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PolyVR

PolyVR
Ansprechpartner:

Dipl.-Phys. Victor Häfner

Links:
Projektgruppe:

FG 3: Smart Immersive Environments

Starttermin:

April. 2009 

"PolyVR" ist eine Virtual Reality Engine, die skalierbare und schnell generierbare VE-Systemlösungen unterstützt

PolyVR - Virtual Reality Authoring System

A Shortcut to Virtual Reality

PolyVR ist ein Virtual-Reality-Autorensystem, das dem Benutzer erlaubt, immersive und interaktive virtuelle Welten dynamisch zu erstellen. Die ersten Entwicklungen an der Virtual Reality (VR) Software haben am IMI im Jahr 2009 begonnen und heute verfügen wir über ein ausgereiftes VR-Werkzeug, das in zahlreichen Projekten und Lehrveranstalgungen eingesetzt und dadurch ständig weiterentwickelt wird.

Die Inhalte einer virtuellen Anwenung sind von der Hardware-Konfiguration abstrahiert, dies erlaubt es, Inhalte flexibel und dynamisch aufzusetzen, auch bei komplexen verteilten Visualisierungssystemen. Außerdem kann die Hardware-Konfiguration dynamisch während der Laufzeit geändert werden.

Eine 3D-Szene wird durch Manipulation und Konfiguration der Szenengraph-Knoten sowie durch Python-Scripte für dynamische und interaktive Inhalte realisiert. Python-Bindings bieten Zugriff auf alle integrierten Funktionen von PolyVR. Dies ermöglicht eine schnelle und flexible Einbindung von externen Bibliotheken oder andere Ressourcen und ist eine sehr intuitive Sprache mit geringer Lernkurve.

Vorteile:

  • Schnelle Entwicklung von virtuellen Umgebungen durch einfachen Datenimport, Python Scripting, Shader-Editor, Physik-Engine, benutzerfreundliche grafische Benutzeroberfläche und erweiterte Features

  • Dynamische und skalierbare Hardware-Konfiguration; Unterstützung einer Vielzahl von VR-Geräten (inkl. Tracking-Systeme, haptische, mobile Geräte, Leap Motion, MYO)

  • Verteilte Stereo-Visualisierung (vom Desktop und HMDs bis zu komplexen Virtual Reality-Systemen wie CAVEs);     

  • Basiert auf Open-Source-Bibliotheken wie OpenSG, Bullet und andere

  • Hauptanwendungsgebiete: Ingenieurwissenschaftliche Themen für die Forschung, Bildung und Industrie;

 

PolyVR Services and Applications

Dienstleistungen: 

IMI bietet folgende Dienstleistungen im Bezug auf Virtual Reality und PolyVR Software:

  • Beratung rund um das Thema Virtual Reality: Hardware, Software, Anwendungen und Schnittstellen

  • Installation

  • Hardware-Konfiguration

  • Customizing - spezifische Anpassungen zur Anwendung

  • Core-Entwicklung - Entwicklung neue Module  

  • Schulung  

  • Support

Haben Sie fragen? Hier geht es zu den Kontaktdaten!

 

 

Datenimport:

So wird der Import unterschiedlichster Daten erleichtert, wie zum Beispiel 3D-Inhalte in Form von Numerik-, Netz-, Volumen- oder CAD-Daten. Zusätzlich können auch Animationen, Ton und physikalische Echtzeitsimulationen in die VR-Szene eingebunden werden. PolyVR verfügt über einen optimierten Importer für VRML-Dateien, die aus dem CAD-Tool SolidWorks exportiert wurden. 

3D-Modelle

.dae (Collada), .3ds, .wrl (VRML 2.0/97), .obj, .ply, .stp (AP214e3 in Entwicklung)

3D-Scans/Punktwolken  

.e57

Texturen/Bilder

.jpg, .png

Vektorgrafik/2D-Layouts

.svg, .dxf (in Entwicklung)

Sound

.mp3, .wave

Sonstige

.owl, .xml, .html

 

Unterstützung von VR-Hardware: 


Wichtigste Eigenschaften von "PolyVR" sind dabei die flexible Konfiguration und einfache Einbindung aller gängigen VR-Ein- und Ausgabegeräte wie Trackingsysteme und Computer-Cluster für verteilte Visualisierung. Headtracking ermöglicht die ständige Anpassung der Nutzerperspektive und hat einen noch wesentlich größeren Einfluss auf die Tiefenwahrnehmung als die stereoskopischen Darstellungen. Die 3D-Anwendungen sind von den Hardware-Systemen entkoppelt, dies erlaubt einen flexiblen Einsatz der Applikation auf allen unterstützenden Hardware-Systemen. Die dadurch erreichte Skalierbarkeit von Lösungen erlaubt somit den Einsatz nicht nur in hoch immersiven VR-Umgebungen wie CAVEs oder Holospaces, sondern ebenso auf KMU-gerechten VR-Umgebungen, z. B. unter Einsatz von 3D-Fernsehern, VR-Brille (HMDs). PolyVR unterstützt haptische Geräte (Fa. Haption), sowie neuartige Interaktionsgeräte wie Leap Motion, MYO Armband. Eine mit dem Scripting Modul verknüpfte REST-Schnittstelle ermöglicht eine sehr leichte Anbindung von mobilen Geräten an die Applikationslogik.

 

Abbildung: Hardware konfiguration einer CAVE; Visualisierung und Simulation virtueller Fabrik

 

Grafische Oberfläche: 

Weiterhin bietet die intuitive Benutzeroberfläche eine einfache Bedienung, auch für nicht VR-Experten. Interaktive 3D-Inhalte können an der laufenden Anwendung verwaltet, verändert und erweitert werden. Eine intuitive Darstellung des Szenengraphen erlaubt jeden Aspekt der Szene wie 3D-Modelle, Licht, Kameras oder Interaktion schnell zu verändern. 

Python Scripting:

Die in "PolyVR" integrierten umfangreichen Möglichkeiten Skripte zu erstellen, sind für Entwickler ein bequemes Werkzeug zur Implementierung komplexer Funktionalität. Das Phython Scripting ermöglicht die implementierung von Logik, Interaktion und Animaitonen in der VR Szene. Alle Features von PolyVR sind von Skripten zugreifbar wie Szenengraphenoperationen, das Importieren oder das Erstellen von Inhalte, Physik, Beleuchtung, Kameras und andere.

Physik-Engine:

Bullet-Physik ist eine Open Source Physik-Engine, die 3D-Kollisionserkennung, Simulation von Physik starrer Körper und Simulation von nicht-elastischer Physik mit Deformationen unterstützt.  PolyVR verwendet diese Physik-Engine für die realisierung der realistisches Verhalten von dynamische Objekte in virtuellen Umgebungen. 

Erweiterte Funktionalitäten: 

Eine schnelle und einfache Erstellung von grafische Oberflächen und Interaktion im VR bietet die Möglichkeit Webseiten in PolyVR zu hosten und diese als Texturen an dem 3D-Objekte zu rendern. Der Nutzer kann mit der Webseite interagieren, so wie im Browser gewohnt. Dies befähigt die VR-Entwickler mithilfe von HTML, CSS, WebGL schnell Menüs für VR zu realisieren. Ein QR-Code Generator ist integriert und erlaubt die QR Code-Texturen überal in der virtuellen Welt zu plazieren. Dies ermöglicht eine sehr bequeme Lösung zur Encoden von URLs für die Nutzer, um sich einfach mit der Anwendung zu verbinden. Dies kann nützlich sein, wenn Smart Geräte für Steuerung der virtuelle Umgebung verwendet werden. 

 

Source-Code:

PolyVR ist open-source unter GPLv3 Lizenz und kann vom GitHub heruntergeladen werden. 

 

Dokumentation: 

Im GitHub Wiki findet man Information über PolyVR Features, Installationshinweise und Dokumentation. Nach der Installation von PolyVR hat man Zugriff auf zahlreichen kleine Beispielsanwenungen (siehe Examples), die den Einsatz der meisten Features des Tools erklären.

 

Betriebsystem: 

PolyVR ist unter dem Linux Betriebsystem Ubuntu 14.04 und 16.04 getestet. Es wird an einem Windows-Portierung gearbeitet. Für mehr Informationen bitte nehmen Sie Kontakt mit uns auf.

 

Anwender: 

  • Lifecycle Engineering Solution Center (LESC) am KIT, Karlsruhe
  • House of Living Labs, Forschungszentrum Informatik (FZI), Karlsruhe  
  • Institute of Materials and Processes (IMP) an der Hochschule Karlsruhe
  • Fakultät für Maschinenbau und Mechatronik (MMT) an der Hochschule Karlsruhe
  • Virtual Engineering Center an der Technical University of Sofia, Bulgarien
  • Virtual and Augmented Reality Lab at Sofia Tech Park, Sofia, Bulgaria
  • Formula Student KA-RaceIng e.V., Karlsruhe, Germany
  • Daimler AG
  • Schenk RoTec GmbH, Darmstadt
  • Siemens AG
  • EnBW Energie Baden-Württemberg AG
  • NetzeBW GmbH

 

Anwendung in der Lehre:

 

 

Anwendung in Projekte am IMI: 

  • DriveSim - Driving Simulator for Driving Students in China
  • dimenSion - Multidimensionales Service Prototyping
  • SkillPro - Skill-based Propagation of "Plug&Produce"-Devices in Reconfigurable Production Systems by AML
  • 3DConFu - 3D Raumrekonstruktion und intelligente Möbelkonfiguration
  • SimViDekont - Aufbau eines Simulationsmodells zur Qualifizierung des neuen Vibrationsverfahrens für Dekontamination von Rohrleitungen
  • DRIVE - Mixed Reality Driving Simulator
  • EMOVR
  • KOBIMU
Abbildung: Ergebnisse des Projektes "SimViDekont", in der Mitte Visualisierung der FEM-Simulation.

 

 

Publikationen: 

  • Haefner, Victor. "PolyVR-A Virtual Reality Authoring System." In Proceedings of the 20th Eurographics Symposium on Virtual Environments (2014), Eurographics Association.
  • Haefner, Polina, et al. "Interactive Visualization of Energy Efficiency Concepts Using Virtual Reality." In Proceedings of the 20th Eurographics Symposium on Virtual Environments (2014), Eurographics Association.
  • Ovtcharova, Jivka, et al. "Innovation braucht Resourceful Humans Aufbruch in eine neue Arbeitskultur durch Virtual Engineering." Zukunft der Arbeit in Industrie 4.0. Springer Berlin Heidelberg, 2015. 111-124.
  • Katicic, Jurica, Polina Häfner, and Jivka Ovtcharova. "Methodology for emotional assessment of product design by customers in virtual reality."PRESENCE: Teleoperators and Virtual Environments 24.1 (2015): 62-73.
  • Katicic, Jurica, Polina Häfner, and Jivka Ovtcharova. "Methodology for immersive emotional assessment of virtual product design by customers."Proceedings of the 5th Joint Virtual Reality Conference. Eurographics Association, 2013.
  • Schuck, Hendrik; Häfner, Victor; Ovtcharova, Jivka. Qualifizierung eines neuartigen Vibrationsverfahrens zur Dekontamination von Rohrleitungen. Digital Engineering zum Planen, Testen und Betreiben technischer Systeme, 17. IFF-Wissenschaftstage 2014.
  • Handfest, Alexander; Schröder, Michael; Grefe, Philip; Carra, Pablo; Häfner, Polina. "Integration eines realenFahrzeugs in eine Mixed-Reality-Fahrsimulation", 
  • Häfner, P., Vinke, C., Häfner, V., Ovtcharova, J., & Schotte, W. (2013). The impact of motion in virtual environments on memorization performance. In 2013 IEEE international conference on computational intelligence and virtual environments for measurement systems and applications (CIVEMSA) (S. 104–109). New York: IEEE.
  • Häfner, Victor; Siebel, Jan; Häfner, Polina; Rogalski, Sven. "Interaktive Flexibilitätsbewertung in virtuellen Welten". Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb (ZWF), 108. Jahrgang, Hanser Verlag, Heft März 2013, S. 123-127

 

Videos von zahlreichen Projekten können Sie in unserem IMI_KIT YouTube Channel sehen.