3d- & virtual-reality-menschmodelle: vdc-whitepaper

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Überblick über Typen, Anwendungen und Nutzen von 3D- und Virtual-Reality-Menschmodellen, erstellt vom Virtual Dimension Center (VDC) in Fellbach

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Vorstellung VDC Anwendungsklassen

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© Kompetenzzentrum Virtuelle Realität und Kooperatives Engineering w. V. – Virtual Dimension Center VDC

Zielsetzung & Nutzen Beschreibungsdimensionen Anwendungsgebiete Digitalisierung

Whitepaper

3D-Menschmodelle

Inhalt

Anwendungsklassen 3D-Menschmodelle

Zielsetzung und Nutzen 3D-Menschmodelle

Beschreibungsdimensionen

Anwendungsgebiete

Aufnahme, Digitalisierung

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3D-Menschmodelle

Anwendungsklassen 3D-Menschmodelle

Digitaler Entwurf und Test von (technischen) Systemen für Benutzung durch Menschen

(Beispiele: Bedienbarkeit, Erreichbarkeit, Sichtbarkeit, Komfort, Sicherheit, Schutz, Crash,

Orthetik, Prothetik)

Digitaler Entwurf und Test technischer Systeme unter Berücksichtigung der Anwesenheit

von Menschen: Mensch als physische Einflussgröße etwa in Simulationsmodellen

(Beispiele: Crash, Luftströmung Cockpit, Schwingungsanalyse Sitz)

Physikalische Simulation von Körperfunktionen

(Beispiele: Kräfte, Strömung)

Entwurf, Test, Training von Abläufen unter Einbeziehung weiterer Akteure/Avatare

(Beispiele: Trainingsumgebungen Militär, Noteinsatz-Simulatoren)

Training und Ausbildung am digitalen Menschen

(Beispiel: Chirurgie)

Virtueller Mensch als Trainer zur Verbesserung Wissenstransfer

Medien, Entertainment, Infotainment, Tele-Konferenzen

Anwendungsklassen

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3D-Menschmodelle

Zielsetzung und Nutzen 3D-Menschmodelle

Vermeidung (Unfall-/Lebens-)Gefahr

im Systementwurf Betrachtung vieler Altersklassen, Perzentile, Somatotypen:

Absicherung Produktfunktionalität für großen Bevölkerungsteil erzielbar

objektive, wiederholbare Aussagen zu Komfort

aussagekräftige Simulationsergebnisse (Physik) tw. nur unter

Berücksichtigung Menschmodell möglich

realistische aber risikofreie militärische und medizinische Simulatoren:

besserer Trainingseffekt

Diagnoseunterstützung

Simulationsumgebungen mit Avataren mittelfristig kostengünstiger als

Feldübungen; unabhängig von Störeinflüssen (wie Wetter)

Steigerung Unterhaltungswert, Verbesserung Transfer

Zielsetzung und Nutzen

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3D-Menschmodelle

Menschmodell

Funktionale Sicht

Anthropometrie

Umsetzbarkeits-

bewertung

Haltungs-analysen

Komfort-analysen

Erreichbarkeits- analysen

Sichtanalysen

Biomechanik

Bewegungs- analysen

Kraftanalysen

Belastungs- analysen

Unfall

Analysen

Physiologie

Körper- temperatur-

analysen

Kognition

Wahrnehmen

Problemlösen

Entscheiden

Lernen

Sprache

Spracheingabe

Sprachausgabe

Emotionalität

Dynamische Emotions-zustände

Darstellung und Visualisierung

Detailgrad

Ganzkörper-modell

Gesichtsmodell

Kleidermodell

Haarmodell

Anatomische Modelle

Ausgabesystem

Desktop-basierte

3D-Darstellung

Immersive VR (graphisch)

Haptik

Zeitbezogene Sicht

Animation, Manipulation

Keyframing

Parametrisierte Animation

Inverse Kinematik

Motion Capturing

Gesichts-animation

Lippensynchrone Sprechanimation

Autonomie

Grad der Autonomie

Proaktivität

Reaktivität

Robustheit

Adaptivität

Kognition

Sozialität

Individualität

Rollen-beschreibung

Konversation

Präsentation

Assistenz

Pädagogik

Kulturelle Aspekte

Beschreibungsdimensionen 3D-Menschmodelle

Beschreibungsdimensionen

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3D-Menschmodelle

Anwendungsfelder

Engineering: Entwurf Arbeitsplätze,

Cockpit, Arbeitsabläufe, Werkzeuge,

Sportgeräte, (Schutz-)Kleidung

Verteidigung: Training,

Gefechtsfeld-Simulation

Medizin: Training Chirurgie,

Entwurf Implantat mit CT-Daten,

Simulation als Diagnoseunterstützung

Fashion Design

Unterhaltung: Spiele, Film

Ausbildung: digitale Trainer

Anwendungsbereiche für digitale Menschmodelle [Badler, Norman (1997): Virtual Humans for

Animation, Ergonomics, and Simulation. Los Alamitos, Calif.: IEEE Computer Society

Anwendungsgebiete

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3D-Menschmodelle

Jack (Siemens PLM)

Anthropometrische Modelle

Komfort- und Erreichbarkeitsanalysen

Sichtbarkeitsanalysen

Kollisionsüberprüfungen

(etwa im Fahrzeugbereich)

Realitätsnahe Bewegungssimulation

Anthropometrie-Datenbank

zur statistischen

Körperformdimensionierung

Automatische, statisch fundierte

Generierung von Körpertypen, die

auf Angabe drei bestimmter Maße

basiert

Skelett mit Knochen und Gelenken

(Kinematiken), Winkelbeschränkungen

RTT Ramsis (RTT)

IDO:Ergonomics (ICIDO)

Anwendungsgebiete

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3D-Menschmodelle

Fashion Visualisierung (Wurzel-Medien)

Anthropometrische Modelle

Fashion Design

Virtual Prototyping von Fashion,

Evaluation Styling

Generierung Schnittmuster

Anwendungsgebiete

Fashion Visualisierung (RTT)

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3D-Menschmodelle

Biomechanikmodelle

Digitale Atlanten und

Analyse CT- und MRT-Daten

räumliche Darstellung

menschlicher Anatomie

für die Ausbildung

CT- und MRT-Daten ebenfalls

immersiv darstellbar

räumliches Arbeiten

(Navigation, Schnitte) möglich

DigiHom

(Fraunhofer IPA)

Anwendungsgebiete

Google Body Browser

(Google)

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3D-Menschmodelle

Menschlicher Bewegungsapparat

(AnyBody)

Biomechanikmodelle

Analyse des menschlichen Bewegungsapparats

Muskel- und Gelenkkräfte

Elastische Energie in Sehnen

Muskelaktivität

Entwicklung von Prothesen und Implantaten

Ergonomische Untersuchungen

Bewegungsanalysen im Sportbereich

Rehabilitation

Anwendungsgebiete

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3D-Menschmodelle

Virtuelle Operation mit der dazugehörigen haptischen Schnittstelle

(The Medical News (2010): http://www.thaimedicalnews.com)

Biomechanikmodelle

graphische und haptische Darstellung

invasiver Eingriffe mit zugehöriger

Gerätetechnik

(Endoskope, Laparoskope, …)

zur Ausbildung

Laparoskop--Simulator Endoskop--Simulator

Anwendungsgebiete

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3D-Menschmodelle

Physiksimulationsmodelle

Analyse von Strömungs- und

Struktursimulationsergebnissen

räumliche Darstellung und Interaktion für die

Analyse von Simulationsergebnissen

Strömungssimulation

Aneurisma (Visenso)

Anwendungsgebiete

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3D-Menschmodelle

Physiksimulationsmodelle

Belastungsrechnung für Implantate auf

der Basis FEM und MKS

Produkt AnyBody:

Kinematik der Wirbel festlegen

Produkt ANSYS:

FEM-Analyse (Belastung, Festigkeit) des

Wirbel-Implantats auf der Basis der

Wirbel-Kinematik

Implantatberechnung

(CADFEM, Anybody)

Anwendungsgebiete

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3D-Menschmodelle

Avatare

Digitale Trainer

Multimodale Kommunikation:

Sprechen, Gestikulieren,

Zeigen gleichzeitig

Assistent Steve erläutert, was zu tun ist

(University of Southern California )

Anwendungsgebiete

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3D-Menschmodelle

Avatare

Einsatz von Menschmodellen

als eigenständige Akteure

Erstellung parametrischer

Bewegungen

Modelle fest programmiert

oder Verhaltens-basiert

Spezielle Modellier- und

Animationswerkzeuge,

Animations-Bibliotheken

Verarbeitung Motion-Capturing-Daten

Zusatz-PlugIns (etwa Stoffsimulation)

Morphing (etwa für Gesichtsanimation)

Haarsimulation Virtuelle Schauspielerin aus dem Spiel „Heavy Rain“

[Heavy Rain - Playstation 3 (2010), http://www.heavyrainps3.com]

Spezialisierte Software: Poser (li.) und MakeHuman (re.) (POSER - Complete 3D Figure Design & Animation http://poser.smithmicro.com/poser.html ,

MAKEHUMAN - Open Source Tool for making 3D charakters, http://www.makehuman.org)

Anwendungsgebiete

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3D-Menschmodelle

Avatare

Bereitstellung von Handlungsszenarien

Nachstellen von Produktionsszenarien:

Mitarbeiterführung, Entlohnungssysteme

Schulung, Team-Training, Einsatzplanung, :

Team-Training, Überprüfen von Abläufen,

Virtuelle Unfallübungen, Üben des

Einsatzes

Nachstellen von Katastrophenszenarien,

Rekonstruktion von Abläufen in

Zusammenhang mit Katastrophen und

den anschließenden Rettungsmaßnahmen

Abnahme von Bauwerken und Anlagen:

Überprüfung hinsichtlich der Eignung zur

Evakuierung, zur Isolation eines Störfalls

ADMS der Fa. ETC

Simulation, Florida/USA

XVR der Fa. E-Semble, Niederlande

Anwendungsgebiete

Learn2work der Fa. Korion

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3D-Menschmodelle

3D Bodyscanner (Vitus)

Aufnahme, Digitalisierung

länderweite Reihenmessungen (z.B. iSize)

Body Scanner: Oberflächenmodell

Computer-Tomographie (CT):

v.a. Knochen

Magnetresonanztomographie (MRT):

v.a. Gewebe und Organe

Kraft-Momenten-Sensoren

Aufnahme Kraft-Weg-Verlauf

(hier noch mittels Tierpräparat)

Quelle: TU München

CT-Daten (Wikipedia)

Digitalisierung

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3D-Menschmodelle

Motion Capturing optisch, magnetisch, mechanisch und gyroskopisch [Tümmler, Jörn (2007):

Avatare in Echtzeitsimulationen. Dissertation, Kassel University Press GmbH, Kassel]

Motion Capturing

Aufnahme der

Positionen von

Gliedmaßen

und Gelenken

Übertrag auf Avatar

echtzeitfähig

hoher Realismus

der Bewegungen

optisch,

elektromagnetisch,

mechanisch, gyroskopisch

Aufnahme, Digitalisierung

Digitalisierung

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3D-Menschmodelle

Brechter, Matthias: Entwicklung einer Auswahlsystematik für digitale Menschmodelle. Masterthesis, Hochschule

Reutlingen, 2010

Badler, Norman (1997): Virtual Humans for Animation, Ergonomics, and Simulation. Los Alamitos, Calif.: IEEE

Computer Society

Bubb, Heiner: A Scientific perspective of digital human models: past, present, and future. In: Duffy, Vincent; R

aton, Boca: Handbook of Digital Human Modelling.CRC Press, 2009

Jens Mühlstedt, Hans Kaußler und Birgit Spanner-Ulme: Programme in Menschengestalt: Digitale

Menschmodelle für CAx- und PLM-Systeme. The Software Incarnate: Digital Human Models for CAx- and

PLMSystems. In: Zeitschrift für Arbeitswissenschaft, 2/2008

Organisationen Global Human Body Models Consortium, www.ghbmc.com

SAE G-13 Committee on Digital Human Modelling Technology

http://www.sae.org/standardsdev/aerospace/g13.htm

IEA Technical Committee on Human Simulation and Virtual Environments (TC HSVE),

http://www.iea.cc/02_about/Technical%20Committees/Human%20Simulation%20and%20Virtual%20Environ

ments.html

International Society for Human Simulation http://www.societyhumansimulation.org/

Literatur

Digitalisierung

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3D-Menschmodelle

ISO 7250 Anthropometrie /Wesentliche Maße des menschlichen Körpers für die

technische Gestaltung

ISO 15535 General requirements for establishing anthropometric databases

ISO 15536-1/-2 Ergonomics - Computer manikins and body templates

ISO 13407 Benutzer-orientierte Gestaltung interaktiver Systeme

ISO 20685 3-D scanning methodologies for internationally compatible

anthropometric databases

ISO/IEC 19774 Information technology - Computer graphics and image processing –

Humanoid Animation (H-Anim)

DIN EN 547-1/3 Körpermaße des Menschen

VDI 3633-6 Simulation - Abbildung des Personals in Simulationsmodellen

VDI 4499 Part 4 Features and Limitations of Human Models, German Guideline

Normen, Richtlinien, Ausschüsse

Digitalisierung

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