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Flashcards
Was ist VR?
- vom Computer geschaffene
- interaktive
- dreidimensionale
Welt, in die ein Benutzer eintaucht.
Wie kann man VR von allgemeiner 3D-Computergrafik abgrenzen?
- akustisch, haptisch visuell statt nur visuell
- echtzeit statt zeitunkritisch
- echtzeitinteraktion statt vorberechnet
- viel interaktion: maus, tastatur, hand, gesten, sprache
Erläutern Sie die drei „I“ der VR!
- Immersion (Eintauchen in VR)
- Interaktion (Handeln können)
- Imagination (Vorstellung, dass abgebildete Objekte existieren)
Was ist Augmented Reality?
- Überlagerung („Augmentierung“) einer Sicht auf die reale Welt mit virtuellen Objekten
- Augm. Virtuality: reale Objekte in Virtuelle Umgebung
- Mixed Virt
Was sind typische Elemente einer VR-Szene?
- Lichtquellen
- Geometrien (Farbe, Textur, Verhalten, Physikal. Einschränkungen)
- Grafische Effekte
- Skyboxen
- Audiodateien
Was ist ein Szenengraph?
- Beschreibungsform für komplexe geometrische Szenen
- allgemeine Datenstruktur -> Baum mit hierarchisch zusammenfügten Knoten
- Knoten beschreiben atomare Einheiten des Dokuments
Was sind typische Aufgaben einer VR-Engine?
- ist Schlüsselkomponente eines VR Systems
- fragt Eingabegeräte ab
- verbindet abhäng. Datenbanken
- führt Echtzeit Berechnungen durch
- gibt Daten an Ausgabegeräte
Wie funktioniert eine Stereoprojektion?
- benötigt Art Multiplexing (Gehirn legt Bilder beider Augen zusammen --> getrennte Bilder zeigen)
- aktives Stereo (preiswert Projezieren, schwere Brille)
- abwechselnd links/rechts projizieren
- synchron dazu linkes/rechtes Auge durchlassen
- passives Stereo (leichtere Brille, teures Projezieren)
- zwei Projektoren gleichzeitig auf gleiche Fläche
- Polarisationsbrille lässt richtiges Bild pro Auge durch
- aktives Stereo (preiswert Projezieren, schwere Brille)
Welche Arten graphischer Displays kennen Sie und wie funktionieren sie?
- Head Mounted D (1 Generator für jedes Auge)
- Hand Supported D
- Autostereoskopisch (Parallaxen Barriere für getrennte Pixel-Reihen pro Auge)
- Large Volume Display
Wie unterscheiden sich aktive und passive Stereoprojektion?
- aktiv Stereo:
- 1 Projektor
- schwere synchrone Shuttle Brille
- keine spez. Projektionsfläche
- passiv Stereo:
- 2 Projektoren
- leicht zu synchronisieren
- leichte Brille
Was ist die Grundidee autostereoskopischer Displays?
- Parallaxen Barriere für getrennte Pixel-Reihen pro Auge)
- Bildschirm aus bestimmter Perspektive anders sichtbar -> Auge so in unterschiedlicher Position, dass der Effekt eintritt
Welche Effekte (neben der stereoskopischen Projektion) unterstützen die 3D-Wahrnehmung?
- Perspektive
- Verdeckung
- Bewegungsparallaxe (Vordergrund bewegt sich schneller als Hintergrund)
- Schatten
- Maßstab
Was ist ein Tracker? Welche Arten gibt es? Wie unterscheiden sie sich?
- HW zur Messung der real- time Veränderung von Position und Orientierung eines 3D- Objektes
- Messung der Bewegung
- von: Hand, Konturen, Kopf
- Ziel: Sichtsteuerung, Bewegung in Szene, Manipulation von Objekten
- optische, mechanische, magnetische Tracker
Was sind Navigations- und Manipulationsinterfaces?
- Gerät, das interaktiven Wechsel der Sicht auf die virtuelle Szene + Erkundung durch Selektion und Manipulation eines virtuellen Objektes ermöglicht
- auf Basis absoluter + relativer (durch Positionsänderung, Geschwindigkeit) koordinaten
- zB Trackballs
- 3D Kontaktgeber
- Maus+Tastatur
Wofür benötigt man Eingabegeräte mit haptischem Feedback?
- liefert real-time Informationen über
- Oberflächennachgiebigkeit eines virtuellen Objekts
- das Objektgewicht
- Trägheit
- kombinierte Ein- und Ausgabegeräte
Was ist eine VR-Engine und was sind ihre Aufgaben?
- Schlüsselkomponente jedes VR Systems
- fragt Eingabegeräte ab
- greift auf aufgabenabhängige Datenbanken zu
- führt notwendige Berechnungen für Statusaktualisierung der virtuellen Welt in Echtzeit durch
- gibt Resultate an Ausgabegeräte
Definieren Sie die Begriffe Rendering und Rendering Pipeline!
Rendering:
- Prozess der Konvertierung der geometrischen 3D-Modelle einer virtuellen Welt in eine 2D-Szene, die dem Nutzer präsentiert wird
- Kann Ansteuerung anderer sensorischer Kanäle (z.B. Haptic) einschließen
Rendering Pipeline:
in CPU-Architekturen seit langem genutzt
Teilung des Renderingprozesses in mehrere Phasen
Bearbeitung auf verschiedenen Hardwareressourcen, ggf. weitere Parallelisierung innerhalb der Phasen
Erläutern Sie die 3 Phasen der Open GL Rendering Pipeline!
- Anwendungsphase
- in SW Implementiert durch CPU ausgeführt
- Lesen Geometriedatenbasis
- Abfrage Nutzereingaben
- ggf. Sichtänderung + Objektausrichtung
- Geometriephase
- kann auch in HW implementiert sein
- Modelltransformation (Translation, Rotation, Skalierung)
- Berechnung Beleuchtung
- Szenenprojektion
- Clipping
- Screen Mapping
- Rasterungsphase
- in HW
- Konvertiert Vertex-Informationen (Eckpunkt eines Grafikprimitivs) aus 2. in Pixel Infos für Ausgabe
- Antialiasing (Kantenglättung)
Erläutern Sie Faktoren, die die Performance der einzelnen Phasen beeinflussen!
- Anwendungsphase
- Anzahl der Polygone
- Programmiereffizienz (Rechengenauigkeit, Anzahl der Divisionen, ...)
- Geometriephase
- Anzahl der Lichtquellen
- Beleuchtungsmodell
- Polygone-Shading Mode
- Nutzung der für die Hardware optimalen Polygontypen (Dreieck vs. Viereck vs. ...)
- Rasterungsphase
- Auflösung der Displays
Was ist eine verteilte VR-Engine?
- VR Engine, die zwei oder mehr Rendering Pipelines verwendet,
- auf einem, mehreren Rechnern (in der Nähe oder entfernt)
- Grafik und Haptik Berechnungen
- Output in einer einzigen Simulation integriert
Wie kann man mehrere Rendering Pipelines synchronisieren? Warum?
- Zweck?
- konsistente Darstellung
- kein Flimmern, konsistente Bildwiederholungsrate
- Wie?
- SW Synchronisation
- SW + Framebuffer Synchronisation
- SW + Framebuffer + Video Synchronisation
Was ist eine verteilte virtuelle Umgebung?
- gemeinsame Berechnung der Simulation der virtuellen Welt auf zwei oder mehr vernetzten Computern Umgebung
- Ziel:
- Ermöglichung der Interaktion mehrerer, voneinander entfernter Benutzer in gemeinsamen virtuellen Welt
- collaborative: abwechselnd ein virtuelles Objekt
- cooperative: gleichzeitig ein vO
Welche Protokolle und Architekturformen kennen Sie zur Realisierung verteilter virtueller Umgebungen?
- Architekturformen
- Klassische Client-Server-Architekturen
- Ring-Netzwerke mit mehreren Servern
- Peer-to-Peer-Netzwerke
- Protokolle
- DIS: Distributed Interactive Simulation
- HLA: High Level Architecture for Modelling and Simulation
- Mu3D: Multi-User 3D-Protocol
- DWTP: Distributed Worlds Transfer and Communication Protocol
- VRTP: Virtual Reality Transfer Protocol
Welche Aufgabenbereiche kann man bei der Modellierung von VR-Szenen unterscheiden?
- Geometrische M (Beschr. v. Form + Aussehen der virtuellen Objekte)
- Kinematik M (Bestimmen von Position + Bewegung v. Objekten)
- Physikalische M (Abb. phys. Eigenschaften: Gewicht, Trägheit, Reibung, Nachgiebigkeit)
- Intelligentes Verhalten (Verhalten v. Obj bei Nutzereingaben, eigenes Verhalten, bis zu agentenbasiertem Verhalten)
- Modell Management (Techniken die VR Engine helfen, Interaktivität + feste Refresh-Raten zu gewährleisten)
- Lauffähige VR Simulation
- E/A Mapping
Was sind ihre jeweiligen Modellierungsziele?
Erläutern Sie Faktoren, die Aussehen und Erscheinung virtueller Objekte beeinflussen!
- Form
- Polygone, Dreiecke, Kurvenverläufe
- 3D Oberflächen der virtuellen Oberfläche
- Aussehen
- Objektfarbe, Material (Emission, Reflexion, Transparenz)
- Oberflächentextur
- Shader
- Beleuchtung
Was sind Texturen? Was sind Billboards?
Textur: Rasterbild, das auch Objektoberfläche gelegt wird
--> Texturierung während Rasterungsphase, Oberflächeneigeschaften ändern (Verbesserung des Realismus ohne zus. Polygone)
Billboards: Flächen die immer dem Nutzer zugewandt sind --> haben Textur --> Darstellung komplexer Sachen wie Bäume
Erläutern Sie Verfahren zur Kollisionserkennung (Grundprinzip) und geben Sie Beispiele für praxisrelevante Anwendungen!
- Näherungsweise (Bounding Box-Verfahren) oder exakt
- Bounding Box ist ein Prisma, das alle Eckpunkte eines 3D Objektes umhüllt
- erst näherungsweise prüfen (Prisma) dann genau
Beispiele: Montierbarkeit einer Servopumpe am Auto, Kollisionstests bei Unfall
Was versteht man unter Level of Detail und welche Rolle spielt es für die Performance?
- Statisch: Verschiedene detaillierte Geometrien von Objekten werden verwendet, je nach Abstand von virtueller Kamera
- Adaptiv: Verschiedenste Verfahren um plötzliche LOD-Wechsel von Objekten zu vermeiden
Performance: enormer Zuwachs, da bei genügend Abstand nicht alle detaillierte Teilobjekte berechnet werden müssen sondern ggf einfachere
Erläutern Sie die Begriffe Autorensystem und Laufzeitumgebung!
Autorenumgebung = Modellierungs- und/oder Programmierumgebung zur Erzeugung einer virtuellen Welt
Laufzeitumgebung = Erlaubt die Interaktion des Nutzers mit der in der Autorenumgebung erzeugten virtuellen Welt
Welche Ansätze zur Entwicklung von VR-Szenarien gibt es?
- Low Level APIs
- OpenGL / SG (Programmierschnittstelle zur Entw. v. 2D und 3D Grafik)
- VR-Toolkits
- WorldToolKit (OO Bib. C basiert) echtzeitbasierte 3D-Anwendungen
- VR Juggler (Opensource Plattform zur Entwicklung)
- kommerzielle Systeme
- VDP-Plattform/ IC.IDO (Kommerzielle SW mit versch. Modulen für untersch. AW Zecke)
- EON Reality
Erläutern Sie am Beispiel der Visual Decision Platform von IC:IDO Anwendungsfelder von VR und deren spezielle Anforderungen an das VR-System!
- Anwendungsfelder:
- virtuelle Produktreviews (Gestensteuerung, Stereoskopie)
- v. Produkterstellung (Echtzeit Kollisionsberechnung)
- v. Kabelverlegung prüfen (Felxibilität von Materialen)
- v. Kabel verlegen
- v. Ergonimieuntersuchung (Menschmodell)
- Reflektionen und Spiegelungen untersuchen (korrekte Umsetzung optischer Gesetze)
- v. zusammenarbeiten (Verteilte Systeme)
- v. Präsentationen vorbereiten (einfache Bedienung, mehrere Nutzer möglich)
Erläutern Sie den Anwendungsfokus der VDT-Plattform!
- Schnelle + kostengünstige Erstellung visuell-interaktiver Applikationen mit hohem Wiedererkennungswert zum Wissens-Transfer im technischen Umfeld durch:
- wiederholte Nutzung gleicher Konzepte, Strukturen, Bibliotheken
- angepasste Definitionen und Implementierung v. Funktionen und UIs für spez. Anwendungen
- --> Szenario Konzept -> schneller Erstellung v. Szenarien mittels Werkzeugen
Erläutern Sie die Schichten eines Szenarios der VDT-Plattform!
- Intention
- Ziel
- Aufgabe, Prozedur
- Hilfe, Führung, Fehler
- Funktion
- kausale Beziehungen
- Kriterien, Systemantworten
- Objekteigenschaften
- Objekte
- Struktur
- Animationen
- Transformationshierarchie
- Geometrie, Material
unten nach oben: steigender Abstraktionsgrad
Erläutern Sie die Begriffe Funktionalität, Zeitkurve und Animationsreferenz und deren Zusammenspiel!
- Funktionalitäten: Definition v. komplexen zusammenges. Animationen
- hat Name, Animationsreferenzen, Dauer (ergibt sich aus Dauer der Animationsreferenz + deren Anordnung)
- Zeitkurven: Def. v. Pfaden, auf denen sich Objekte bewegen (mit Hilfe v. Stützpunkten in rel. Koordinaten)
- Name, Folge v. Positions/Orientierungs KeyFrames
- Zeitdauer
- Animationsrefernzen: Definieren Bewegungen von Objekten entlang eines durch Zeitkurve definierten Pfades
- verbinden Objekt mit Zeitkurve --> Bewegungssequenz
- in Funktionalitäten genutzt
- hat: Objekt, Zeitkurve, Dauer, Offset
Erläutern Sie, welche Rolle Kriterien spielen und wofür Sie genutzt werden können!
- entsprechen boolschen Ausdrücken und werden zur Modellierung logischer Zusammenhänge benötigt (z.B. Verwendung zur Definition von Auslösekriterien von Responses)
- Typen: Vergleich, Kriterium-Referenz, Negierte Kriterium-Referenz, Abstand, Aktivierung
Welche Trainingsmodi der VDT-Plattform kennen Sie?
- Discovery Mode
- Experimentieren
- keine aktuelle Aufgabe/Prozedur
- freie Manipulation/Visualisierung d. funktionierenden Systems
- Presentation Mode
- zeigt, wie Profi die Aufgabe erledigt
- aktuelle Aufgabe/Prozedur
- keine Manipulation, freie Navigation in Präs.
- Guides Mode
- StepbyStep --> betonung Prozedur
- aktuelle Aufgabe/Prozedur
- beschränkte Manipulaition, Bewertung des Schülers
- Free Mode
- Betonung Selbstständigkeit + Verständnis
- aktuelle Aufgabe, keine akt. Prozedur
- freie Manip, Schüler darf fehler machen, Kausalitäten, Bewertung des Schülers
Ordnen Sie den einzelnen Phasen des Produktlebenszyklus typische Anwendungsgebiete von VR zu!
- Marketing: Produktvisualisierung auf Messen
- Zieldefinition, Konzept./Detallierter Entwurf: Design Reviews mittels virtueller Prototyp
- Prototypenbau: virt. Prototyp
- Test: Funktions- und Steuerungstests; NC Programmierung
- Prozessplanung: 3D Fabrik u. LayoutPlanung
- Produktion: Montagetraining
- Auslieferung: Vertriebsunterstützung+
- Benutzung: Training v. Bedienung u. Wartung
XXX Erläutern Sie an Beispielen den Mehrwert/Nutzen, der aus der Anwendung von VR gezogen werden konnte!
- DicoWeb Druckmaschine
- interaktives Training (Ein-Ausbau des Laserkopfes)
- Abbildung komplexer Prozesse
- Wartungsanleitung für Airbus
- traditionelle Doku mit 3D Modell
- interaktive Wartungsanleitung
- Montageprozess Verbessert bei Deere & Co.
- Virtuelle Probefahrt / Probesitzen bei Lexus / Audi
- Baudokumentation bei RWE: Transparenz