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3D-Internet für Alle: Interaktive und hoch-realistische 3D-Graphik im Webbrowser

Künftig können sich Autokäufer virtuell zur Testfahrt in das neue Auto setzen, das sie vorher in Farbe und Ausstattung für sich persönlich zusammengestellt haben. Spielefans bewegen sich durch dreidimensionale Online-Welten, für Ingenieure eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten, wenn sie an verschiedenen Standorten Produkte entwerfen und ihre Modelle dafür gemeinsam auf dreidimensionale Weise über das Internet bearbeiten können. Das Collaborative Engineering von 3D-Produkten in der Industrie wird durch die innovative Szenenbeschreibungssprache XML3D vereinfacht. Es eröffnen sich neue Märkte mit einer Vielzahl an Applikationen für das 3D-Internet.

Mit XML3D haben das DFKI und das Intel Visual Computing Institute an der Universität des Saarlandes eine 3D-Technologie für das Internet entwickelt, die klassische, HTML-basierte Webseiten um echte 3D-Fähigkeiten erweitert und interaktive und hoch-realistische Echtzeit-Graphik zu einer Standardtechnologie für Browser macht.

Im Gegensatz zu 3D-Formaten wie VRML und X3D, die sich nie durchsetzen konnten, erweitert XML3D das normale HTML um 3D-Fähigkeiten. Damit können komplexe, dreidimensionale Graphiken direkt in beliebige Webseiten eingebettet werden, so wie heute schon Bilder und Videos – nur sehr viel interaktiver: Links im 2D-Text verändern die 3D-Szene, zeigen sie von einer anderen Ansicht oder starten eine Animation, während umgekehrt das Anklicken eines verlinkten 3D-Objekts etwa zu seiner Beschreibung als 2D-Text führen kann.

Für Web-Entwickler und Designer ist der Lernaufwand minimal. Ein entscheidender Vorteil von XML3D ist, dass es komplett auf der bekannten Technologie der Web Browser aufbaut und bereits bestehende Web-Seiten schnell und einfach um interaktive 3D-Graphik ergänzt. So sind etwa alle 3-D-Objekte auch Teil des DOM (Document Object Models) und können dadurch von jedem Entwickler mit kleinen Javascript-Programmen genauso einfach und schnell verändert werden, wie sie das heute mit HTML machen. Genauso einfach lassen sich etwa auch 3-D-Szenenteile bei Bedarf über AJAX nachladen oder ihr Design mit Hilfe von CSS anpassen.

XML3D wurde von Grund auf für programmierbare Graphikprozessoren entwickelt. Auch das für XML3D neu entwickelte Materialmodell mit der portablen Shader-Beschreibung AnySL setzt komplett auf Software-basierte Graphik. Zusätzlich zum traditionellen Rasterisierungsverfahren, erlauben in AnySL beschriebene Shader erstmals auch die Nutzung von Echtzeit-Ray-Tracing. Diese interaktive Visualisierungstechnik wurde von Philipp Slusallek und seinem Team in den vergangenen Jahren zur Marktreife gebracht und wird heute von den großen Chipherstellern Intel und Nvidia für ihre jeweilige Graphik-Hardware weiterentwickelt und angeboten. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren können damit Schatten und Reflexionen physikalisch korrekt dargestellt werden. Dies lässt virtuelle Szenen etwa in Kinofilmen oder Computerspielen wesentlich realistischer aussehen. Durch diese Technologien wird es Nutzern ermöglicht, hochqualitative 3D Szenen zu erstellen und im Internet zu veröffentlichen.

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Prof. Dr. Philipp Slusallek

Leiter des Forschungsbereichs Agenten und Simulierte Realität

E-Mail: Philipp.Slusallek@dfki.de

Tel.: +49 (0)681 302-5377

Stadtplanung in stereoskopischen virtuellen Umgebungen

Mit einem virtuellen 3D-Modell der geplanten neuen Saarbrücker Stadtmitte am Fluss und der Rekonstruktion der historischen Festungsstadt Saarlouis hat der DFKI-Forschungsbereich Agenten und Simulierte Realität neue Möglichkeiten von Virtual Reality-Technologien erprobt und umgesetzt. VR-Anwendungen und Visualisierungstechnologien im Städtebau unterstützen Planungsprozesse und tragen zur Verbesserung der Bürgerkommunikation und -beteiligung bei. Bislang wurden die Vorzüge immersiver, stereoskopischer virtueller Umgebungen im industriellen Umfeld vor allem für die Produktentwicklung genutzt. Durch die fortschreitende Digitalisierung von Entwurf und Planung und die bessere Verfügbarkeit von detaillierten, dreidimensionalen Modellen werden diese Technologien zunehmend auch für Städteplaner und Architekten interessant.

Die Rekonstruktion der Wehranlagen von Saarlouis, im 17. Jahrhundert entworfen von Sébastien de Vauban, dem Festungsbaumeister König Ludwigs XIV, vermittelt anschaulich die Historie der Festungsstadt, ihre Ausdehnung, Lage und Struktur.

Beim Projekt Stadtmitte am Fluss liegt die Herausforderung in der Integration der verschiedenen Datenmodelle von Vermessern, Stadt-, Landschafts-, Verkehrs- und Brückenplanern und der Optimierung der Modelle für die interaktive Darstellung in einer Virtual-Reality-Umgebung. Hierfür mussten Prozesse entwickelt werden, die es den Planern erlauben, weiterhin ihre gewohnten Arbeitsprozesse anzuwenden, aber gleichzeitig auch die Erzeugung qualitativ hochwertiger, dreidimensionaler Modelle ermöglichen.

Die Virtual-Reality-Installation auf der CeBIT 2010 erlaubt es dem Betrachter, sich  frei in den virtuellen Stadtmodellen zu bewegen, sich schnell einen Ãœberblick zu verschaffen, verschiedene Standpunkte in der Fußgängerperspektive einzunehmen und die Modelle dank der stereoskopischen Darstellung im Maßstab 1:1 auch in ihrer räumlichen Wirkung beurteilen.

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Georg Demme

Forschungsbereich Agenten und Simulierte Realität

Tel. +49 (0)681 302-3834

E-Mail: Georg.Demme@dfki.de

Kollaborative Visualisierung großer Datensätze – ImageVis3D

Mit ImageVis3D lassen sich umfangreiche 3D-Datenvolumen auch an kleineren Rechnern oder sogar auf SmartPhones in hoher Geschwindigkeit darstellen und verändern. Seit kurzem ist dies sogar mit Hilfe einer kostenlosen Anwendung auf dem iPhone möglich.

Das Programm ImageVis3D wird bisher vor allem in der Medizin eingesetzt, um wissenschaftliche 3-D-Bilder zum Beispiel aus der Computer- oder Magnetresonanztomographie aufzurufen und zu analysieren. An jedem gewöhnlichen Computer können damit Wissenschaftler und Ärzte den menschlichen Körper genauer studieren und medizinische Probleme bewerten. Aber auch hochauflösende geografische Bilder, wie die Satellitenbilder von Google Earth, können damit verändert werden. Bisher war die Bearbeitung solcher riesigen Datenmengen nur an leistungsstarken Computern möglich.

Sogar der vergleichsweise kleine Rechner eines iPhone kann dafür eingesetzt werden, um Bilder des menschlichen Körpers zu visualisieren. ImageVis3D Mobile heißt die Anwendung, die im App Store der Firma Apple kostenfrei heruntergeladen werden kann. Das Programm ImageVis3D lässt sich auch in andere Softwareumgebungen leicht integrieren und ist durch seinen modularen Aufbau flexibel einsetzbar. Es basiert auf einer Software, die am Science Computing and Imaging Institute (SCI) der Universität von Utah entstand und von der Forschungsgruppe Interactive Visualization and Data Analysis – IVDA weiterentwickelt wird.

Weitere Informationen

http://ivda.cs.uni-saarland.de

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Jens Krüger

Forschungsbereich Agenten und Simulierte Realität

E-Mail: Jens_Harald.Krueger@dfki.de

Tel.: +49 (0)681 302-70750

BALLView - das 3D-Kino als interaktives Biolabor

Mit BALLView werden 3D-Kinos zu interaktiven Laboren für den Medikamentenentwurf: Komplizierte Moleküle und ihre physikalischen Eigenschaften, aber auch komplexe biologische Systeme, z.B. Viren, können mit BALLView berechnet und visualisiert werden.

Bei der Untersuchung von biochemischen Prozessen und Krankheiten, bei der Entwicklung neuer Medikamente und bei vielen weiteren Problemstellungen in den Lebenswissenschaften benutzen Forscher ausgefeilte Visualisierungs- und Simulationsmethoden, um eine möglichst genaue Vorstellung der räumlichen Formen und chemischen Strukturen der beteiligten Moleküle entwickeln zu können.

Mit den bisherigen Visualisierungstechniken galt eine realistische stereoskopische Darstellung wegen der hohen Berechnungskomplexität der verschiedenen Bilder für beide Augen als unvereinbar mit einer komfortablen Interaktivität eines Bearbeitungsprogramms.

Bioinformatiker in Saarbrücken und Tübingen haben für diese Aufgaben die frei verfügbare Software BALLView entwickelt. Die stereoskopische dreidimensionale Darstellung von Molekülen und ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften ist dabei von zentraler Bedeutung. In Kooperation mit den Computergraphikern des DFKI und der Universität des Saarlandes wurden neueste Ray-Tracing-Verfahren integriert.

Mit Hilfe dieses Verfahrens können komplexe Moleküle in 3D am Bildschirm und auf der Leinwand mit realistischen Beleuchtungseffekten interaktiv dargestellt, editiert und bearbeitet werden.

Auf der CeBIT 2010 können Messebesucher am Forschungsstand des Saarlandes an einer 3D-Leinwand in einem interaktiven Biolabor die Funktionsweise von Medikamenten wie z.B. Tamiflu kennenlernen.

Weitere Informationen

www.ballview.org

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Prof. Dr. Philipp Slusallek

Leiter des Forschungsbereichs Agenten und Simulierte Realität

E-Mail: Philipp.Slusallek@dfki.de

Tel.: +49 (0)681 302-5377