Forschungsprojekte

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Net'O'Drom

Net'O'Drom

Diese Applikation zeigt eindrucksvoll einige Möglichkeiten der VR Technologie. Es handelt sich um eine verteilte Simulation eines fiktiven Autodromrennens. Was als Spiel erscheint, ist in Wirklichkeit eine aufwändige Demonstration verschiedenster Algorithmen und Modellierungstechniken. Die Applikation entstand als Gemeinschaftsprojekt von:

  • Institut für Graphische und Parallele Datenverarbeitung (GUP)
  • Zentralen Informatikdienst der JKU (ZID)
  • Institut für Medien, Bereich Medientechnik und Vermittlung (DMA) der Kunstuniversität Linz
  • The Visioneers

Programmierung

Um virtuelle Welten schnell darstellen zu können werden aufwändige Datenstrukturen benötigt. 3D Modelle müssen konvertiert und in Hierarchien abgelegt werden, um die virtuelle Welt effizient berechnen zu können. Die Flexibilität beim Erstellen der virtuellen Umgebung muss jedoch durch diese Strukturen gewahrt werden. Die vorhandene Anwendung basiert auf der Szenengraphenbibliothek OpenSG, die zur Strukturierung der Grafikdaten (z.B. Geometrien, Texturen) dient.

Kollision

Die Simulation von Physik besitzt viele Anwendungsgebiete. Im Falle dieser Applikation wird sie verwendet, um die realitätsnahe Steuerung des Fahrzeugs zu ermöglichen. Kollisionen mit der Strecke und anderen Vehikeln müssen berechnet, Beschleunigung und Abbremsen beim Streckenanstieg und bei Kollisionen realistisch simuliert werden. Derartige Berechnungen werden auch in anderen Gebieten, wie z.B. bei Flug- und Fahrsimulatoren angewendet.

Die Verbindung von virtuellen Welten über Netzwerke stellt eine sehr große Herausforderung dar, denn die Welten sollen von möglichst vielen Benutzern gleichzeitig betreten werden können. Viel wichtiger ist jedoch die Darstellung eines identischen Zustands dieser Welt. Dies wird jedoch durch die Verzögerung zwischen der Eingabe, dem Versand, dem Empfang und der Auswertung der Daten, sowie deren Umsetzung erschwert.

Effekte

Um die Welten realistisch wirken zu lassen, müssen Licht und Schatten berücksichtigt werden. Diese Effekte werden berechnet und anschließend in die Texturen der dargestellten Geometrien gezeichnet. Reflektionen und Schatten werden häufig in Computerspielen und virtuellen Welten eingesetzt

Partikel

Partikelsysteme simulieren unscharfe Oberflächen und wurden ursprünglich als Spezialeffekte für den Kinofilm "Star Trek II - Der Zorn des Khan" im Jahre 1983 von Reeves entwickelt und sind heute im Bereich der Filmindustrie weit verbreitet. In virtuellen Welten werden Partikelsysteme zur Darstellung von Wasser, Rauch und Explosionen eingesetzt (z.B. Sicherheitstraining, Simulationen).

Schwarmalgorithmen simulieren Vogel- oder Fischschwärme und wurden 1987 von Reynolds entwickelt. Sie spielen wie die Partikelsysteme in der Filmindustrie eine große Rolle. Schwarmalgorithmen gehen davon aus, dass jeder animierte Körper ein eigenes Verhalten aufweist. Es gibt also keine zentrale Steuereinheit in einem Schwarm. Im VR-Bereich werden derartige Algorithmen eingesetzt, um eine virtuelle Welt realistischer und lebensechter zu gestalten.

Modellierung

Konzeptzeihnung der Umgebung

Um virtuelle Welten realistisch wirken zu lassen, benötigt man nicht nur Spezialeffekte und Physik, sondern auch im starken Maße eine kreative und technisch aufwändige Modellierung dieser Welten. Avatare und Umgebungen müssen stimmig und ansprechend entwickelt werden, um einen hohen Grad an Immersion zu garantieren. Hierzu werden Modellierungswerkzeuge (z.B. 3D Studio Max, Maya), die auch im Bereich der Computerspiele- und der Filmindustrie weit verbreitet sind, eingesetzt.

Avatar

Der Begriff Avatar stammt aus der Hindumythologie und bedeutet soviel wie "Gottes Inkarnation auf Erden". Im Bereich VR ist ein Avatar die Repräsentation des Anwenders innerhalb einer virtuellen Welt. Er besitzt Geometrie, Textur und ein Skelett. Die einzelnen Knotenpunkte der Geometrie werden mit den Knochen des Skeletts verknüpft. Bewegt man nun die Knochen, wird dadurch der gesamte Avatar animiert. Dieses Verfahren wird als "Mesh-Skinning" bezeichnet und häufig in der Film- und Spieleindustrie eingesetzt.

Strecke

Zur Realisierung der Applikation wurden verschiedene Straßenabschnitte entwickelt und modelliert. Die Straßenkarten können als Kacheln in der virtuellen Welt angebracht werden und erlauben durch verschiedenste Kombinationen eine flexible Streckengestaltung.

Skybox

Um Elemente im entfernen Hintergrund der virtuellen Welt darzustellen zu können, wird die Technik der Skybox verwendet. Eine "Skybox" dient zur Erzeugung von Stimmungen - verschiedene Tag- und Nachtsituationen werden mit ihrer Hilfe dargestellt. Dabei werden von einer in der virtuellen Welt zentral gelegenen Position 6 Bilder erzeugt. Diese Bilder werden auf einen Würfel gezeichnet und bewegen sich mit dem Benutzer durch die virtuelle Welt. Damit wird der Eindruck erzeugt, dass sich der Benutzer in einer Landschaft befindet.

Personen

Projektleitung

Programmierung

  • Christoph Anthes - Konzept, Datenstrukturen
  • Helmut Bressler - Engine, Physik, Netzwerkprogrammierung, Reflexionen und Schatten
  • Helmut Garstenauer - Avatare
  • Martin Garstenauer - Avatare
  • Franz Keferböck - Schwarmalgorithmen
  • Roland Landershamer - Engine, Physik, Netzwerkprogrammierung und -konzept
  • Stephan Reiter - Partikel
  • Christian Wressnegger - Partikel
  • Johannes Zarl - Schwarmalgorithmen

Modellierung

  • Wolfgang Hauer - Umgebungen
  • Marlene Hochrieser - Avatare 3DStudio Plugin
  • Clemens Mock - Umgebungen
  • Paul Pammesberger - Umgebungen
  • Ivan Petrov - Avatare
  • Georg-Friedrich Sochurek - Avatare
  • Silke Wiesinger - Strassenabschnitte, Umgebungen
  • Alexander Wilhelm - Avatare, Strassenabschnitte, Umgebungen
  • Wolfgang Wögerer - Umgebungen

Bilder

Videos

Presse

Publikationen

Helmut Bressler, Roland Landertshamer, Christoph Anthes, Jens Volkert
An efficient Physics Engine for Virtual Worlds
In Proc. of medi@terra, pages 152-158, Athens, Greece, October 2006

Christoph Anthes, Alexander Wilhelm, Roland Landertshamer, Helmut Bressler, Jens Volkert
Net'O'Drom - An Example for the Development of Networked Immersive VR Applications
In Proc. of International Conference on Computational Science (ICCS), pages 752-759, Beijing, China, May 2007

Studentenprojekte

Seit einiger Zeit bietet das GUP die Vorlesung Virtual Reality im CAVE an. Ziel der Lehrveranstaltung ist es dem interessierten Hörer die Technologie der Virtual Reality näher zu bringen. Dabei werden Themen wie OpenSG- und Performer-Programmierung, der Umgang mit EON Studio oder 3D Modellierung behandelt. Am Ende der Vorlesung soll es den Studenten möglich sein, eigenständig VR-Applikationen für den CAVE, Curved Screen, ICatcher oder das ReachIn Display zu entwickeln. Hier finden sich Informationen zu den bisher entstandenen Abschlußprojekten.

Industrieprojekte

  • Industrieprojekte
  • SAVE

Die Johannes Kepler Universität Linz ist immer um die Kooperation mit Firmen bemüht. Ein Hauptaugenmerk liegt hierbei an der Schnittstelle zwischen Studenten und Forschungsprojekten aus der Wirtschaft. Dabei bietet das VR-Center eine der besten Hardware Ausstattungen Europas. Wenn Ihre Firma an Forschungsprojekten in den Bereichen Computergraphik, Visualisierung oder Human Interface Technology interessiert ist oder Projektideen einbringen möchte, dann kontaktieren Sie uns über vrcadmin@jku.at