Digital Twin Data Model in Real-Time 3D Environments: Integrating PLC Data with Universal Scene Description

Bachelorarbeit M. Kreuzer

With Industry 4.0 becoming more prevalent, there's an evident need for systems capable of displaying and handling real-time operational data. Digital Twins, which are virtual representations of actual systems, present a viable solution. However, a prominent challenge lies in the integration of real-time PLC (Programmable Logic Controller) data with these Digital Twins.

One primary question my thesis seeks to address is: How can a data model be constructed that incorporates PLC data into a real-time 3D Application? To achieve this, the thesis will explore existing methods in data integration, data modeling, digital twin technology, and PLC systems.

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Untersuchung der technischen Möglichkeiten von webbasierten 3D-Technologien in der Produktpräsentation

Bachelorarbeit H. van Duong

Durch aktuelle Veröffentlichungen wie der Vision Pro von Apple erhält die Etablierung von AR Technologie einen signifikanten Schub. Besonders der Einstieg eines einflussreichen Unternehmens in den AR-Markt , wie Apple, trägt dazu bei, AR weiter zu festigen. Speziell Apple User mit iOS Geräten können mittels WebAR bestimmte Apple Produkte in ihren Raum stellen. Während im E-Commerce-Bereich bereits Anwendungsfälle für AR vorhanden sind, ist die Integration dieser Technologie auf herkömmlichen Webseiten noch nicht selbstverständlich. Bei Betrachtung von 3D bezogenen Webseiten ist die Darstellung von 3D-Objekten von großer Bedeutung, jedoch werden diese häufig nur in Form von Grafiken oder Showreels präsentiert. Derweil gibt es bereits weitere Darstellungsformen, um ein Produkt auf Webbrowsern zu präsentieren. So ist die Überlegung, Webseiten auf eine weitere Ebene zu bringen, um Produkte optimaler darzustellen, indem webbasierte 3D-Technologien verwendet werden. Dadurch gibt die Präsentation von verschiedenen Arten von 3D-Modellen potentiellen Kunden ein tieferes Verständnis eines Produkts.

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Analyse des Einflusses von 3D-Szenendaten unterschiedlicher Ausprägung auf ihre Präzision und Anwendbarkeit für MR Remote Support Anwendungen in Unity

Bachelorarbeit F. Bieber

 

Der Markt von Mixed-Reality (MR) Remote Support Angeboten vergrößert sich seit einigen Jahren stetig um neue Bewerber mit eigenen Produkten. So bietet Microsoft den Dynamics 365 Remote Assist an, oder TeamViewer ihre Assist AR Anwendung. Durch derartige Angebote kann eine vor Ort agierende Arbeitskraft mit zusätzlichem Wissen von remote zugeschalteten Fachkräften ausgestattet werden und somit flexibel mit Szenarien umgehen, für welche das eigene Wissen nicht ausreicht. Während bei zuvor programmierten VR-Trainings oder dem Augmentieren der sichtbaren Umgebung mit vorher bereitgestellten Informationen eher ein Lernszenario entsteht, ermöglichen es MR Remote Support Angebote, in spezifischen Szenarien die Fähigkeiten flexibel zu erweitern. Hierbei werden nicht gezielt die eigenen Fähigkeiten geschult (dies ist wenn dann eher ein positiver Nebeneffekt), sondern temporär um die anderer Fachkräfte erweitert. Somit kann je nach Szenario die Anwesenheit verschiedener Mitarbeiter flexibel simuliert werden und bspw. eine Person vor Ort die Fähigkeiten eines ganzen Teams nutzen. So wird die Gruppenstärke zum Vorteil, anstatt auf eine umfangreiche Palette an Fertigkeiten des Einzelnen zu setzen.

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Entwicklung eines Systems zur besseren und flexibleren Gestenerkennung mit der Oculus Quest mit Hilfe eines Maschine Learning Verfahrens

Masterarbeit P. Finger

Virtuelle Realität (kurz: VR) ist schon lange keine belanglose Spielerei mehr, sondern konnte sich im Laufe der Jahre in den verschiedensten Anwendungsgebieten als wertvolle Technologie etablieren. Neben der Unterhaltungsbranche wird VR auch in anderen wichtigen Bereichen, wie der Medizin, Architektur, aber auch beispielsweise in der Ausbildung diverser Berufe erfolgreich eingesetzt. Ein besonderes Augenmerk liegt hierbei in den meisten Fällen auf der Immersion. Also dem/der Nutzer/in durch das Eintauchen in die virtuelle Welt das Gefühl zu vermitteln, in dem Moment sich gerade wirklich in einer realen Situation zu befinden und dementsprechend mit der Welt interagieren zu können.

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Entwickeln einer Visualisierung des Digital Twins einer OP zur Verbesserung der medizinischen Aus- und Weiterbildung

Bachelorarbeit L. Hausmann

"Was ist, wenn ich ein schlechter Arzt werde?" Diese Frage lauert bei vielen angehenden Medizinstudenten über der gesamten Ausbildung. Dies ist einer der Gründe, warum laut einer Studie des US-Ärzteblatts jeder vierte Medizinstudent, in der Altersgruppe zwischen 18 und 25 Jahre alt, unter Depressionen leidet. Zeitdruck und die nur bedingte Möglichkeit/ Verfügbarkeit der praktischen Erfahrungssammlung im OP verstärken diese Probleme. Sofern praktische Erfahrungen im OP gesammelt werden können, gehen diese meist aus zeitlichen und rechtlichen Gründen, nicht über die Funktion als sogenannter "Hakenhalter" hinaus.

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Entwicklung eines Systems zur automatischen Ausleuchtung von Architektur

Bachelorarbeit K. Schultheis

Visualisierungen ermöglichen eine bildliche Darstellung von Informationen. Dadurch sollen komplexe Inhalte verständlicher gemacht werden. In der Architektur werden 3D-Visualisierungen unter anderem verwendet, um virtuelle Besichtigungen von Modulhäusern zu ermöglichen. Ein Modulhaus ist ein aus mehreren Elementen zusammengesetztes Haus. Es wird in verschiedene Bausteine unterteilt, die individuell miteinander kombinierbar sind. So kann der Kunde ein Haus nach den eigenen Vorzügen zusammenstellen. Die virtuelle Besichtigung bietet einen visuellen Eindruck des zukünftigen Eigenheims vor dem Hausbau.

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Untersuchung der technischen und geometrischen Machbarkeitsgrenzen von 3D-Druck-Eisformen

Bachelorarbeit D. Knöchel

Mit dem wachsenden Fortschritt der 3D-Druck-Technologie entstehen auch stetig neue Einsatzbereiche für diese Technologie. Da das Aussehen von Lebensmitteln einen großen Effekt darauf hat, wie beispielsweise schmackhaft, gesund oder auch interessant sie auf Menschen wirken, ist erforscht und anschließend auch umgesetzt worden, wie man Zutaten als Druckmaterial nutzen kann, um Lebensmittel wie Nudeln, Marzipan oder Schokolade in außergewöhnliche Formen zu drucken. Größerer Beliebtheit erfreut sich nun auch eine etwas andere Methode, Lebensmitteln eine neue Form zu geben. Als Positivform 3D-gedruckte Modelle werden genutzt, um durch ein Umhüllen mit beispielsweise Silikon Negativformen zu erstellen, in die eine Flüssigkeit gegeben werden kann. Das virtuelle Modellieren der 3D-Modelle erlaubt eine schnelle, leicht anpassbare, gut wiederholbare und dabei sehr detailreiche Produktion von Lebensmittelformen. Die Integration eines 3D-Druck-Workflows kann für Lebensmittelproduzenten also sehr sinnvoll sein.

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Vergleich von Videostilen und Animationsarten im Kontext von Erklärvideos

Masterarbeit S. Trautmann

Die Nutzung von Videos im Rahmen der Weiterbildung, sei es im privaten oder im schulischen Kontext, sind schon seit längerem nicht mehr aus dem Alltag wegzudenken. Studien bestätigen, dass ein Großteil Videos zum Lernen verwenden. Bevorzugt werden dabei kurze, informative Videoformate – sogenannte Erklärvideos. Diese existieren in vielen verschiedenen Varianten, angefangen bei Realfilmen bis hin zu unterschiedlichen Animationsarten. Möglich sind hierbei zweidimensionale (2D), dreidimensionale (3D) sowie eine Kombination beider, die zweieinhalb-dimensionalen (2,5D) Animationen. Weiterhin möglich sind Unterschiede beim verwendeten Animationsstil. Bei diesem handelt es sich um die optische Visualisierung der Inhalte – bspw. durch den Whiteboard-Stil, den Cartoon-Stil oder den oft eingesetzten Flat-Stil. Letzterer ist ein minimalistischer Gestaltungsstil, der im Gegensatz zum Cartoon-Stil weniger kindlich wirkt und auf Details sowie weitere Verzierungen weitestgehend verzichtet. Beim Whiteboard-Stil werden hingegen selbst gezeichnete oder selbst gezeichnet aussehende Elemente auf einem einfarbigen Hintergrund geschrieben und/oder animiert.

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Entwicklung und Test einer Evaluationsmethode für Renderings (anhand von Eevee und Cycles)

Bachelorarbeit D. Cibis

Um ein 3D-Rendering zu erzeugen, ist es möglich auf verschiedene Renderer zurückzugreifen. Die Funktionsweise dieser Renderer lassen sich entweder den Echtzeit-Renderern oder den Offline-Renderern zuordnen. Hierbei berechnet der Offline-Renderer das 3D-Rendering annähernd physikalisch korrekt, was allerdings eine lange Berechnungszeit in Anspruch nehmen kann. Der Echtzeit-Renderer löst das Problem der langen Renderzeiten, liefert allerdings ein physikalisch ungenaueres Ergebnis, vor allem durch die lediglich geschätzten Lichtreflektionen. Je nach Rendering sind die Unterschiede gering, beziehungsweise können diese in Kauf genommen werden, wenn dadurch die Renderzeit eingespart werden kann. Also sollte vor der Erstellung eines 3D-Projektes überlegt werden, welche Rendermethode für das gewünschte Rendering in Frage kommt.

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Generalisierung von prozeduralen Animationen bei Autorenwerkzeugen in digitalen Lernumgebungen

Bachelorarbeit D. Hirsch

In den letzten Jahren haben sich zahlreiche Unternehmen verstärkt auf die Darstellungen von Produkten und Leistungen in dreidimensionalen (3D) oder Virtual Reality (VR) Umgebungen konzentriert. Aktuelle Trends streben sogar die vollkommene Integration von Benutzer*innen in digitalen Welten (i.e. Metaverse) an. Diese Entwicklung trifft nicht nur auf kommerzielle Systeme, sondern auch auf digitale Lernumgebungen zu. Neu entwickelte Werkezeuge wie Machine@Hand ermöglichen Fachautoren die Vermittlung von Wissen an digitalen Zwillingen von real existierenden 3D-Objekten. Die größte Hürde bei diesen Autorenwerkzeuge ist dabei die Zugänglichkeit. Viele Systeme zur Erstellung oder Bearbeitung von 3D-Inhalten benötigen technisches Fachwissen in den Bereichen 3D-Modellierung, Texturierung, Shading, Animation und Rendering (z.B. in Blender, Maya oder Cinema3D), sowie Grundkenntnisse im Bereich Programmierung und Anwendungsentwicklung (z.B. in Unity oder Unreal Engine). Um Fachautoren aus unterschiedlichen Anwendungsbereichen zu unterstützen, ist es daher notwendig, diese Prozesse zu abstrahieren und die Interaktion zu vereinfachen.

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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