3 Powerwall 5 0 51 0 23 0 75 0 75 2 44 _aiiert ung Vv Tea 0 85 0 2 0 23 0 75 0 75 2 78 Arbeitsplatz Nutzwert 0 17 0 6 0 69 1 25 0 15 2 86 leinwand Nutzwet 0 17 0 6 1 15 1 25 0 75 3 92 Die Projektionsleinwand mit einem portablen VR System erreicht f r die spezifischen Anforderungen des VR LogPlan den
195. r Preis der Interaktionsger te keine 200 Euro berschreiten soll Somit lassen sich die folgen den Bewertungskriterien zusammenfassen 1 Kosten Ergonomie Robustheit Konfigurierbarkeit Bedienung O3 OT oG D Freie Bewegungsm glichkeit 47 5 Recherche geeigneter Hard und Software 5 2 4 Bewertung der Interaktionsger te Es werden die in Abschnitt 5 2 2 beschriebenen Interaktionsger te nach den oben benannten Kriterien bewertet Die Bewertung ist in Tabelle 5 1 dargestellt und zeigt die Auspr gungen der Kriterien f r das jeweilige Ger t Tabelle 5 1 Vergleich der Interaktionsger te freie Bewegungs Ergonomie Robustheit Konfigurierbarkeit Bedienung m glichkeit O OEE Tee erforderlich Untergrund O lem Tee 1 me To me I mn 1 Tan AirMaus gering mitte en in Lernbedarf ol o programmierbar eas gering pe a e belegbar E einfach am Fiystick e hoon programmierbar einfach Funkanbindung De w mittel sehr anf llig schwer intuitiv kabelgebunden Ger te hoch a foo foroo mm Born ine er fm gt frei r pra eefe o l ETE ee Der Vergleich zeigt dass die meisten Ger te neben Ihren Vorteilen auch Nachteile mit sich bringen Somit l sst sich keine definitive Aussage f r ein geeignetes Interak tionsger t geben Vielmehr eignen sich mehrere Ger te bzw deren Zusammenspiel und Kombination um die verschiedenen Interaktionskonzepte abzubilden Es ist also zu betr
196. r kombiniert werden und gilt als sehr robust Abbildung 6 17 ISO Ansicht und Querschnitt des verwendeten Profiltr gers Aufgrund der hohen Biegesteifigkeit der Halbzeuge besteht nicht die Notwendigkeit die Stabilit t des geplanten Gestells zu berechnen F r den Aufbau findet ein Profil mit den Querschnittsabmessungen 40 mm x 40 mm Einsatz Bei dem Werkstoff 84 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking handelt es sich um eine Aluminiumlegierung mit einer l ngenbezogenen Dichte von 1 5 kg m Zudem verf gt MayTec ber ein umfangreiches Zubeh rsortiment das beispielsweise Spannhebel zur schnellen Verschraubung Tragegriffe etc beinhaltet Bei der gesamten Konstruktion muss ber cksichtigt werden dass die Komponenten des Systems in einem kleinen Transporter Platz finden m ssen Deswegen wird das System zerlegbar gestaltet Die Projektionsleinwand wird flexibel mit einer geeigne ten Aufnahme auf einem Wagen montiert der zur gew nschten Position gefahren werden kann Dort kann er ber feststellbare Rollen fixiert werden Die Leinwand kann f r Transportzwecke leicht vom Projektionsgestell abgenommen und schnell aufgesetzt werden F r diesen Zweck wurde sie auf beiden Seiten mit jeweils zwei Tragegriffen ausgestattet Die Leinwand befindet sich 60 cm ber dem Boden und ist bei einer Gesamth he des Systems von 215 cm f r den durchschnittlichen Be nutzer in optimaler H he positioniert Das Projektionsgestell f r die Leinwandauf
197. ra um gesetzt Daneben erm glicht es das Steuerkreuz auf dem Wii Controller dem Nutzer die Bewegungsrichtung vorzugeben Durch Dr cken des Steuerkreuzes ist es m g lich dass das System die Bewegung vor r ckw rts bzw seitw rts links rechts wi dergibt Dabei muss der Benutzer weiterhin auf dem Board steppen und gleichzeitig die gew nschte Richtung auf dem Steuerkreuz gedr ckt halten Zur Steuerung der Kopf und Blickrichtung in der VR wird das Wii Nunchuck ver wendet Dies h lt der Benutzer in der linken Hand und ist zugleich mit dem Wii Con troller verbunden der die Signale ber Bluetooth an den Computer bertr gt Das Nunchuck verf gt ber einen kleinen Steuerstick durch dessen Steuerrichtungen sich die Kopfbewegung sehr gut abbilden l sst Der Stick l sst sich nach links recht 124 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking bzw oben unten und jeweils zwischen den einzelnen Positionen bewegen Wird der Stick beispielsweise nach links gedr ckt so erfolgt auch eine Kopfbewegung nach links usw Die Metapher der physikalischen Hand stellt eine virtuelle 3D Hand dar Die klassi sche virtuelle Hand wirkt f r den Anwender sehr einfach und nat rlich da er im Vir tuellen eine Hand sieht die seinen nat rlichen Greifraum abbildet Ein wie in Kapitel 5 2 2 beschriebener Datenhandschuh kommt dabei nicht zum Einsatz da er im Ver gleich zur alternativen L sungen zu teuer ist Zur Vereinfachung wird der bereits vorhandene Wii Co
198. ragt und haben daneben die M glichkeit Anmerkungen zu machen Mit Hilfe ei ner Likert Skala besitzen fast alle Fragen die folgende Einteilung stimmt genau stimmt weitgehend stimmt ein wenig stimmt eher nicht stimmt weitgehend nicht stimmt berhaupt nicht Ros 04 Der Fragebogen zielt auf die folgenden Punkte ab e Aufbau und Abbau des Funktionsmusters e Ergonomie und Mobilit t e Layoutplanung in Papierform e Layoutplanung mit 3D Planungstool e Kognitive Belastung bei beiden Planungsverfahren e Visualisierung des VR Systems e Navigation und Interaktionsger te e Akzeptanz und Potenzial 7 2 Durchf hrung des Labortests Vor der Versuchsreihe wurde ein fester Versuchsablauf festgelegt In der zwei Wo chen dauernden Versuchsreihe wurden 18 Probanden getestet Da f r den Aufbau des VR Systems mindestens zwei Personen ben tigt werden wird der Labortest immer von zwei Kandidaten gemeinsam durchgef hrt F r jedes Probandenpaar wurde ein Zeitfenster von 150 min veranschlagt In Abbildung 7 1 ist die Versuchs durchf hrung abzulesen 108 Begr ung Einleitung 7 Evaluierung des Systems ohne Tracking Allgemeines zum Forschungsprojekt Ablauf der Versuchsreihe Fragebogen Tests Aufbau Funktionsmuster Planungsaufgabe Fragebogen zum Probanden Konzentrationstest Test r umliches Vorstellungsverm gen Aufbau des Funktionsmusters 1 mit Montaganleitung Inbetriebnahme freie L
199. raktionsger ten n tig F r die Schulung wird es haupts chlich erforderlich sein sich im Raum bewegen und zuk nftige Prozesse abbilden zu k nnen Es gilt zu berlegen welche Aufgaben trainiert werden sollen und wie diese ber Interaktions ger te umsetzbar sind Soll der Mitarbeiter Arbeitswege Fluchtwege Positionen bestimmter Orte etc kennenlernen so reicht es wenn er sich durch die Welt bewe gen kann und so die Wege kennenlernt Zielt die Schulung aber beispielsweise auf eine Kommissioniert tigkeit ab so muss es dem Nutzer m glich sein mit der Welt zu interagieren Neben den n tigen Interaktionen m ssen auch die Randbedingun gen aus dem Lastenheft beachtet werden Dabei sind Anforderungen einer industri ellen Umgebung eine ergonomische Gestaltung der Ger te sowie einer angemes senen Qualit t bei niedrigen Kosten zu beachten 5 2 2 Auswahl an Interaktionsger ten Der Markt f r mobile Eingabeger te ist im Aufbau begriffen Viele Ger te sind Proto typen oder wurden teilweise in Forschungsprojekten f r spezielle Anwendungen entwickelt Boe 09 Auf der anderen Seite stehen die seit Jahren genutzten und be kannten Standardeingabeger te der Computerindustrie Ebenso bietet der Markt f r Konsolenspiele eine immer gr ere Vielfalt an mobilen Interaktionsger ten Dabei beruht diese Entwicklung einerseits auf den Marktanforderungen der Nutzer nach kabellosen Eingabeger ten und andererseits auf denen der Anbieter die in
200. rd Die Software erlaubt es verschiedene Szenarien im Vorhinein zu konfigurieren und abzuspeichern Unter Szenarien wird die Anzahl und Art der benutzten Trackingobjekte verstanden die beispielsweise bei einer typischen Konfiguration Verwendung finden 122 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking 8 1 2 Verbesserungen am Funktionsmuster Die erste Evaluierung und deren Ergebnisse aus Kapitel 7 3 haben ergeben dass noch konstruktive Verbesserungen am Funktionsmuster erforderlich sind Die Be obachtung der Probanden beim Versuchsaufbau hat vor allem im Bereich der Pro jektorenhalterung ein gro es Verbesserungspotenzial aufgezeigt Zudem zeigte der Labortest dass die Visualisierungshelligkeit gering und der damit entstehende drei dimensionale Effekt zu schlecht ist Das mobile VR System ist in seinem jetzigen Zustand zu anf llig f r helle Umgebungen bzw Sonneneinstrahlung Vorgesehen ist daher den Strahlengang des Projektorenlichts mit einem geeigneten Konzept so zu verdunkeln dass das System in der Hinsicht robuster wird Hierf r soll das Projekti onsgestell im unteren Bereich der Leinwand mit einer Holzwand abgeschirmt wer den Als eine flexible L sung f r die Verdunkelung bietet sich ein Verdunkelungssys tem mit Hilfe eines Vorhangs an Beim Gespr ch mit den Probanden zeigte sich ein weiterer Problempunkt Die Verkabelung und der Anschluss der Projektoren und des Computers sind bei jedem Aufbau sehr m hselig auch wenn diese gut ge
201. re erm glichen Zugleich ist das Plug in um eine automatische Zeit erfassung f r die Analyse unterschiedlicher Kommissioniervorg nge oder Wegezei ten zu erweitern Die Abbildung 8 13 zeigt die fertige Benutzeroberfl che f r die bei den Interaktionsger te mit den geforderten Elementen Der Bereich links unten zeigt die neu hinzugef gten Elemente f r das Balance Board Auf dem Bild des Balance Boards ist ein gr n umrandeter roter Punkt abge bildet Dieser stellt die Bewegung des K rperschwerpunktes auf dem Balance Boards grafisch dar Beim Gehen wandert er von links nach rechts und wieder zu r ck Da jeder Anwender eine unterschiedliche Schrittweite besitzt ist es m glich die Schrittgeschwindigkeit der jeweiligen Person einzugeben um eine realit tsnahe Analyse zu erreichen Zudem z hlt das Plug in die Anzahl der Schritte und stoppt die tats chliche Wegzeit die der Nutzer in der virtuellen Welt mit dem Balance Board ben tigt hat Die Wegzeit startet wenn sich der Nutzer auf dem Board be wegt Sobald dieser stehen bleibt stoppt sie Beginnt er wieder zu gehen l uft die Stoppuhr mit dem letzten Stand weiter Dies erm glicht es die tats chliche Wegzeit f r einen gesamten Kommissionierauftrag zu ermitteln 139 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking wiremote E Initialize cm User s Height 180 00 m Unit factor 0 0100 x 0 00 Y 0 00 z 0 00 viewx 1 0000 viewy 0 0000 viewz 0 0000 upx 0 0000 upy 1 0000
202. rianten er VR Modelle Positionierung rbeitsgegenst nd Maus Flystick Systemplanung Uberpr fen der Controller o 7 Varianten Strukturplanung Grobplanung VR Modell Erstellung Groblayout ueI4607 4N Detailplanung Absicherung urch Interaktio Ergonomie Interaktionsger te 7 Feinplanung untersuchung g VR Modell gt Fertiglayout Arbeitsplatz uonye19 u pun Bunueid 1p USZI9SWN s yos yde1b 7 Iterationsschleife Realisierung Schulung Interaktive Interaktionsger te lt Schulung visuell lt Abbildung 4 2 Aufgabenspezifischer VR Planungsprozess Der in Abbildung 4 2 dargestellte aufgabenspezifische Planungsprozess ist f r die Arbeitsplatzgestaltung ausgelegt und unterscheidet sich nur in einzelnen Punkten von dem allgemeinen Prozess Dies liegt daran dass bei einer Planung grunds tz lich die gleichen Schritte zu vollziehen sind und sich diese nur in Einzelheiten unter scheiden Das Planungsvorgehen erm glicht dabei wiederum den kooperativen Einsatz des VR LogPlan und sorgt f r eine Durchg ngigkeit der Planung Zun chst erfolgt die Erstellung des Datenmodells f r den zu gestaltenden Arbeitsplatz Dies geschieht 28 4 Festlegung VR unterst tzter Referenzprozess wiederum durch die Daten bernahme von bereits bestehenden VR Modellen oder durch erstmalige Erstellung Die Modellierun
203. rliche Eigenschaften Sinnvolle Ger te Daten bernahme Erstel lung von Varianten Modelle m ssen erstellt und ver schoben werden Maus Tastatur 3D Maus Flystick berpr fen der Varianten Gehen in der virtuellen Welt Ein heiten versetzt Betrachten der virtuellen Welt 3D Maus Flystick Datenhandschuh Wii Controller und Balance Board Ergonomieuntersuchung Begehen des Systems und Inter aktion Flystick Datenhandschunh Wii Controller und Balance Board Interaktive Schulung Erlernen der Umgebung Bege hung und evtl Interaktion Flystick Datenhandschuh 3D Maus Wii Controller und Balance Board Die haptischen Interaktionsger te scheiden aufgrund ihrer extrem hohen Kosten ihres Gewichtes und ihrer Komplexit t f r einen Einsatz aus Ebenso kann f r die Air Maus keine sinnvolle Verwendung gefunden werden Die normale Maus ist die wohl am einfachsten umzusetzende Variante und eignet sich f r die Modellerstellung F r die VR Nutzung ist sie eher ungeeignet da sie eine feste Unterlage erfordert Da die Umsetzung des Gehvorgangs mit einem Laufband f r das mobile VR System aus 49 5 Recherche geeigneter Hard und Software genannten Gr nden ungeeignet ist verspricht das Wii Balance Board eine prakti kable L sung Der Flystick als Standardinteraktionsger t eines VR Systems soll auf grund seines hohen Preises ab 1000 Euro nicht betrachtet und daf r mit
204. rundlegende nderungen nach sich Zudem muss die Integration des Trackings modular erfolgen so dass es bei Bedarf angebracht werden kann F r den Projektorenwagen die Distanzschie nen der Verdunkelung sowie Aufbewahrungshalterung ist ein ganzheitliches Kon zept f r das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten erforderlich Abbildung 8 3 zeigt die Konstruktion des Funktionsmusters 2 in einer Explosionsdarstellung Das Projektionsgestell bleibt im Wesentlichen erhalten Zus tzlich erh lt es eine Holzver kleidung im unteren Bereich des Wagens f r die Verdunkelung sowie an den unteren Fahrachsen die Integration einer Halterung f r den Transport der losen Schienen Die jeweils zweiteilige Vorhangstange wird beim Aufbau am oberen Bereich des Rahmens der Projektionsleinwand und am Projektorenwagen selbst befestigt Rahmen Leinwand Vorhangstange 2 tlg Projektorenwagen Abbildung 8 3 Explosionszeichnung des Funktionsmusters 2 Der fahrbare Projektorenwagen ist im hinteren Bereich des Funktionsmusters und beinhaltet die Technik In seiner Gr e und den Komponenten ist das VR System nach wie vor so ausgelegt dass es in einen Transporter passt 8 2 1 Projektorenwagen Die Probleme die sich bei der ersten Evaluierung im Bereich der Projektionseinheit und deren Aufbau sowie Einstellung gezeigt haben sollen geb ndelt behoben wer den Dazu ist der Entwurf eines Projektorenwagens vorgesehen 128 8 Entwicklung eines Systems
205. rverzeichnis 156 Abk rzungsverzeichnis 166 Abbildungsverzeichnis 167 Tabellenverzeichnis 170 Anhang A Lastenheft 172 Anhang B Fragebogen Evaluierung 1 177 VI 1 Einleitung VR LogPlan steht f r ein Virtual Reality Logistik Planungssystem Mit Hilfe der Vir tual Reality VR Technologie wird ein Planungssystem f r die Planung logistischer Systeme geschaffen Es dient zur Leistungs und Qualit tssteigerung in der Planung und erlaubt die virtuelle Mitarbeiterschulung Das System soll die Integration des Menschen in den Planungsgegenstand erm glichen und wurde in zwei modular auf einander aufbauenden Funktionsmustern umgesetzt sowie in verschiedenen Unter suchungen evaluiert 1 1 Wissenschaftlich technische Problemstellung Die Planung von modernen logistischen Anlagen ist eine komplizierte und an spruchsvolle Aufgabe Es werden hohe technische und betriebliche Anforderung an die Systeme gestellt bei denen in der Planung qualitative monet re und zeitliche Aspekte die planerischen Randbedingungen darstellen GUD 00 Dabei ist der ge samte Projektierungsablauf bei jedem Unternehmen anders gestaltet und stellt meist eine Sammlung von Informationen aus verschiedensten Datenquellen dar Durch Verwendung unterschiedlicher Softwarel sungen f hrt dies zu Medienbr chen zwi schen den einzelnen Projektphasen Sca 09 Es gilt gerade in der Planung von der artig komplexen Anlagen auf viele Details und Einzelheiten zu achten um die Funkti
206. s ch lich dient sie zur visuellen Darstellung der erzeugten Modelle und der modellierten Planungen Die f r die Visualisierung ben tigten dreidimensionalen Daten werden in Echtzeit unter gleichzeitiger Ber cksichtigung der Informationen des Positionser fassungssystems und der Interaktionsger te verarbeitet Wichtige Nebenaufgabe des Programms ist deshalb die Integration der Trackingdaten bzw der Positionser fassung die es erlaubt die genaue Position des Nutzers vor der Leinwand festzu stellen und ihm somit die positionsspezifische perspektivisch korrekte Ansicht der virtuellen Umgebung und der virtuellen Objekte zu liefern 5 1 1 Anforderungen an die VR Basissoftware Die beste Definition die die VR beschreibt und somit auch als Anforderung an die VR Basissoftware gilt ist die Beschreibung der drei l s Wul 08 Darunter ist die Immersion Interaktion und Imagination zu verstehen e Die Immersion beschreibt die Integration des Benutzers in die virtuelle Welt Darunter ist das Gef hl zu verstehen Teil der dargestellten Szenerie zu sein Immersion ist die Wahrnehmung und die weitgehend nat rliche Stimulation m glichst vieler menschlicher Sinne wie Sehen H ren und Tasten Haptik 30 5 Recherche geeigneter Hard und Software Dabei werden auch unter Echtzeit die Aktionen des Nutzers mit der VR um gesetzt z B Bewegungen In einem idealen VR System sind die erzeugten Sinneseindr cke t uschend echt so dass es dem Be
207. s Gesamtsystems In Anbetracht der geforderten Mobilit t mit einem schnellen und einfachen Aufbau wird das VR LogPlan ohne Spiegel realisiert Es sind weniger Teile erforderlich da keine Haltevorrichtung f r einen Spiegel ben tigt wird Au erdem wird die Justie rung deutlich vereinfacht Des Weiteren w rden mehr Bauteile auch einen aufwendi geren Transport bedeuten Die dabei bedingte tiefere Bauweise des VR Systems f llt weniger ins Gewicht Aus diesen Gr nden wird das Funktionsmuster ohne R ckprojektionsspiegel realisiert 6 1 4 Stereoverfahren Um bei der Visualisierung ein dreidimensionales Bild f r den Anwender zu erzeugen ist f r das VR LogPlan eine geeignete Stereotechnik erforderlich Notwendig macht dies folgender Zusammenhang Die menschlichen Augen besitzen einen gewissen Abstand zueinander Wird ein Objekt in der Realit t betrachtet so erh lt jedes Auge ein geringf gig verschobenes Bild im Gegensatz zum anderen Auge Folglich hat jedes Auge einen anderen Winkel zu dem betrachteten Objekt Das Gehirn verarbei tet diese beiden unterschiedlichen Bilder im Sehzentrum zu einem dreidimensiona len Bild Dadurch kann der Mensch H he Breite und Tiefe wahrnehmen Konventio nelle Visualisierungen zeigen lediglich zweidimensional Bilder da die Augen ein und dasselbe Bild sehen Die Tiefenvorstellung wird hierbei vom Gehirn interpretiert Um Visualisierungen dreidimensional sehen zu k nnen werden daher immer zwei Bilder 73
208. ser bereits in der Planungsphase opti mal auf den Benutzer auslegen Durch die interdisziplin re Zusammenarbeit wird h ufig eine gute und konsensf hige L sung gefunden Szenario F Auch die Planung der Materialbereitstellung in Montagesystemen kommt als Ein satzszenario in Betracht Aur 05 Durch die dreidimensionale Darstellung von Ob jekten k nnen Fehlerquellen direkt am Ort des Geschehens erkannt und behoben werden Komplexit tsreduzierende Ma nahmen und Ideen k nnen von allen Mitar beitern eingebracht werden 16 3 Einsatzszenarien und Anforderungsanalyse Tabelle 3 2 Nutzwerte der Einsatzszenarien Zielerf lun 7 7 6e 4 zen Las Das ee L 22 EA a a e Nutzwet 15 05 05 o9 o9 Zee s Io J 6e 7 Ta Eu a a ar EN a a a 05 o7 18 24 ME a Nutzwert 125 o3 07 2n 21 Be E 1 o2 os 18 18 In der Tabelle 3 2 werden die Bewertung der Szenarien und die Ergebnisse der Nutzwertanalyse gezeigt Die Gewichtung der einzelnen Kriterien wurde eigenst n dig gew hlt und entspricht den Anforderungsschwerpunkten des geplanten Sys tems Die Ergebnisse der Nutzwerte der einzelnen Szenarien zeigen dass alle einen hohen Wert aufweisen Daran l sst sich erkennen dass das VR LogPlan f r alle be trachteten Bereiche eine gute bis sehr gute Eignung besitzt Die mit Abstand h chs ten Werte erreichen die Szenarien A D und E Dies sind die Schulung die Logistik planu
209. sonen sind nur Betrach ter die nicht mit dem System interagieren Es sollten daher maximal vier Ob jekte getrackt werden k nnen e Ergonomie Da der Benutzer vor der Projektion getrackt werden soll werden unter der Ergonomie Faktoren wie Tragekomfort Gewicht und Gr e der zu tragenden Hardware oder Verkabelung ber cksichtigt e Freiheitsgrade Bei einer Interaktion mit der virtuellen Welt in der Logistikpla nung bzw Schulung sind sechs DoF n tig um somit beispielsweise Greifvor g nge korrekt abzubilden Es werden daher nur die Trackingtechnologien bewertet die ber sechs DoF verf gen e Genauigkeit F r die VR Interaktion liegt die Anforderung an die Genauigkeit im cm Bereich ca 2 cm Genauigkeit auf einen Meter Entfernung e Kosten F r die Hardware und Softwarekomponenten sollen die Kosten m glichst niedrig sein da ein kosteng nstiges Gesamtsystem f r KMUs ent wickelt werden soll e Latenzzeit F r einen guten immersiven Eindruck muss das System echtzeit f hig sein indem die Latenzzeit gering und die Bildwiederholfrequenz hoch sind e Robustheit Im industriellen Umfeld muss das Tracking unempfindlich ge gen ber Umwelteinfl ssen sein und schnelle Bewegungen erfassen k nnen 59 5 Recherche geeigneter Hard und Software e Zuverl ssigkeit Die Zuverl ssigkeit beschreibt die die Ausfallsicherheit des Systems in der das System w hrend der Betriebszeit st rungsfrei l uft Da runter wird ein m glichst
210. st zu entscheiden welches systemtechnische Konzept verfolgt wird F r die Detaillierung des Konzepts m ssen dann spezifische Erweiterungen vorgenommen werden Die Anforderungen aus dem Lastenheft aus AP 1 vgl Abschnitt 3 4 sollen bei der Festlegung auf das Grund konzept als Teil der Entscheidungskriterien ber cksichtigt werden Diese liegen f r die hardwaretechnische Ausgestaltung bei der Robustheit der Immersion der Mobi lit t und den Kosten des Systems Entscheidungskriterien f r die Nutzwertanalyse e Immersion Der Grad der Immersion des Nutzers wird ganz entscheidend vom realisierten Aufbau und der Displaygr e beeinflusst Je gr er die Bild schirmfl che desto besser die Immersion e Robustheit F r die industrielle Tauglichkeit des Aufbaus muss dieser m g lichst robust sein ohne schnell besch digt zu werden e Mobilit t Als wichtiger Punkt f r die Konstruktion des VR Systems gilt des sen Mobilit t Dazu z hlen ein einfaches und z giges Auf und Abbauen der Gesamtkonfiguration sowie ein geringes Gewicht und eine gute Transport m glichkeit e Kosten Die Konstruktion des VR LogPlan soll mit m glichst geringen Kosten realisiert werden k nnen um den KMU die M glichkeit zu bieten die VR Technik nutzen zu k nnen e Multiuser Eignung Wie eingangs beschrieben ist die planerische T tigkeit eine interdisziplin re Aufgabe Dies bedingt dass mehrere Personen an der Planung beteiligt sind Daher ist es erf
211. stellungsm g gr e lichkeiten des Nutzers 1 1 2 Projektion farbig Farben sind ein wichtiges Gestaltungsmerkmal z B rot f r wichtige Elemente 1 1 3 Bildwieder mind 60 Die Bildwiederholfrequenz ist wichtig wie angenehm der holfrequenz Hz Mensch das Bild findet Bei zu niedriger Frequenz ruckelt das Bild und dies ist auf Dauer st rend 1 1 4 Kontrast hoch Die Umweltbedingungen k nnen im industriellen Umfang schwanken deshalb soll der Kontrast der Projektion m g lichst hoch sein 1 1 5 Helligkeit hoch Da die Einsatzbereiche sehr unterschiedlich sind muss die Projektion ber ausreichend Helligkeit verf gen damit st rendes Umgebungslicht keinen Einfluss hat 1 1 6 Robustheit hoch F r den industriellen Einsatz muss das System m glichst robust gebaut sein 1 1 7 Kosten niedrig Um einen Einsatz und Nutzungsm glichkeit in KMUs zu gew hrleisten sollen die Kosten so niedrig wie m glich sein 1 2 Modularit t und Erweiterbarkeit 1 2 1 Rechnertyp Standard Es soll kein spezieller Rechner f r den Aufbau des Systems n tig sein 1 2 2 Schnittstel Standard Das System soll ber die g ngigen Schnittstellen verf gen len WLAN USB Bluetooth etc 1 2 3 Module Plug and Die verschiedenen Module Tracking Interaktionsger te etc Play sollen anschlie bar sein wenn ben tigt Das System soll aber auch ohne einzelne Komponenten verwendbar sein 1 2 4 Erweiterbar gew hrleis Das System soll beliebig erweiterbar se
212. t Der wissenschaftlich technische Nutzen liegt in der erstmaligen systematischen Un tersuchung der Einsatzm glichkeiten der VR Technologie sowohl f r die Logistik systemplanung und die Auslegung von Kommissioniersystemen als auch f r die Schulung von Mitarbeitern im logistischen Umfeld Es erfolgte eine Betrachtung der m glichen Einsatzszenarien von mobilen VR Systemen Auch die systematische Nutzung der innovativen Technik im Planungsprozess einer Logistikanlage ist unter sucht worden M glichkeiten und Restriktionen dieser Technik wurden aufgezeigt VR LogPlan l sst sich vielf ltig f r die Planungsunterst tzung einsetzen Sei es bei der Erstellung und Betrachtung von Lagerlayouts durch virtuelle Rundfl ge oder die interaktive Bewegung durch Kommissioniersysteme und das Testen von Prozessen Auch die Schulung von Mitarbeitern in logistischen Abl ufen erlaubt das System Neben den Einsatzbereichen wurden Untersuchungen zu technischen Fragestellun gen wie der Realisierung von mobilen VR Anlagen oder der Auswahl an geeigneten Interaktionsger ten und des Interaktionskonzepts durchgef hrt Hardwaretechni sche Grenzen spielen bei dem Aufbau derartige Systeme keine Rolle mehr da die qualitativen Anforderungen bez glich der Logistikplanung erf llt werden Sehr gute und handliche Interaktionsger te sind auf dem Markt vorhanden Der Einsatz von Interaktionsger ten der Nintendo Wii Konsole bewies sich als sinnvoll Die durchge f hrten Versu
213. t 036 05 asi 5 3 6 Ergebnisse Die Ergebnisse der Nutzwertanalyse spiegeln den Einsatz von Trackingsystemen im industriellen Bereich und auch von hnlichen VR Systemen wider Viele Trackingver fahren funktionieren in der Laborumgebung sind aber f r einen problemlosen Ein satz im industriellen Bereich ungeeignet Als sehr st ranf llig gegen ber Umweltbe dingungen wie z B L rm und Schallreflektionen erweist sich das akustische Tra ckingverfahren Daher ist es f r einen Einsatz z B in einer Montage oder Lagerhalle ebenso ungeeignet wie das elektromagnetische Tracking das eine aufw ndige Ver kabelung des Nutzers erfordert 62 5 Recherche geeigneter Hard und Software Das inertiale Trackingverfahren kommt selten als alleiniges Trackingsystem zum Ein satz Die n tige Initialisierung der Sensoren erfordert meist ein weiteres System f r das Zur cksetzen der Sensoren Ein gutes Ergebnis liefert auch das mechanische Tracking Es ist zwar sehr robust zuverl ssig und genau aber f r eine Anwendung bei VR LogPlan ungeeignet da die Ger te bei einem St ckpreis von 50 000 Euro aufw rts liegen Funkbasierte Technologien eignen sich nur zur Erfassung der Position eines Nutzers bzw dessen Aufenthaltsorts Sie k nnen maximal zwei DoF abbilden und scheiden somit f r die Nutzung im Forschungsprojekt g nzlich aus Die Verwendung eines optischen IR Systems verspricht das gr te Potenzial f r das geplante mobile VR
214. t dem 3D Planungstool nachdem sie sich mit einer bungsaufgabe zu dem Planungstool ver traut gemacht hatten W hrend beider Planungsverfahren wurde die Zeit zur Fertig stellung des Layouts gemessen um die Planungsgeschwindigkeit der beiden Ver fahren bestimmen zu k nnen An dem aufgebauten Funktionsmuster erfolgte im An schluss die Testreihe f r die drei unterschiedlichen Interaktionsger te Nach Ab 109 7 Evaluierung des Systems ohne Tracking schluss der Tests wurde das Funktionsmuster wieder in den urspr nglichen trans portf higen Zustand zerlegt Es erfolgte wiederum eine Zeitnahme die mit dem Ab bau der ersten Komponente begann und mit dem Ablegen der letzten Komponente endete Nach erfolgreichem Abschluss der Versuchsreihe f llten die Probanden den Fragebogen aus W hrend des gesamten Durchlaufs wurden Fehler beim System oder sonstige Vorkommnisse in einem Versuchsprotokoll festgehalten 7 3 Ergebnisse des Labortests In diesem Abschnitt erfolgt die Auswertung der Versuchsreihe Dazu werden die er mittelten Zeiten gegen bergestellt und die Antworten aus den Frageb gen ausge wertet Bei der Versuchsreihe nahmen 18 Probanden teil so dass es insgesamt neun Versuchsgruppen gab die erste aussagekr ftige Ergebnisse und eine Beurtei lung des Systems und seines Aufbaus zulassen Bei den Probanden handelt es sich fast ausschlie lich um Hochschulangeh rige sowie Mitarbeiter des Lehrstuhls fml so dass ein Durchschnittsal
215. t f r jeden Bildpunkt ent weder zur Leinwand gelenkt oder das Licht wird komplett im Projektor absorbiert Das Ein Ausschalten der Lichtpunkte wird mit einer f r das menschliche Auge nicht wahrnehmbaren Frequenz gesteuert 86 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking Vorteile der DLP Technologie e Geringe Pixelstruktur und somit sehr gute Videoqualit t e Sehr weiche Rasterung e Hohe Lichtausbeute bei hoher Aufl sung e Keine Konvergenzprobleme e Besserer Kontrast und dadurch eine bessere Bildsch rfe F r die Aufstellung und Ausrichtung der Beamer wurde eine Projektorenhalterung entworfen Diese besteht aus einem handlichen Gestell das die beiden Projektoren f r die dreidimensionale Stereoerzeugung und Visualisierung aufnimmt Dabei wer den die Beamer m glichst nah bereinander angeordnet Der untere Projektor ist mit dem Gestell fest verschraubt und kann nicht verschoben werden Der obere Projek tor ist auf einen gekennzeichneten Umriss zu stellen um eine Grobpositionierung zu erhalten Wie bereits im vorhergehenden Kapitel beschrieben ist f r die korrekte Positionierung der Projektorenhalterung hinter der Leinwand eine Distanzschiene angebracht Diese gibt die genaue Entfernung und Position der Projektorenhalterung zur Projektionsleinwand vor Das Gestell wird in die Halterung der Distanzschiene geschoben bis es einrastet und die korrekte Position erreicht ist Die Distanzschiene dient zugleich zur Aufnahme der einzelnen Polf
216. t m glichst geringem Fehler unerl sslich Mit Hilfe der Trackingsoftware l sst sich der Kalibrierungsprozess Schritt f r Schritt vollzie hen und die Berechnung durchf hren F r die Kalibrierung wird nach deren Start ein fest definiertes Kalibrierungstarget innerhalb des gesamten Trackingvolumens be wegt Da der Software das Target mit seinen Abma en der Trackingkugeln bekannt ist l sst sich daraus die korrekte Kalibrierung errechnen Dieser Prozess ist inner halb weniger Minuten vollzogen und ist bei dem Aufbau des VR Systems nicht wei ter st rend Wenn die Regeln zur Konstruktion von selbsterstellten Targets befolgt werden so k nnen diese von der Trackingsoftware einwandfrei identifiziert und verfolgt werden Bei den erstellten Targets ist es erforderlich der Software die Targets anzulernen bzw welche Marker Kombinationen und welche Anzahl an Kugeln ein Target dar stellen Nachdem der Software nach wenigen Mausklicks ein Target angelernt wur de ist es m glich weitere Targets mit aufzunehmen Die Kameras sind in der Lage mehrere Objekte im Raum gleichzeitig zu verfolgen Werden in einem Setup bei spielsweise drei verschiedene Targets verwendet so l sst sich diese Konfiguration abspeichern F r die weitere Nutzung des VR Systems ist somit kein wiederkehren 137 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking des Anlernen erforderlich sondern das festgelegte Setup kann geladen werden Sind die Trackingergebnisse zu schlecht oder ko
217. target der Benutzerbrille und des Wii Controllers 136 Abbildung 8 12 Trackd als Middleware f r die Trackingdaten 138 Abbildung 8 13 Erweitertes RTT Plug in f r Wii Interaktionsger te 140 Abbildung 9 1 Mobiles VR System mit Nutzer 142 Abbildung 9 2 Fachbodenregallager f r die Kommissionierung mit Vorzone 143 Abbildung 9 3 Kommissionierauftrag beim Labortest 144 Abbildung 9 4 Versuchsablauf Funktionsmuster 2 145 Abbildung 9 5 Teilergebnisse zur Schulung mit der Virtual Reality 147 Abbildung 9 6 Bewertungen zur Visualisierung 149 Abbildung 9 7 Bewertungen Bewegungsmethapern im Vergleich 150 Abbildung 9 8 Aussagen zum Potenzial der VR Schulung 151 169 Tabellenverzeichnis Tabelle 3 1 Zielerf llungsgrad der Bewertungskriterien Einsatzszenario Tabelle 3 2 Nutzwerte der Einsatzszenarien Tabelle 3 3 Legende zur Unterst tzungsf higkeit von VR Tabelle 3 4 Unterst tzungseignung von VR LogPlan im Planungsprozess Tabelle 5 1 Vergleich der Interaktionsger te Tabelle 5 2 Zuordnung Prozessschritte zu Interaktionsger ten Tabelle 5 3 Vor und Nachteile von akustischem Tracking Tabelle 5 4 Vor und Nachteile von elektromagnetischem Tracking Tabelle 5 5 Vor und Nachteile von WLAN Tracking Tabelle 5 6 Vor und Nachteile von RFID Tracking Tabelle 5 7 Vor und Nachteile von inertialem Tracking Tabelle 5 8 Vor und Nachteile von mechanischem Tracking Tabelle 5 9 Vor und Nachteile von optischem Tracking Tabelle 5 10 Gewich
218. tell Projektoren und Projektorenhalterung Workstation Systemaufbau VR Projektion Interaktionsger te Softwareumsetzung 6 3 1 6 3 2 6 3 3 Planungstool f r die dreidimensionale Logistikplanung Konvertierung der 3D Daten Integration der Interaktionsger te 6 4 Gesamtkosten des Funktionsmusters 1 7 Evaluierung des Systems ohne Tracking 7 1 Aufbau des Labortests 7 2 Durchf hrung des Labortests 7 3 Ergebnisse des Labortests 50 50 51 52 59 60 62 65 65 65 69 71 73 78 80 83 84 86 88 89 91 92 92 100 102 105 106 106 108 110 Inhaltsverzeichnis 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking 119 8 1 Konzeption und Design des erweiterten Funktionsmusters 119 8 1 1 Umsetzungsm glichkeiten des optischen Infrarottrackings 119 8 1 2 Verbesserungen am Funktionsmuster 123 8 1 3 Interaktionskonzept f r die Kommissionierung 124 8 1 4 Schulungskonzepte 126 8 2 Hardwareumsetzung 128 8 2 1 Projektorenwagen 128 8 2 2 Distanzschienen und Strahlengangverdunkelung 130 8 2 3 Trackingeinheit 132 8 2 4 Erstellung von Trackingobjekten 134 8 3 Softwareumsetzung 136 8 3 1 Trackingsoftware 137 8 3 2 Trackingeinbindung 138 8 3 3 Interaktionsger te 139 8 4 Gesamtkosten des Funktionsmusters 2 141 9 Evaluierung des Systems mit Tracking 142 9 1 Aufbau des Labortests 142 9 2 Durchf hrung des Labortests 145 9 3 Ergebnisse des Labortests 146 10 Zusammenfassung und Fazit 152 Ver ffentlichungen 155 Literatu
219. ter von 26 7 Jahren erreicht wurde Tabelle 7 1 zeigt die Verteilung der Probandenstruktur sowie weitere Eigenschaften Tabelle 7 1 Probandenstruktur im Labortest Funktionsmuster 1 Probandenstruktur 18 Testpersonen Alter Durchschnitt Max Alter Min Alter 26 7 Jahre 32 Jahre 22 Jahre Geschlecht Weiblich M nnlich 4 14 Ausbildung Akademiker Student 11 7 Sehhilfe Brille Kontaktlinsen Keine 6 1 11 Erfahrung Viel Etwas Keine Logistikplanung 11 1 50 38 9 3D CAD 0 72 2 27 8 3D Kino 17 50 33 Virtual Reality 11 1 44 4 44 5 F r die Darstellung der Ergebnisse werden die Antworten der Probanden in einen Prozentwert umgerechnet um eine einheitliche und vergleichbare Darstellung zu bekommen Um dies zu erreichen werden den Antwortm glichkeiten der Likert 110 7 Evaluierung des Systems ohne Tracking Skala unterschiedliche Punktwerte zugewiesen Die positivste Antwort stimmt ge nau erh lt f nf Punkte die weniger positive Antwort stimmt weitgehend erh lt vier Punkte usw Die negativste Antwort stimmt berhaupt nicht wird mit null Punkten bewertet Durch Multiplikation der Punkte je Frage mit den dazu gegebenen Ant worth ufigkeiten erlauben den Prozentsatz zu errechnen Je h her der Prozentsatz desto besser ist das Ergebnis bzw die Zustimmung zur gestellten Frage Zustimmung x100 nx5 Die zu einer Frage sechs verschiedenen Antwort
220. terien und Anwendung auf die Einsatzszenarien werden die in Tabelle 3 1 dargestellten Zielerf llungsgrade in Absprache mit dem Projekt begleitenden Ausschuss herangezogen Tabelle 3 1 Zielerf llungsgrad der Bewertungskriterien Einsatzszenario Zielerf llungsgrad Punkte 0 2 3 5 6 8 schlecht mittel gut Entscheidungskriterien 1 Aufgabenumfang Umfang zu gro ae co sinnvoller Umfang 2 Komplexit t zu hoch ausreichend sinnvoll 3 Betrachtungsgegenstand nicht geeignet geeignet sehr gut geeignet 4 Interdisziplinarit t nicht n tig im geringen Umfang erforderlich 5 Menschintegration nicht n tig im geringen Umfang erforderlich Nachdem alle Kriterien und auch die Bewertung der Einsatzszenarien festgelegt wurden sollen diese angewendet werden Die folgenden Szenarien mit den am meisten erfolgsversprechenden Einsatzgebieten wurden in Zusammenarbeit mit den Industriepartnern bestimmt Szenario A Durch die visuelle und realit tsgetreue Darstellungsm glichkeit kann auf das VR System zum Zwecke der Schulung zur ckgegriffen werden Das Training des Ar beitspersonals kann dabei von Arbeitsprozessen bis hin zu Laufwegen und Sicher heitsaspekten reichen Scu 09a Szenario B Durch die M glichkeit Gegenst nde dreidimensional darstellen zu k nnen kann sich eine VR Anlage auf Messen leicht zum Publikumsmagneten entwickeln Sach verhalte k nnen den Messestandbesuchern auf eindru
221. tische inside out Methode ist f r einen Einsatz bei VR LogPlan nicht geeignet weil dabei die Targets an der Projektionsfl che angebracht werden und der Nutzer eine kleine Videokamera tragen m sste Mit diesem Verfahren ist es zudem nicht m glich eine Interaktion mit der VR Welt abzubilden weshalb es kei ner weiteren Betrachtung unterzogen wird Die bereits erw hnten Referenzgeometrien oder auch Targets k nnen in passiv und aktiv unterteilt werden siehe Abbildung 5 14 Passive Targets werden dabei an hand ihres Musters oder ihrer festen Geometrie von den Kameras erkannt Aktive Targets senden selbst Signale aus Dabei k nnen beispielsweise Infrarot LEDs f r Infrarot Trackingkameras IR zum Einsatz kommen 56 5 Recherche geeigneter Hard und Software Abbildung 5 14 Passives Target f r Infrarotsysteme links und Videosysteme Mitte oder akti ves Target mit LED rechts Wie bereits erl utert k nnen die optischen Trackingsysteme mit zwei unterschiedli chen Aufnahnmemethoden realisiert werden Zum einen ber IR Kameras zum ande ren mit Hilfe von Videokameras Die Infrarotkameras arbeiten mit einem st ndig blitzenden IR Licht das sie selbst aussenden und vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen wird Dieses Licht wird von den Targets wiederrum reflektiert bzw von aktiven Targets selbst ausgestrahlt und von den Kameras aufgenommen Aus dieser Aufnahme werden die Ausrichtung und die Lage des Objektes im Raum er
222. tum Unterschrift Abbildung 9 3 Kommissionierauftrag beim Labortest Die einzelnen Daten einer Auftragszeile Lagerplatz Artikel und Entnahmemenge sind klar voneinander getrennt Am Ende der Zeile befindet sich ein K stchen f r die Quittierung Nach Abschluss des Auftrages best tigt der Kommissionierer die Abar beitung mit dem Datum und seiner Unterschrift und legt die Liste in den Beh lter Das Teilespektrum der Auftr ge reicht dabei von Medikamenten und Schrauben schachteln bis zu Prospekten und Stiften Die Probanden arbeiten bei jeder Ver suchsreihe die Auftr ge sequentiell ab In einem Grundfragebogen werden die pers nlichen Daten der Probanden Alter Geschlecht Kommissioniererfahrung etc und in einem abschlie enden Fragebogen die Eindr cke zur Versuchsreihe erfasst Die meisten Fragen sind positiv formuliert einige negativ Die Probanden haben auch die M glichkeit eigene Anmerkungen zu machen Der Fragebogen umfasst die folgenden Punkte e Schulung mit der Virtual Reality e Kognitive Belastung e Beurteilung der Visualisierung e Navigation und Interaktion e Potenzial der VR Technologie in der Schulung 144 9 Evaluierung des Systems mit Tracking 9 2 Durchf hrung des Labortests F r den Labortest am Funktionsmuster 2 wurde eine Versuchsdauer von eineinhalb Stunden pro Proband angesetzt Insgesamt f hrten sieben Probanden jeweils ein zeln den Test durch Abbildung 9 4 zeigt das Schema f r die Durchf hrung der
223. tung der Entscheidungskriterien Trackingtechnologien Tabelle 5 11 Auspr gungen der Entscheidungskriterien Trackingtechnologien Tabelle 5 12 Nutzwertanalyse zur Bewertung der Trackingtechnologien Tabelle 6 1 Gewichtung der Entscheidungskriterien VR System Tabelle 6 2 Auspr gungen der Entscheidungskriterien VR System Tabelle 6 3 Nutzwertanalyse zur Bewertung von VR Systemen Tabelle 6 4 Vor und Nachteile des aktiven Stereoverfahrens Tabelle 6 5 Vor und Nachteile des passiven Stereoverfahrens Tabelle 6 6 Vor und Nachteile Infitec Tabelle 6 7 Vergleich der Stereoverfahren Tabelle 6 8 Parametrisierungsm glichkeiten von Objekten im 3D Planungstool Tabelle 6 9 bersicht statische Objekte im 3D Planungstool Tabelle 6 10 Kostenzusammensetzung Funktionsmuster ohne Tracking Tabelle 7 1 Probandenstruktur im Labortest Funktionsmuster 1 Tabelle 8 1 Kostenzusammensetzung Funktionsmuster 2 mit Tracking 15 17 21 22 48 49 52 53 54 54 55 56 58 60 61 62 70 70 71 75 77 78 78 95 96 105 110 141 170 Tabellenverzeichnis Tabelle 9 1 Probandenstruktur im Labortest Funktionsmuster 2 146 Tabelle 10 1 Gegen berstellung der Ergebnisse mit den Zielsetzungen des Forschungsantrags 152 171 Anhang A Lastenheft 1 Hardware 1 1 Visualisierungsmedium 1 1 1 Projektions gro F r eine gute Immersion und verbesserte Vor
224. u sein dass der Planer gut mit dem System interagieren kann und seine Planungsaufgaben wahrnehmen kann Ebenso soll das Tracking f r die Schu lung ausreichend pr zise sein 1 5 2 Robustheit st rungsfrei Es soll robust sein gegen ber allen Umwelteinfl ssen im Industriebetrieb sein z B Lichtverh ltnisse Verschmut zung 1 5 3 Geschwin in Echtzeit Es sollen z B schnelle Kopfbewegungen des Menschen digkeit abgefangen werden k nnen 1 5 4 Weitr umig nein Eine Weitr umigkeit des Trackings ist nicht erforderlich da keit der Nutzer sich nur vor dem Bildschirm bewegt 1 5 5 Kosten niedrig Um einen Einsatz und Nutzungsm glichkeit in KMUs zu gew hrleisten sollen die Kosten so niedrig wie m glich sein 2 Software 2 1 Visualisierung 2 1 1 graphische angepasst Die Darstellung und Visualisierung der Objekte und der Darstellung r umlichen Begebenheiten sollen den Realit tsgrad aufwei sen der eine sinnvolle und bersichtliche Planung und Schulung erlaubt 2 1 2 r umliche m glich Eine r umliche Planung soll vollziehbar sein und eine kor Einteilung rekte Platzierung der Objekte erlauben 2 1 3 Informati angepasst Es sollen nicht zu viele aber auch nicht zu wenige Informa onsdichte tionen angezeigt werden um den Planungsgegenstand nicht vollst ndig durch Men einheiten zu berdecken 2 2 Interaktion 2 2 1 Integration verschie Es sollen verschiedene Interaktionsger te f r die Planung Interaktions
225. uchshalle mit einem Fachbodenregallager f r die Kommissionierung Die Probanden sollen die in der VR Welt gelernten Prozesse und Abl ufe an dem realen Lager testen um die Schu lungseignung besser beurteilen zu k nnen Abbildung 9 2 Fachbodenregallager f r die Kommissionierung mit Vorzone Zu dem Versuchsaufbau geh ren somit das mobile VR System mit Tracking die Lagerumgebung und die Kommissionierauftr ge F r die reale Kommissionierung wird als Basis ein Tisch verwendet der ca drei Me ter vom Fachbodenregallager entfernt aufgestellt ist An dieser Stelle holen sich die Probanden die leeren Sammelbeh lter und geben die Vollen dort wieder ab F r die Kommissionierung selbst nutzen die Kandidaten einen Kommissionierwagen auf dem der Sammelbeh lter abgelegt wird F r den gesamten Kommissionierprozess wird der Wagen in den Gassen mitgef hrt Die einzelnen Kommissionierauftr ge sind auf Papier gedruckt und werden dem Probanden an der Basis bereitgestellt Deren Aufbau ist beispielhaft in Abbildung 9 3 dargestellt 143 9 Evaluierung des Systems mit Tracking Kommissionierauftrag Kommissionierauftag 16846543 Beh lter KLT 40 Kundennummer K54358 Bestelldatum 22 11 2010 Liefertermin 06 12 2010 Lagerplatz Artikelnr Bezeichnung Menge Quittierung 2 D 01 358050000D Ambroxol 30 2 C 01 495510300F Doneurin 25 2 A 08 570810100D Sulprin Hexal 3 A 02 435104 Edding Kommissioniert am Da
226. uellen Welt unter suchen Dadurch k nnen aus Sicht der Planung Probleme fr hzeitig erfasst Abl ufe optimiert Planungszeiten verk rzt und Fehler bei der Realisierung vermieden wer den Des Weiteren kann die VR Technologie als Schulungsmedium einen Beitrag leisten indem Prozesse und m glicherweise eintretende Fehlerszenarien vorab trai niert werden Spa 07 Bei der technischen Realisierung werden VR Systeme derzeit station r aufgebaut und wurden erst in den wenigsten F llen auf mobile L sungen hin untersucht Has 03 Die Konzeption und der Aufbau sowie ein geeignetes Interaktionskonzept stel len nach wie vor kein Plug and Play Prinzip dar Vielmehr ist eine sorgf ltige Kon zeption und Implementierung der erforderlichen Funktionen notwendig 1 2 Forschungzsziel Ziel des Forschungsvorhabens war die Erarbeitung und Umsetzung eines praxis tauglichen Konzeptes zur Effizienzsteigerung in der Planung von Logistiksystemen sowie zur Schulung von Mitarbeitern im logistischen Umfeld durch ein anwendungs flexibles sowie mobiles und VR gest tztes Werkzeug Aus diesem Ziel resultieren die folgenden Anforderungen an das auf der VR Technologie basierende System e Einen durchg ngigen mobilen Einsatz in der Planung und Schulung erlauben e Zeit und Kostenersparnisse sowie eine erh hte Qualit t bei Planungs und Schulungst tigkeiten erm glichen e Einerealit tsnahe Analyse und Optimierung logistischer Anlagen zulassen e Eine optima
227. ufbau des Funktionsmusters 2 mit Strahlengangverdunkelung Neben dem Strahlengang m ssen auch die Projektoren selbst vor Umgebungslicht gesch tzt werden Deshalb wurde eine Art Wartungs Haube entworfen die ber den Projektorenwagen gest lpt und mit zwei Fl gelschreiben befestigt wird Die Haube ist als ein Bauteil konstruiert so dass Sie als Ganzes mit Hilfe von zwei Tra gegriffen abgenommen werden kann Neben der Verdunkelung f r die Projektoren 131 8 Entwicklung eines Systems mit Tracking dient sie zugleich als Schutz f r die innenliegende Technik Da die Wartungshaube schnell abgenommen werden kann ist bei Problemf llen ein schneller Zugriff auf die Ger te m glich In ihr sind zudem K hlbleche eingelassen die f r eine optimale Frischluftzufuhr bei der Hitzeentwicklung der Hardware sorgen Die Wartungshaube bedeckt den oberen sowie den seitlichen Bereich des Wagens Die Frontseite bleibt f r den Zugang zum Einschalten der Beamer des Rechners und f r den Licht und Hei luftaustritt der Projektoren unbedechkt 8 2 3 Trackingeinheit Im Forschungsprojekt werden zwei verschiedene optische Trackingsysteme getes tet Zum einen das sehr pr zise und teure System TrackPack der Firma A R T sowie das wesentlich g nstigere System OptiTrack der Firma Naturalpoint Dies liegt zum einen daran dass A R T als ein Projektpartner des Forschungsvorhabens die Kame ras als Leihgabe zur Verf gung stellt und zum anderen soll die
228. umsetzung n her detailliert und ausgearbeitet werden Die vorhandene Montage und Aufbauanleitung des Systems wurde an die neuen Ge gebenheiten angepasst Aufgrund der sich ergebenen nderungen konnte sie we sentlich verbessert und verk rzt werden Insgesamt erm glicht das Funktionsmuster 2 den Anwendern einen schnelleren und einfacheren Aufbau als dies bereits vorher der Fall war 8 1 3 Interaktionskonzept f r die Kommissionierung F r das erweiterte Funktionsmuster f r die Schulung von Mitarbeitern in der Logistik muss f r den Nutzer ein geeignetes Interaktionskonzept entwickelt werden Damit soll er bef higt werden sich so in der virtuellen Welt bewegen zu k nnen wie er es in der Realit t gewohnt ist Er muss in der VR gehen seinen Kopf drehen bzw Blick richtung ndern sowie nach Objekte greifen k nnen F r die Metapher des Gehens wird das in Kapitel 5 2 2 vorgestellte Wii Balance Board eingesetzt Durch eine geh hnliche Bewegung bzw Steppen des Anwenders auf der Fl che des Boards wird die Gehbewegung ausgef hrt In das Balance Board integrierte Gewichtssensoren erfassen dabei die Krafteinwirkungen auf das Board und bertragen es ber Bluetooth an den Rechner Durch die auftretenden Kr fte l sst sich bestimmen ob der Anwender gerade das linke bzw das rechte Bein hebt und somit den Bewegungsvorgang ausl st Die Bewegung auf dem Balance Board wird von der VR Basissoftware interpretiert und in eine Translation der Kame
229. usgew hlt Ausschlaggebend ist die kosteng ns tige Realisierungsm glichkeit des Verfahrens Das beinhaltet ebenfalls die erforderli chen Brillen die bereits ab drei Euro pro St ck erh ltlich sind Weiterhin ist die Ste reobetrachtung f r viele Personen gleichzeitig nutzbar und die Gefahr der Augener m dung ist relativ gering im Vergleich zur aktiven Projektionstechnik 6 1 5 Interaktionskonzept F r das Arbeiten mit dem geplanten Funktionsmuster muss f r den Nutzer ein ge eignetes Interaktionskonzept entwickelt werden Dabei gilt es die Frage zu kl ren welche Untersuchungs und Betrachtungsm glichkeiten von Logistiksystemen be n tigt werden und wie die Navigation erfolgen soll Abbildung 6 12 zeigt das Interak tionskonzept als Unified Modeling Language 2 Notation 78 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking lt lt DVI gt gt lt lt device gt gt Projektor 1 lt lt device gt gt Projektor 2 lt lt device gt gt Workstation lt lt device gt gt Interaktions ger t J lt lt Interaktion gt gt Abbildung 6 12 Interaktionskonzept in UML2 Notation Der Anwender kann ber eines der in Abschnitt 5 2 4 ausgew hlten Interaktionsge r te 3D Maus Spielcontroller oder Wii Controller in der virtuellen Welt navigieren und erh lt ber die Projektionsleinwand die Visualisierung angezeigt
230. uss die durch den Nutzer mit Hilfe der Eingabeger te einge gebenen Informationen verarbeiten k nnen Die Ausgabe und R ckmeldung an den Menschen erfolgt wieder ber die Ausgabeger te Der Mensch wird in die Lage ver setzt auf den neuen Systemzustand zu reagieren und regelnd einzugreifen Es ent steht dadurch ein Regelkreis der den Menschen als aktiven Regler beinhaltet Daf r ist es erforderlich dass sich der Mensch in der virtuellen Welt so verhalten und be wegen kann wie er es in der realen Welt gewohnt ist Um dies zu erf llen muss eine Echtzeitf higkeit der Software und des ganzen Systems gew hrleistet sein Die freie 31 5 Recherche geeigneter Hard und Software Bewegung in der k nstlichen Welt erfordert ein Erkennen der ausgef hrten Bewe gungen und Interaktionen des Anwenders z B Kopfdrehung Bewegung der Hand die es sofort zu verarbeiten gilt Gau 00 Sensory Receptors Muscles Tracking Sensors Interaction Device Simulation Loop Computer Human Loop Sensoric Motoric Actuator System Abbildung 5 1 VR System nach dem Interaktionsmodell Roo 10 Die beschriebene Anforderung stellt allerdings einen Idealfall dar und ist mit heutiger Technik noch nicht hinreichend genau umsetzbar Deshalb ist eine Beschr nkung auf das technisch M gliche erforderlich Weiterhin muss die VR Software die M glichkeit besitzen mehrere Kan le f r die graphische Ausgabe zeitgleich liefern zu k nnen Nur so w
231. wand gew hr leistet werden Der Aufbau der Anlage soll einfach und schnell durchgef hrt werden k nnen Die wichtigsten Hinweise zur Handhabung m ssen in Form eines Benutzer handbuches vorliegen 6 2 1 Projektionsgestell Der konstruktive Aufbau des portablen VR Centers soll aus wenigen Teilen beste hen Dies hat mehrere Gr nde Zum einen muss das Center z gig aufgebaut werden k nnen zum anderen bedeuten wenige Konstruktionsteile auch weniger Gewicht Dies kommt dem zu gew hrleistenden Transport entgegen Weiterhin muss das mo bile VR System f r den h ufigen Wechsel der Einsatzorte ausgelegt werden bei der st ndig neue Benutzer f r den Auf und Abbau verantwortlich sind Daher ist bei der Konzeption auf eine einfache Handhabung zu achten Die Lagerung muss platzspa rend erfolgen so dass auf sperrige Komponenten zu verzichten ist Unter den gege benen Randbedingungen ist die folgende Konstruktion entstanden Der Kern der Aufgabe bestand in der Entwicklung eines Gestells das zum einen die Projektionsleinwand aufnimmt und zum anderen eine genaue Positionierung der Leinwand zu den Projektoren vorgibt Es empfiehlt sich f r die Konstruktion Halb zeuge zu verwenden da diese relativ g nstig und standardisiert sind F r den Auf bau wurde auf das Aluminiumprofil System der Firma MayTec zur ckgegriffen May 09 Das in Abbildung 6 17 dargestellte Profil gibt es in einer Vielzahl von Abmes sungen und Variationen Es kann miteinande
232. war ebenfalls in Ordnung 93 8 und 97 5 Insgesamt erhielt die Aufbaufreundlichkeit des Systems mit 83 78 einen guten Wert In den weite ren Fragestellungen zum Funktionsmuster wurde dessen Mobilit t von 56 der Personen als gut von 33 als ausreichend und von 5 als schlecht empfunden 6 keine Aussage Die geforderte Mobilit t des Systems wurde also umgesetzt 83 der Kandidaten empfinden den ben tigten Platz der VR Projektion in Ordnung obwohl bei der Umsetzung die kosteng nstige L sung ohne Spiegelsystem zum Zuge kam Die objektiv quantitative Bewertung des Zusammenbaus ist in Abbildung 7 3 zu se hen Die durchschnittliche Aufbauzeit liegt bei den neun Gruppen bei 15 Minuten Die Inbetriebnahme und der Aufbau des mobilen VR Systems k nnen also sehr schnell erfolgen Auf Abbauzeiten Mittelwerte mit Min amp Max Aufbauzeit Abbauzeit Abbildung 7 3 Mittelwerte der Auf und Abbauzeit der VR Systems Die schnellste Gruppe schaffte es in 8 Minuten die langsamste ben tigte 20 Minu ten Zu dem Ergebnis ist zu erw hnen dass der Aufbau ohne Vorkenntnisse des Systems erfolgte Bei Wiederholungen ist sicherlich ein Lerneffekt erzielbar und der Aufbau kann noch schneller von statten gehen Geradezu z gig ist die Abbauzeit mit durchschnittlich 4 49 Minuten bei der es keine gro en Ausrei er nach oben oder unten gab Vom ergonomischen Gesichtspunkt aus bereitete 94 der Probanden der Aufbau
233. ze BE E FORSCHUNGSBERICHT Kammergruber G nthner VR LogPlan Virtual Reality Logistik Planungssystem fmi Lehrstuhl f r F rdertechnik Materialfluss Logistik Prof Dr Ing Willibald A G nthner Technische Universit t M nchen Forschungsbericht VR LogPLan Virtual Reality Logistik Planungssystem Dipl Wirtsch Ing Florian Kammergruber Univ Prof Dr Ing Dipl Wi Ing Willibald A G nthner Gef rdert durch FR Bundesministerium RE f r Wirtschaft und Technologie MIE Ideen eine Zukunft geben aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages Das AIF Forschungsvorhaben 15468 N 1 wurde im Auftrag der Bundesvereinigung Lo gistik e V BVL durchgef hrt und aus Mitteln des Bundesministeriums f r Wirtschaft und Technologie ber die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen Otto von Guericke e V AiF auf Beschluss des deutschen Bundestages gef rdert Herausgegeben von Univ Prof Dr Ing Willibald A G nthner fmi Lehrstuhl f r F rdertechnik Materialfluss Logistik Technische Universit t M nchen Dieses Werk ist urheberrechtlich gesch tzt Die dadurch begr ndeten Rechte ins besondere die der bersetzung des Nachdrucks der Entnahme von Abbildungen der Wiedergabe auf photomechanischem oder hnlichem Wege und der Speiche rung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben auch bei nur auszugsweiser Verwen dung vorbehalten Copyright fml Lehrstuhl f r F
234. zeigersinn Die zugeh rigen Brillengl ser de codieren das Licht wieder f r das entsprechende Auge Im Unterschied zur li nearen Polarisation geht die Kanaltrennung bei Neigung des Kopfes nicht ver loren Zusammenfassend ergeben sich bei dem passiven Verfahren die in Tabelle 6 5 ge zeigten Vor und Nachteile Tabelle 6 5 Vor und Nachteile des passiven Stereoverfahrens Vorteile Nachteile e einfach und preiswert e Helligkeitsverlust durch Filter e gute Kanaltrennung e nicht depolarisierende Projektionsfl che e dauerhaft keine Augenerm dung n tig e Vorteil zirkular e Nachteil linear o Kanaltrennung geht bei Kopfneigung o keine starke Kopfneigung m glich nicht verloren Infitec Stereoverfahren Infitec Interferenzfiltertechnologie ist ein eingetragenes Warenzeichen der Daimler AG und wurde dort ab 1999 entwickelt Inf 09 Bei diesem Verfahren erfolgt die Ste reoprojektion mittels Interferenzfiltern Der technische Aufbau ist dem des passiven Verfahrens hnlich und unterscheidet sich darin dass anstelle der Polfilter optische Interferenzfilter verwendet werden Dabei wird das Bild mit Hilfe der optischen Filter mit Grundfarben unterschiedlicher Wellenl nge projiziert sog Wellenl ngen Multiplexing Linkes Auge Rot 629 nm Gr n 532 nm Blau 446 nm jeweils Wellenl nge Rechtes Auge Rot 615 nm Gr n 518 nm Blau 432 nm jeweils Wellenl nge Das Licht rot gr n blau auf dem Farbfrequenzspektrum wir
235. zu Koo perationszwecken gew hrleistet Die in der Umsetzung des Funktionsmusters ge sammelten Erfahrungen k nnen als vorwettbewerbliche Grundlage f r die Entwick lung neuer Produkte sowie Soft und Hardware dienen 1 2 3 L sungsweg zur Erreichung des Forschungsziels Die in den vorangegangenen Punkten erl uterten Forschungsziele wurden in Form von neun aufeinander abgestimmten Arbeitspaketen AP erarbeitet AP 1 Einsatzszenarien und Anforderungsanalyse 2MM Ergebnis Einsatzszenarien f r die VR gest tzte Logistikplanung und das Lastenheft mit allen wichtigen Anforderungen AP 2 Festlegung des VR unterst tzten Referenzprozesses 2MM Ergebnis Ein auf VR gest tzter optimaler Logistikplanungsprozess AP 3 Recherche geeigneter Hard und Software 2MM Ergebnis Auswahl der Hard und Softwarekomponenten f r das mobile VR System AP 4 Konzeption und Design 3MM Ergebnis Hard und Softwarekonzept zur Erstellung des Funktionsmusters AP 5 Umsetzung des ersten Funktionsmusters Stufe 1 5MM Ergebnis Funktionsmuster zur Logistiksystemplanung im VR AP 6 Evaluierung in Labortests 2MM Ergebnis Auswertung von Versuchsreihen mit dem Funktionsmuster hinsichtlich der Funktionalit t in einem Probandenprogramm AP 7 Entwicklung eines zweiten Funktionsmusters mit Fokus auf die Kommis sioniersystemplanung Stufe 2 5MM Ergebnis Vollst ndiges Funktionsmuster zur VR Planung und Schulung vor allem im Bereich d
236. zu bewerkstelligen ist Der Mensch der sp ter an dem Logistikarbeitsplatz arbeitet ist in dieser Planung mit seinem Indivi dualverhalten nur schwer abzubilden Die Folge davon k nnen falsche oder unzurei chende Planungsergebnisse sein Unterst tzung kann hierbei zur Informationsverar beitung und Entscheidungsfindung der Einsatz von VR als Planungswerkzeug bie ten 2 Stand der Forschung 2 3 VR Einsatz in der Schulung F r die Unternehmen gilt dass die Weiterbildung der Belegschaft zunehmend in den Mittelpunkt r cken muss Denn mit der Einf hrung neuer Arbeitssysteme oder nde rung von Arbeitspl tzen steigt zugleich auch der Qualifizierungsbedarf der Mitarbei ter Nur so k nnen diese mit der Flexibilit t dem Informationsgewinn sowie dem Optimierungspotential das diese Systeme anbieten mithalten Es gilt dabei die Qualifizierung in geeigneter Weise derart zu organisieren dass tats chliche Wettbe werbsvorteile generiert werden Her 08 In zunehmendem Ma e wird f r die ange sprochene Qualifizierung die VR als Schulungsmedium eingesetzt da diese Techno logie es erm glicht die Realit t nachzubilden Die Gr nde daf r sind vielf ltig meist sind jedoch die Sicherheit und die Kosten Hauptkriterien f r einen Einsatz Ein kurzer berblick ber derzeitige Einsatzbereiche der VR Technik f r die Schulung soll das weite Anwendungsspektrum veranschaulichen Im Bereich des Milit rs wird f r die Schulung von Fallschirmspringer
237. zw welches verdeckt werden muss Abbildung 6 8 Shutterbrille f r aktive Stereoprojektion Um den Tiefeneffekt zu erzeugen generiert der Computer dabei f r jedes Auge eine leicht unterschiedliche Perspektive Ein spezieller aktiver Projektor der den Shutter Effekt erzeugen kann stellt dann die beiden Bilder abwechselnd dar Die hohe Fre quenz des Bildwechsels empfinden einige Menschen als unangenehm und erhalten davon Kopfschmerzen vgl Jan 10 Auch f r Menschen die an Epilepsie erkrankt sind ist diese Technik nicht empfehlenswert Die Tabelle 6 4 stellt die Vor und Nachteile des aktiven Verfahrens zusammen 74 6 Entwicklung eines Systems ohne Tracking Tabelle 6 4 Vor und Nachteile des aktiven Stereoverfahrens Vorteile Nachteile e nur ein Projektor notwendig e auf Dauer anstrengend f r Augen e keine Helligkeitsverlust durch e h here Kosten f r Projektor und v a Brillen Polarisationsfilter e f r Menschen mit Epilepsie ungeeignet e unabh ngig von Kopfneigung e Projektion auf wei e Fl chen m glich Passives Stereoverfahren Bei dem passiven Stereoverfahren werden einfache Lichtfilter verwendet Dabei kommen zwei Standard Projektoren zum Einsatz die die Bilder f r das linke und das rechte Auge gleichzeitig auf die Leinwand projizieren Das von den Projektoren aus tretende Licht wird durch einen Filter gef hrt ein optisches Gitter der das Licht li near oder zirkular polarisiert Die Kana

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