Design digitaler räumlicher Strukturen und Umgebungen als Werkzeug zur Projekt- und Prozesskommunikation
Studium · TU Dresden · 22. März 2024 · Felix Schmitt ·
Schlagwörter: Beleg, CFLab, Container, Designprozess, digital Twin, Omniverse, Rendering, Transition Space, VR
Im Rahmen von Vitus Pacholleck’s Forschungspraktikums lag der Fokus darauf, den exemplarischen Aufbau von Maschinen und Strukturen innerhalb des Construction Future Lab in eine digitale Umgebung zu überführen.
Das Construction Future Lab (CFLab) befindet sich zukünftig in der Nähe von Görlitz und ist ein Technologiepark, in dem die Baumaschinentechnik der Zukunft (mit-) entwickelt und getestet wird. Ein aus Designsicht zentraler Aspekt ist die Kommunikation von wissenschaftlichen Erkenntnissen und Ergebnissen.
Daher ist es für das CFLab und das Forschungspraktikum entscheidend, Projekte zu verschiedenen Zeitpunkten und in variablen Konfigurationen kohärent darzustellen.
Was ist überhaupt die zugrundeliegende Motivation für dieses Thema?
Die deutsche Bauindustrie zählt zu den am wenigsten von der Digitalisierung erfassten Wirtschaftszweigen. Aktuell visualisieren nur 21 Prozent der Bauunternehmen Projekte in 3D. Prognosen gehen davon aus, dass sich dieser Anteil in naher Zukunft voraussichtlich auf 43 Prozent verdoppeln wird. Die Branche befindet sich im Wandel der Digitalisierung, wobei Building Information Modeling (BIM) eine lückenlose Kommunikation zwischen Planern, Logistik, Gewerken und Auftraggebern ermöglicht. Obwohl ein Drittel der Bauwirtschaft Deutschlands sich noch im Grundstadium der Digitalisierung befindet, steigt die Akzeptanz und Bereitschaft zu Investitionen. Die Integration digitaler Werkzeuge zeigt einen Mehrwert für viele Prozesse in der Bauwerksplanung. Gleichzeitig sehen sich Forschungseinrichtungen wie das Construction Future Lab (CFLab) vor Herausforderungen bezüglich der Kommunikation von wissenschaftlichen Erkenntnissen sowie der eigenen zukünftigen Ausrichtung. Angesichts der Verschmelzung von Welten durch Trends wie das Metaverse avancieren Spiele- bzw. Render Engines zu validen Werkzeugen in Forschung und Entwicklung sowie zur Erschaffung immersiver Erfahrungen.
Deshalb zielt die Arbeit darauf ab, zu Beginn noch rudimentäre digitale Zwillinge von Maschinen und Strukturen zu erstellen, um Zukunftsabschätzungen hinsichtlich Verschleiß und Entwicklungspotenzialen zu ermöglichen.
Ein digitaler Zwilling repräsentiert ein physisches Objekt, einen Prozess oder ein System digital und erlaubt die Replikation von Ereignissen aus der physischen Welt im digitalen Raum.
Die Technologie sammelt und analysiert Echtzeitdaten, die in ein BIM-Modell eingespeist werden können, um eine bessere Zusammenarbeit der am Bauprozess beteiligten Parteien zu gewährleisten. Digitale Zwillinge werden über den gesamten Lebenszyklus eines Objekts verwendet und erfordern hohe Rechenleistung und Speicherkapazität. Kohärente Darstellungen durch Render Engines sind notwendig, um den Bauprozess verständlich zu transportieren, während immersive Erfahrungen zB. in VR mithilfe von Methoden des Storytelling Außenstehenden effizient Werte und Informationen vermitteln können.
Render Engines fungieren als Schnittstelle zwischen digitalen 3D-Modellen und ihrer finalen visuellen Darstellung. Sie berechnen Licht, Schatten, Texturen und andere visuelle Effekte und werden in verschiedenen Anwendungen wie Filmproduktionen, Videospielen und Architekturvisualisierungen eingesetzt, um realistische visuelle Inhalte zu erzeugen.
Das Ergebnis der Arbeit ist ein multifunktionaler Raum und dessen Nutzungskonzept. Die Zielgruppe (bekannt aus datenbasierten Personas einer vorherigen Projektarbeit) wurde einbezogen, um ein Konzept für das Design des Raumes zu erstellen, das relevante Interaktionszeitpunkte berücksichtigt. Ein großer Teil der Arbeit beschäftigte sich mit der optimalen Nutzung der geschaffenen 3D-Daten zur Gestaltung von Strukturen, die relevante Prozesse vermitteln können. NVIDIAs Plattform Omniverse ermöglicht es, die räumlichen Strukturen in variablen Konfigurationen miteinander zu vergleichen und interaktiv zu erleben. Die visuelle Wiedergabe der 3D-Szene verbessert den Austausch mit den Nutzenden und ermöglicht parallel eine kollaborative Bearbeitung, Präsentation und Nutzung des Projekts in den individuellen Werkzeugen jeder bearbeitenden Person.