Virtuelle Realität NASA nutzt Technologie von Artec 3D - wirautomatisierer

Virtuelle Realität

NASA nutzt Technologie von Artec 3D

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Die 3D-gescannte Version eines NASA-Werkzeugs Bild: Artec 3D
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Derzeit arbeitet eine Zweigstelle des Hybrid Reality Labs der NASA am Johnson Space Center unter anderem mit Hilfe des portablen 3D-Streifenlichtscanners Artec Space Spider an der Fertigstellung des sogenannten „Response Gravity Offload System“, auch Argos genannt. „Im Wesentlichen handelt es sich dabei um eine intelligente Haltevorrichtung, die am Rücken befestigt wird, Körpergewicht reduziert und die Dynamik in vertikaler und horizontaler Richtung reguliert. Auf diese Weise fühlt es sich für die Astronauten an, als ob sie sich im Gravitationsfeld des Monds, des Mars, im Mikrogravitationsfeld oder irgendwo dazwischen befinden“, erzählt Matthew Noyes, führender Softwareentwickler am Hybrid Reality and Advanced Operational Concepts Lab der NASA.

Die NASA verfolgt derzeit die Mission, die Menschheit tiefer als je zuvor in das Sonnensystem vordringen zu lassen. Das schließt beispielsweise die Fertigstellung von Programmen wie der Orion-Kapsel sowie des Space Launch Systems mit ein. Dafür werden möglichst kosteneffiziente Wege gesucht, um neue Schulungen und Verfahren zu entwickeln, die die Effizienz der klassischen Astronautenausbildung aufrechterhalten. Dies ist besonders im Bereich der Erforschung des Mars wichtig, da hier Missionen mehrere Monate oder Jahre dauern. Für möglichst realistische Trainingserfahrungen in verschiedenen Simulationen nutzen NASA-Spezialisten nun die Virtual-Reality-Technologie (VR). Im Jahr 2015 gründete die NASA dafür das Hybrid Reality Lab, in dem kommerzielle VR-Technologien mit gescannten 3D-Objekten kombinieren werden – beispielsweise die Ortung eines Objekts im dreidimensionalen Raum mit Hilfe einer Technik zum Tracken von Objekten. Das Ziel ist es, realistische Visualisierungen und taktiles Feedback zu schaffen, das ein bedeutend echteres Gefühl des Eintauchens in die virtuelle Umgebung ermöglicht. Das Labor verwendet dafür spezialangefertigte Headsets sowie eine benutzerdefinierte VR-Rendering-Software, mit der Schulungsumgebungen erstellt werden. Innerhalb dieser Umgebungen liegt ein besonderer Fokus auf der Simulation der reduzierten Schwerkraft und des entsprechenden Gefühls des taktilen Feedbacks.

Virtual Reality wurde dabei mit dem Argos-System zusammengeführt, sodass sich der Nutzer über die geschaffene dreidimensionale Welt in der International Space Station (ISS) bewegen kann. Und die ISS bewegt sich innerhalb des virtuellen Headsets um ihn herum. Die NASA verfügt dafür bereits über spezielles Werkzeug, wie zum Beispiel einen Weltraumbohrer namens Pistol Grip Tool (PGT), der für Bohrschrauben verwendet wird. Außerdem besitzt die NASA ein Mehrzweckwerkzeug, das bei EVA (extravehicular activities – Außenbordarbeiten) und Andockprozessen verwendet wird, oder Standardschlüssel für die allgemeine Wartung und Reparaturen auf der ISS. In der Entwicklung befinden sich außerdem weitere Werkzeuge, die in zukünftigen Missionen verwendet werden sollen. Darunter ist eine Laser-Radar-Pistole, die Röntgenstrahlen verwendet, um Gesteins- und Bodenzusammensetzungen zu bestimmen. Entwickelt wurde sie auf der Grundlage von im Handel verfügbaren Werkzeugen, die auf der Erde verwendet werden und ähnliche Fähigkeiten besitzen. Dieses Werkzeug wurde mit dem portablen 3D-Streifenlichtscanner Artec Space Spider gescannt, um hochrealistische Farbmodelle zu erstellen und sie für das Simulationstraining in eine virtuelle Umgebung zu importieren. „Um Proben von der Marsoberfläche zu sammeln, würde aktuell wahrscheinlich ein Werkzeug wie dieses benutzt werden. Damit kann festgestellt werden, wie das Massenverhältnis verschiedener Elemente in dieser Probe ist. Mit Hilfe von 3D-Scanning können wir dieses Modell extrem realistisch aussehen lassen, sodass Nutzer die Handhabung innerhalb der virtuellen Realität erlernen können“, erklärt Matthew Noyes. „Anstatt die Werkzeuge mühsam anhand von Messungen und Fotos nachzumodellieren oder mit farblosen CAD-Dateien zu arbeiten, dachten wir uns, dass die Verwendung eines 3D-Scanners eine viel bessere Lösung wäre, um millimetergenaue Modelle aus realen Objekten zu erstellen.“ Neben dem Scanner Artec Space Spider verwendet das Labor auch die 3D-Modellierungssoftware Artec Studio, um Punktwolken zu erzeugen, Datenrauschen zu entfernen und das entstandene Polygonnetz mit Farbe zu versehen. „Das Hybrid Reality Lab nutzt den Scanner Artec Space Spider zum einen, weil er für die Ausleuchtung mit LEDs ausgestattet und somit für das Augenlicht unbedenklich ist“, sagt Frank Delgado, Geospatial Information Technology Lead bei Servir (einem Joint Venture zwischen der NASA und der amerikanischen „Agency for International Development“). „Zum anderen konnte Space Spider auch unsere Anforderungen an die Genauigkeit erfüllen und bot uns eine sehr gute Lösung für das Scannen kleiner und mittlerer Objekte.“​ Neben der Erfassung des Radargeräts in 3D wurde die digitale Schnittstelle nachgebildet sowie der Klang des Geräts aufgenommen, damit die VR-Darstellung in Gestalt und Verhalten vom realen Objekt nicht mehr zu unterscheiden ist.

Um das Potential der Hybrid-Realität vorführen zu können, wurde bereits eine Reihe von Anwendungen erstellt – die Internationale Space Station war dabei das erste Versuchsobjekt. Entstanden ist eine dynamische Simulation der meisten internen Module, in denen sich die Astronauten aufhalten. In dieser virtuellen Realität können mehrere Personen, auch wenn sie sich auf völlig unterschiedlichen Teilen der Erde befinden, miteinander verschiedene Abläufe üben. Zudem kann so ein breiteres Publikum auf die Übungen aufmerksam gemacht werden, da sich nun Privatpersonen zu Hause mit ihrem eigenen Headset in einen Server einloggen und den Astronauten in Echtzeit bei ihrem Training zusehen können. Dies erzeugt bedeutend mehr Faszination als es bisher mit dem regulären NASA-TV möglich war. ik

www.artec3d.com

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