Leistungsvergleich zwischen WebGL und WebGPU in Webapplikationen unter Verwendung von React Three Fiber

Bachelorarbeit M. Geck

Die digitale Transformation und der Fortschritt in der Grafikkartentechnologie haben die Möglichkeiten zur Darstellung von 3D-Inhalten im Web maßgeblich erweitert. Seit 2011 hat sich WebGL als offizieller Webstandard des World Wide Web Consortium (W3C) etabliert, der interaktive 3D-Szenarien direkt im Browser ermöglicht. Trotz der bewährten Funktionalität und breiten Browserunterstützung ist die grundlegende Architektur von WebGL seit seiner Einführung weitgehend konstant geblieben – ein Umstand, der gerade angesichts der signifikanten Leistungssteigerungen moderner Grafikprozessoren, welche durch höhere Rechenleistung und optimierte Renderprozesse auf sich aufmerksam machen, zunehmend ins Gewicht fällt. Diese Entwicklungen im Hardwarebereich ermöglichen der Low-Level-API WebGPU einen neuen Ansatz, der durch direkten Zugang zur Grafik-Hardware nicht nur komplexere, sondern auch visuell anspruchsvollere 3D-Inhalte in Echtzeit darstellen kann.

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Untersuchung von Export-Add-ons in Blender zur Optimierung von Workflows und User Experience

Bachelorarbeit L. Salazar Lopez

Die Arbeit mit 3D-Modellen, Texturen und Animationen findet oft über eine Variation von Programmen statt und kann sehr zeitaufwendig sein. Der Datenaustausch zwischen den Programmen kostet besonders viel Zeit, da der Benutzer gleichbleibende Export-Einstellungen für unterschiedliche Modelle jedes Mal erneut einstellen muss. Im Zweiten Deutschen Fernsehen (im Folgenden als ZDF abgekürzt) werden Modelle in Blender überprüft und für das gewünschte Zielprogramm (VizRT oder die Webextension Babylon.js) aufbereitet. Das bedeutet, dass Formate für das entsprechende Zielprogramm sowie Texturen in bestimmten Auflösungen eingestellt, in besonderen Fällen UV-Maps erstellt werden und die Polygonzahl der Modelle reduziert werden müssen. Der Benutzer muss dabei verschiedene Menüs aufrufen und sich die gewünschten Einstellungen zusammensuchen. Dieser Prozess kann für eine einzige Szene mehrmals durchlaufen werden, falls Fehler gefunden oder Änderungen im Nachhinein gewünscht werden. Dadurch geht einiges an Zeit für einen relativ gleichbleibenden Prozess verloren, welcher automatisiert werden könnte. Die Motivation dieser Arbeit ist es, durch eine gesammelte Darstellung der notwendigen Exportoption und Automatisierung bestimmter Prozesse den Exportprozess präziser und einfacher zu gestalten und dadurch den Workflow mit 3D-Modellen zu optimieren.

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Entwicklung, Integration und Evaluierung eines Walk-In-Place-Fußgängersimulators zur simulationsbasierten Verkehrsforschung

Bachelorarbeit A. Berrou

Simulatorstudien stellen bereits seit geraumer Zeit eine der wichtigsten Untersuchungsmethoden in der Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen dar. Ein wesentlicher Vorteil dieser Methode besteht in der Möglichkeit, kritische Situationen beliebig oft reproduzieren zu  können, ohne die Teilnehmer zu gefährden. Die Entwicklung autonomer Fahrzeuge, insbesondere ab dem Niveau SAE-Level 4, erfordert die Untersuchung der Interaktionen zwischen verletzlichen Verkehrsteilnehmern wie Fahrradfahrern und Fußgängern. Dies kann nur mit Simulatoren erfolgen, die die direkte Kommunikation zwischen den Verkehrsteilnehmern unterstützen bzw. abbilden können.
Gegenstand dieser Arbeit wird insbesondere die Rolle des Fußgängers im Straßenverkehr sein und in diesem Zusammenhang Fußgängersimulatoren, als wichtigstes Werkzeug in der simulationsbasierten Verkehrsforschung in diesem Feld. Die hier beschriebene Art der Forschung wird bereits seit dem Jahr 2020 im MoSAIC-Labor des Verkehrssystemtechnik Instituts des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. durchgeführt. Die Fußgängersimulation erfolgt dabei auf einer 360° begehbaren Plattform mit ca. 6 Metern Durchmesser, dem sogenannten OmniDeck. Hierbei werden die Nutzer beim Gehen über aktiv gesteuerte Rollen im Boden in das Zentrum der Plattform zurückgeführt.

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Untersuchung der Einsatzmöglichkeiten von CGI in der Social-Media-Kommunikation von Banken

Bachelorarbeit A. Schenk

Werbung ist in unserem Alltag allgegenwärtig und begegnet uns in verschiedenen Formen – sei es online, in sozialen Medien, im Fernsehen, auf Plakaten oder in Printmedien. Selbst im öffentlichen Raum, ob an Litfaßsäulen, auf Bussen oder in Bahnhöfen, wird Werbung gezielt eingesetzt, um möglichst viele Menschen zu erreichen. Im Fernsehen mit klassischer TV-Werbung, Videoclips und Banner auf Social-Media-Plattformen, oder auch Printwerbung an Litfaßsäulen im öffentlichen Raum, Werbebotschaften sind überall um uns herum. Social-Media-Plattformen zum Erstellen und Veröffentlichen von Kurzvideos wie TikTok, Instagram, erfreuen sich stetig wachsender Beliebtheit in der Bevölkerung und werden ebenfalls von Unternehmen für ihre Kommunikation genutzt. Werbeanzeigen als Kurzvideo für TikTok und Instagram haben dabei besondere Anforderungen. Auf einer Plattform, bei der das nächste spannende Video nur eine Wischbewegung mit dem Finger entfernt ist, gilt es herauszustechen und die Aufmerksamkeit des Zuschauers in den ersten Sekunden zu gewinnen und dann vor allem auch zu halten. Neben verbalen und inhaltlichen Aufhängern (engl. Hooks) in Videos, zum Beispiel eine interessante Erzählstruktur, Humor oder eine emotionale Verbindung zum Zuschauer herzustellen, gibt es auf visueller Ebene ebenfalls Optimierungsmöglichkeiten, um die View-Through-Rate (VTR) der Inhalte zu fördern und somit die Relevanz der Werbeanzeige für die Zielgruppe zu erhöhen. Der Einsatz auffällig großer Schrift, knalliger Farben oder auch das Einbinden von Soundeffekten sind nur einige Beispiele für geläufige Video-Hooks. Computergenerierte Inhalte und der Einsatz von CGI-Assets könnten einen neuen Weg eröffnen, Werbung interessanter und auffälliger zu gestalten und somit die Reichweite in der Social-Media-Kommunikation zu erhöhen.

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Optimierung von Virtual Reality-Umgebungen: Herausforderungen und Lösungsansätze am Beispiel eines Fahrradsimulators

Bachelorarbeit N. Pfening

Simulationen nehmen eine entscheidende Position in der Forschung und Entwicklung ein, indem sie komplexe Szenarien nachbilden und analysieren, ohne dabei reale Risiken einzugehen. Insbesondere Fahrsimulatoren haben sich als äußerst wertvolles Instrument erwiesen, um gefährliche Situationen zu erforschen und das Verhalten sowie die Wahrnehmung von Fahrern zu untersuchen. Die Integration von Virtual Reality-Technologie (VR) verleiht Simulatoren eine neue Dimension, die ein immersives und realistisches Erlebnis ermöglicht. Die Nutzung von VR stellt Entwickler jedoch vor Herausforderungen, besonders wenn die digitale Umgebung wie in Fahrsimulatoren den Außenbereich umfasst. Ein weites, freies Sichtfeld, gefüllt mit komplexer Geometrie wie Vegetation, kann die Hardware an ihre Grenzen bringen. Trotz nützlicher Game Engines wie der Unreal Engine oder Unity, fortschrittlicher Hardware sowie verschiedener Optimierungstechniken scheint es den meisten Simulatoren nicht möglich zu sein, die virtuelle Umgebung ohne Einbußen realistischer abzubilden.

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Künstliche Intelligenz in der Architekturvisualisierung

Bachelorarbeit J. Ilge

Gute Visualisierungen sind in der Architektur unabdingbar. Sie sind besonders wichtig, um Formen und Materialien zu präsentieren sowie die Funktionen des Gebäudes und das Gesamtkonzept zu verdeutlichen. Doch ein hochwertiges Rendering zu erstellen ist oft langwierig und kostspielig. Künstliche Intelligenz (KI) vereinfacht bereits vielerorts Prozesse und ermöglicht es Personen Dinge zu kreieren, die eigentlich weit über die Fähigkeiten des jeweiligen Nutzers hinaus gehen. Mit ihrer Hilfe wird Zeit, Aufwand und Geld gespart, allerdings auch ein Stück weit der Mensch am Arbeitsplatz ersetzt. Schon jetzt ist es kinderleicht mit einem KI-gesteuerten Programm Bilder zu erzeugen. Ein paar Zeilen Text, manchmal sogar nur wenige Worte und schon nach wenigen Sekunden erhält man das Ergebnis. Die KI kann auch mit bereits vorhandenem Bildmaterial gefüttert werden und auf dieser Basis etwas Neues erschaffen oder das Vorhandene verändern. Dies könnte auch für Architekten sehr interessant sein. So wäre es zum Beispiel denkbar, dass die KI anhand einer Skizze oder dem Screenshot eines 3D Modells ein photorealistisches Rendering des entsprechenden Bauwerks erstellen oder zumindest die Qualität eines rudimentären Renderings stark verbessern könnte. Auch gäbe es die Möglichkeit, sie bei der Konzeptfindung einzusetzen.

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Untersuchung von Konzepten für die interaktive 3D-Visualisierung von Produkten im Web

Bachelorarbeit P. Hagemann

Eine adäquate Produktdarstellung im Internet ist für Unternehmen zunehmend ein wichtiger Faktor für den Vertrieb von ihren Produkten. Dabei sind Innovationen und Kreativität, sowie die neuesten Trends wichtig, um möglichst die ganze Produktpalette mit individuellen Anforderungen, wie z.B. die Einhaltung von Qualitäts-, Kosten- oder Leistungsvorgaben darstellen zu können. In Online-Shops sind neben Produktbildern zunehmend auch 3D-Modelle der zu erwerbenden Waren zu finden. Manche Unternehmen gehen noch einen Schritt weiter und können mit Produktkonfiguratoren ihre Produktwelten anbieten und digital beraten. So können durch die Interaktion der Nutzer und Nutzerinnen alle möglichen Facetten eines komplexen Produkts gesichtet, aber auch verständlich präsentiert werden. Das bringt viele Vorteile in den Bereichen Marketing und Produktion mit sich, wenn sie in bestehende Shops integriert sind oder Teile einer Konfiguration mit Schnittstellen in der Herstellung verbunden werden können. Die 3D-Visualisierungstechnologie im Web scheint gegenüber den herkömmlichen Wegen, lineares 2D-Bild- und Videomaterial zu nutzen, durch die interaktiven Perspektiven eine Alternative zu sein.

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Vergleich von KI-gestützten und traditionellen Denoisern

Bachelorarbeit I. Demir

Im 3D-Rendering ist Rauschunterdrückung (Denoising) ein entscheidender Faktor, um eine hohe Bildqualität zu erzielen. Rauschen kann die Details und die visuelle Klarheit eines Bildes erheblich beeinträchtigen, weshalb es wichtig ist, effektive Methoden zur Rauschminderung zu finden. Traditionelle Verfahren wie Block-Matching, Non-Local Means und Wavelet-basierte Denoiser haben sich über die Jahre etabliert, aber sie stoßen oft an ihre Grenzen, wenn es um komplexe Szenen geht. Mit dem Aufkommen der künstlichen Intelligenz sind neue Ansätze entstanden, die das Rauschen nicht nur schneller, sondern auch präziser und detailreicher entfernen können. Diese Arbeit möchte die beiden Ansätze miteinander vergleichen. Dabei liegt der Fokus auf drei wichtigen Aspekten: der Bildqualität, der Effizienz und der Eignung für verschiedene Anwendungen.

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Entwicklung und Evaluation von minimalistischen Mimiken für 3D-Charaktere

Bachelorarbeit C. Schreiber

Gesichtsausdrücke sind eine universelle menschliche Sprache und drücken Emotionen, Gedanken und Absichten aus. Sie sind ein wichtiger Bestandteil menschlicher Kommunikation und sind daher auch in der Welt der 3D-Grafik von besonderer Wichtigkeit. Das Einfangen und Übertragen ausdrucksstarker Mimik des Menschen auf 3D-Charaktere kann dabei sehr schwierig sein, da das Gesicht sehr viele Muskeln beinhaltet, was die Übertragung in die Computergrafik deutlich erschwert. Minimalistische Mimik hingegen in den Vordergrund zu stellen, reduziert dabei das komplexe Gesicht eines Menschen in seine wesentlichen Bestandteile, was zu simplen und zu gleich einzigartigen 3D-Gesichtern führen kann. Diese wesentlichen Bestandteile nun sinnvoll einzusetzen, kann zu einer Herausforderung werden, da komplexe Gedanken und Emotionen sinnvoll und effektiv dargestellt werden müssen und bei minimalistischen Gesichtern nur wenige Gesichtsmerkmale zur Verfügung stehen.

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Vergleich von Kamera-Tracking-Systemen im Kontext von aktuellen Broadcast-Produktionen

Bachelorarbeit H. Siebert

Virtual Production ist seit ca. 2020 ein etablierter Teil von diversen Film- und Fernsehproduktionen. Es bietet die Möglichkeit, direkt am Set virtuelle Hintergründe und Darsteller zu verbinden. Die Darsteller*innen stehen hierbei auf einer Soundstage vor einer LED Wand oder einer ähnlichen Bildfläche, auf der die virtuelle Welt in Echtzeit gerendert wird. Das bietet vor allem Vorteile, wenn es um Reflexionen und indirekte Beleuchtung durch die Umgebung geht. Ein ähnliches Verfahren sind Greenscreen Broadcast Studios, wo der Moderatoren-Tisch als einziges Set-Element im Studio steht und der Rest des Sets in Echtzeit virtuell ergänzt wird. Der älteste Nutzen von einer verwandten Technologie sind AR Elemente bei Sport Events, die dem Zuschauer relevante Informationen veranschaulichen. Zwei der frühesten Beispiele hierfür sind die virtuelle First Down-Linie bei Football Spielen oder die K-Zone beim Baseball. Beides sind theoretische Bereiche im Spiel, die nicht auf dem Spielfeld eingezeichnet sind, aber trotzdem Spielrelevanz haben.

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Das Labor

BPP/BA-Betreuung

Wenn Sie Interesse an der Betreuung der Praxisphase mit anschließender Bachelorarbeit im Bereich 3D, VR/AR oder einem anderen der Themen des GDV-Labors und vielleicht auch schon eine Firma dafür gefunden haben, kontaktieren Sie uns einfach. Wir stehen gerne für die hochschulseitige Betreuung zur Verfügung.

Prof. Dr. Cornelius Malerczyk
M. Sc. Hans Christian Arlt