Bewährte Praktiken zur Entwicklung von XR für Industrieanwendungen

Zusammenfassung

In den letzten Jahrzehnten haben Entwickler die Industrie in den digitalen Bereich gebracht. Sie haben Online-Plattformen programmiert, auf denen Menschen alles kaufen oder verkaufen können. Sie haben offene Bibliotheken erstellt, die alles lehren, von 3D-CAD bis hin zum Roh-Erzschmelzen. Sie haben Netzwerkinstrumente entwickelt, um bei Designoptimierungen und 3D-Geometrie sowie vielem mehr zusammenzuarbeiten. Infolgedessen können Branchenexperten alles mit nur wenigen Klicks teilen und lernen. Aber um dies zu tun, müssen sie sich immer noch mit diesem digitalen Bereich verbinden.

Dies hat zur nächsten Stufe der digitalen Transformation der Industrie geführt. Anstatt die physische Welt der Industrie mit der digitalen zu verbinden, beabsichtigen die Entwickler, sie zu verschmelzen. Im Wesentlichen kommt der digitale Bereich nun direkt auf den Produktionsboden über virtuelle Realität (VR), erweiterte Realität (AR) und gemischte Realität (MR) – zusammenfassend als erweiterte Realität (XR) bezeichnet. Aktuelle Branchenanwendungen dieser Technologien umfassen:

• VR-Training auf digitalen Produktionslinien zur Verringerung der Risiken für Menschen, Produkte und Eigentum.
• AR-unterstützte Wartung, die es den Mitarbeitern ermöglicht, zu sehen, wie Designer ein Problem beheben möchten.
• MR-fähige Geschäfte, in denen Kunden Produkte virtuell besichtigen oder anprobieren, bevor sie kaufen.
• Industrieanwendungen von XR-Technologien stecken noch in den Kinderschuhen. Also könnten sich Branchenentwickler fragen, welche Anwendungen verfügbar sind.

Allerdings fragen sich Entwickler aufgrund der jüngsten Aufnahme von XR in die Industrie eine weitere Frage: Was sind die besten Praktiken, um diese Erfahrungen zu produzieren? Das wird hier besprochen.

Dieses E-Book wurde von engineering.com in Auftrag gegeben.

Was ist XR, und wie wird es die Industrie verändern?

Obwohl die meisten Entwickler instinktiv den Unterschied zwischen XR-Technologien kennen, ist es am besten, sie hier zu definieren, um eine Grundlage zu schaffen:

• Virtuelle Realität (VR) ist ein vollständig digitales Erlebnis; die einzigen Verbindungen zur realen Welt sind die Eingabe- und Anzeigegeräte eines Benutzers.
• Augmented reality (AR) ist eine sanfte Mischung zwischen der physischen Welt und dem virtuellen Bereich; digitale Vermögenswerte, Informationen und Daten werden über reale Vermögenswerte gelegt.
• Mixed Reality (MR) vermischt vollständig das digitale Reich und die physische Welt; digitale Vermögenswerte interagieren mit realen Vermögenswerten und umgekehrt.
• Extended Reality (XR) umfasst all das oben Genannte.

„Ich würde [XR] allgemein als das Schaffen von immersiven Erlebnissen definieren, die die Grenze zwischen der physischen und digitalen Realität verwischen“, stimmt Seth Glaze, Senior Technical Product Manager im Industrieteam bei Unity, zu. „Das umfasst speziell VR, oder virtuelle Realität, AR, erweiterte Realität und dann gemischte Realität.“

Ein industrielles Beispiel für VR könnte ein digitales Meeting oder Workshop sein. Hier interagieren Mitarbeiter aus der ganzen Welt gleichzeitig mit einer digitalen Landschaft und Digital Twins von realen Vermögenswerten. In Wirklichkeit trägt jeder Mitarbeiter ein VR-Headset und verwendet ein Eingabegerät, um mit der virtuellen Umgebung und den Digital Twins zu interagieren. Aber innerhalb des digitalen Bereichs konnten die Mitarbeiter die Zwillinge auf jede Größe skalieren (um die kleinsten Details zu inspizieren oder zu testen) oder die Leistung eines Produkts in jeder Umgebung simulieren.

Eine weitere gute Anwendung von VR ist das „immersive Training, [da es] oft der einzige Weg ist, um in großem Maßstab zu trainieren“, sagt Jerome Maurey-Delaunay, Senior Solution Architect im Industrieteam bei Unity. „Man kann [Auszubildende] nicht einfach so in ein Produktionswerk mitnehmen. [VR] kann [Einrichtung] Zugang zu [diesen] Mitarbeitern geben … um die Menschen an die Gefahren [und bewährte Verfahren] zu gewöhnen.“

Das oben erwähnte Wartungsbeispiel ist jedoch ein guter Beschreiber von AR. Stellen Sie sich vor, ein Wartungsingenieur trägt einen Schutzhelm mit einem Google Lens-ähnlichen Aufsatz. Das Display kann ihnen mitteilen, dass eine Maschine in der Produktionslinie gewartet werden muss, sie zu dem Ort führen, an dem sich die Maschine befindet, ihnen das defekte Teil an der Maschine zeigen und dann ein Video überlagern, das erklärt, wie dieses Teil repariert wird.

Mixed Reality geht über das Konzept der erweiterten Realität (AR) hinaus und kombiniert es oft mit VR-Elementen. Stellen Sie sich das obige Beispiel zur AR-Wartung vor. Erst jetzt arbeitet der Wartungsingenieur von zu Hause aus mit VR-Eingabegeräten und einem Headset. Aus der Perspektive des Ingenieurs durchqueren sie eine digitale Landschaft, die aus dem digitalen Zwilling der Produktionslinie besteht. In der Zwischenzeit repariert ein von diesem Ingenieur gesteuerter Roboter physisch eine Maschine an der physischen Produktionslinie.

Herausforderungen bei der Erstellung von industriellen XR-Erfahrungen

Mit XR-Begriffen, die vollständig definiert sind und deren Potenzial für industrielle Anwendungen klar ist, werden Entwickler natürlich anfangen, sich über die Herausforderungen Gedanken zu machen, denen sie bei der Erstellung dieser immersiven Erlebnisse gegenüberstehen werden. Jonathan de Belle, Softwareentwicklungsmanager im Industrieteam bei Unity, erklärt, dass sein Team oft gerufen wird, um Kunden bei der Anpassung ihrer Daten und Designs für XR-Anwendungen zu helfen. Infolgedessen kennt er die häufigen XR-Herausforderungen, mit denen Entwickler konfrontiert sind.

Er erklärt, dass die erste Herausforderung darin besteht, dass die 3D-Modelle des Kunden zu groß sind, um leicht in ein digitales Erlebnis integriert zu werden. De Belle sagt, dass sein Team oft mit „sehr großen, sehr detaillierten Modellen“ arbeitet. Die Anzahl der Teile ist enorm und jedes dieser Teile ist sehr detailliert, weil [wir mit] Fertigungsdaten arbeiten. Dies sind keine traditionellen Videospieldaten.

Eine verwandte, aber andere Herausforderung ergibt sich aus dem großen Volumen an Metadaten, die mit 3D-Modellen und anderen digitalen Assets verbunden sind. Beispiele für diese nicht-geometrischen Daten könnten die Materialeigenschaften eines Vermögenswerts umfassen. In einer XR-Erfahrung können diese Werte abgerufen und dem digitalen Display hinzugefügt werden. Obwohl die Streckgrenze eines Vermögenswerts nicht viele Daten sind, stammen sie wahrscheinlich aus Materialeigenschaftsdaten, die die gesamte Anlage umfassen - was eine Menge Daten sein können.

„Sie haben auch die nicht-visuellen Daten“, stimmt de Belle zu. „Sie möchten, dass diese Daten in vielen Fällen innerhalb der Anwendung zugänglich sind." Und diese … relevanten Informationen durchzubringen, ist ebenfalls eine Herausforderung, weil es so viele davon gibt."

Dieses Datenvolumen bringt eine weitere Herausforderung mit sich: XR-Hardware-Kompatibilität. Es lässt sich nicht vorhersagen, welches Gerät ein Benutzer möglicherweise hat, wenn er in freier Wildbahn auf ein XR-Erlebnis zugreift. Daher muss diese enorme Datenmenge übertragbar und mit zahlreichen Software- und Hardwaregeräten kompatibel sein, einschließlich älterer CPUs, GPUs und Headsets.

Dies bedeutet auch, dass Entwickler vor der Herausforderung stehen, ihre XR-Anwendungen zukunftssicher zu machen. Da viele mobile Geräte, wie Telefone, dazu neigen, jährlich zwischen Modellen zu wechseln, ist es genauso wichtig sicherzustellen, dass die XR-Erfahrung sowohl auf zukünftigen als auch auf älteren Geräten funktioniert.

Eine weitere Herausforderung, der sich Designer bei der Erstellung von XR-Modellen für Industrieanwendungen stellen müssen, besteht darin, dass sie in der Regel Zugang zu Digital Twins, proprietären Daten und Informationen benötigen, die in verschiedenen Unternehmensdatensilos eingeschlossen sind. Dieses Problem wird verschärft, wenn man mit Echtzeitdaten arbeitet. Da es wichtig ist, dass der digitale Bereich den physischen widerspiegelt, ist die Version Control von 3D-Assets und verschiedenen anderen Datenquellen entscheidend.

Bewährte Praktiken bei der Erstellung von XR-Erlebnissen

Obwohl XR-Erfahrungen unterschiedlich sein werden, hat Unity gezeigt, dass viele der Herausforderungen, denen Entwickler gegenüberstehen, gleich bleiben. Infolgedessen hat das Unternehmen bewährte Verfahren entwickelt, um viele dieser Herausforderungen zu bewältigen.

Fragen Sie sich: „Was löst dieses XR-Erlebnis?“

Glaze stellt fest, dass die erste und oft wichtigste bewährte Methode bei der Erstellung von XR-Anwendungen darin besteht, den Anwendungsfall und die Vorteile zu Beginn der Entwicklung zu verstehen und zu definieren. Die Integration von XR in industrielle Arbeitsabläufe sollte nicht nur darin bestehen, auf den neuesten Technologietrend aufzuspringen. Zum Beispiel gibt es keinen Vorteil, jedes Meeting in eine XR-Umgebung zu bringen, wenn ein Videoanruf ausreicht. Es ist nicht notwendig, immersive Erlebnisse den Nutzern aufzuzwingen, es sei denn, es löst ein greifbares Problem.

Indem sie zunächst den Anwendungsfall und den Nutzen einer XR-Anwendung definieren, können Entwickler diese Informationen nutzen, um ihren Umfang, ihr Budget und ihre Entwicklungszeit einzuschränken. Es hilft ihnen auch, viele der oben genannten Herausforderungen zu begrenzen. Sobald diese anfängliche XR-Erfahrung abgeschlossen ist, können Entwickler deren Umfang erweitern oder eine weitere erstellen.

Die besten XR-Erlebnisse sind auf das zu lösende Problem zugeschnitten

Sobald die Entwickler das Problem verstehen, das ihre XR-Erfahrung löst, können sie es besser auf dieses Bedürfnis zuschneiden. Zum Beispiel, wenn die Anwendung Folgendes tun soll:

• Helfen Sie Kunden, Produkte auszuprobieren, dann ist der ultimative Showroom der 'Hinterhof' der Kunden.
• Wartungspersonal schulen, dann ist der ultimative Schulungsraum Ihre eigene Ausrüstung.
• Testen Sie Produktdesigns, dann ist der ultimative Prüfstand die natürliche Umgebung Ihres Produkts.

Zum Beispiel bezieht sich Glaze auf einen australischen Entwickler, der sich auf immersive VR-Trainingserfahrungen für industrielle Anwendungen konzentriert. Eine dieser Erfahrungen bestand darin, Arbeiter darin zu schulen, Offshore-Ölplattformen zu reparieren. Die Ausrüstung läuft rund um die Uhr und kostet Millionen von Dollar, um sie zu stoppen. In der Zwischenzeit könnte die Simulation von Notfallszenarien auf diesen Vermögenswerten gefährlich sein. Daher ist es schwierig, Arbeiter im realen Umfeld an den Geräten zu schulen.

Um dieses Problem zu lösen, erstellte der Entwickler maßgeschneiderte Digital Twins von realen Geräten und integrierte sie in XR-Anwendungen. Während des Trainings verwenden die Mitarbeiter jetzt dieses Tool, um das Lösen potenzieller Probleme zu üben, die in der Realität auftreten können.

Der Entwickler stellte fest, dass es nicht ausreicht, wenn diese XR-Simulationen irgendeine Ölplattform modellieren; sie muss die Ölplattform modellieren, an der der Mitarbeiter arbeitet. Andernfalls könnten sie in einem entscheidenden Moment stolpern, während sie versuchen, ihr Trainingswissen auf die aktuelle Geräteausstattung zu übertragen.

Verwenden Sie die Modelle, die Sie haben

Die Industrie ist reich an Daten, Modellen und 3D-Geometrie, die in XR-Anwendungen genutzt werden können. Glaze nutzte das Beispiel eines Unternehmens, das Fahrgeschäfte und Attraktionen für einen Freizeitpark entwickelt. 3D-CAD-Modelle dieser Fahrgeschäfte und Attraktionen existieren bereits. So können sie verwendet werden, um die Entwicklung von XR-Anwendungen zu beschleunigen.

Freizeitparks sind begehrte Orte, aber nicht jeder hat die Mittel oder die Möglichkeit, sie zu besuchen. Dies kann als entgangener Umsatz für den Park und als verpasste Gelegenheit für potenzielle Besucher angesehen werden. Stattdessen könnte der Park immersive Erlebnisse schaffen, indem er seine 3D-Modelle nutzt, um diese Fans zu erreichen. Jetzt können mehr Menschen diese Attraktionen aus der Ferne nutzen, unabhängig von ihrem physischen Standort oder Zustand. In der Zwischenzeit schafft der Park eine neue Einnahmequelle, die den ROI dieser Attraktionen verbessert.

„Sie können diese Vermögenswerte viele Male wieder nutzen“, sagt Glaze. „Sie sind an diesem Punkt aus Sicherheitsgründen deaktiviert.“ Du wirst nicht dein gesamtes CAD-Modell einwerfen. Aber Sie können diese [defeatured models] wiederverwenden, um Ihr Vertriebsteam zu unterstützen. … Diese [experiences] könnten Dinge sein wie … virtuelle Anproben, oder Sie machen einen Rundgang durch Einrichtungen, die Sie mit diesen [models] erstellt haben.”

Bereinigen und optimieren Sie Ihre Daten, um in Echtzeit-3D zu arbeiten

Ein Großteil der internen 3D-Daten, auf die Entwickler der Branche Zugriff haben, liegt in Form von CAD-Dateien vor. Das ergibt Sinn, da CAD-Tools für industrielle Arbeitsabläufe wie Produktdesign, Entwicklung und Fertigung konzipiert sind. Diese Workflows erfordern mehr Informationen, als benötigt werden oder mit XR-Umgebungen kompatibel sind. Aber wie die vorherige bewährte Praxis behauptet, sollten diese CAD-Daten genutzt werden. De Belle und Maurey-Delaunay erklären, dass dieser Widerspruch in eine weitere XR-Entwicklungs-Best Practice einfließt: Daten straffen und vereinfachen.

„Trennen Sie Ihre Anwendung von Ihren Daten, externalisieren Sie die Daten“, sagt Maurey-Delaunay. Das ist wirklich wichtig, denn die nächste Hardware, die herauskommen wird, erfordert möglicherweise eine Überarbeitung der Daten, um den Hardwareanforderungen dieser Plattform gerecht zu werden. Wenn Ihre Daten in Ihre Anwendung eingebettet sind, wird es eine Menge Arbeit verursachen, das Projekt wieder zu öffnen, um die Daten zu erfassen."

Der erste Weg, dies zu tun, besteht darin, hierarchische Detailstufen (oder LODing) Ladesysteme zu erstellen, bei denen die Merkmale eines 3D-Objekts variabel sind. Im Wesentlichen sieht der Benutzer, wenn er ein Objekt aus der Ferne betrachtet, nur eine einfache Umrisslinie des 3D-Modells — selbst wenn dieses Objekt aus Tausenden von Teilen besteht. Wenn sich Benutzer nähern, werden mehr Details gezeichnet und mehr Modelle zur Erfahrung hinzugefügt. Schließlich werden genügend Daten in die digitale Realität gebracht, damit Benutzer in einzelne Teile zoomen können. De Belle bezeichnet dies als eine Polygon-Streaming-Methode für 3D-Geometrie.

Er erklärt auch, dass Werkzeuge verwendet werden können, um Daten aus CAD-Modellen zu extrahieren, damit sie in einer stärker „gamifizierten“ Umgebung verwendet werden können. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, geistiges Eigentum (IP) zu schützen. Diese Werkzeuge können variieren, wie viel von einem 3D-Modell abstrahiert wird, basierend auf dem XR-Anwendungsfall.

„Dies knüpft an die erste [beste Praxis] an“, sagt de Belle. Fragen Sie sich: „Was versuchen Sie mit diesen Daten zu tun und welche Teile der Daten kann ich vereinfachen?“ Dies wird Sicherheitsprobleme beseitigen, {reducing} Datenlecks, aber auf der anderen Seite wird es das Gesamtgewicht der Daten reduzieren und es viel einfacher machen, {it} tatsächlich in ein Echtzeiterlebnis zu bringen."

Zukunftssicher für neue XR-Ausrüstung, Datenquellen und Integrationen

Um den ROI einer XR-Erfahrung zu optimieren, müssen Entwickler sicherstellen, dass sie zukunftssicher sind. Dies bedeutet nicht nur, dass ein digitaler Zwilling innerhalb dieser Anwendungen ein reales Asset in Echtzeit widerspiegeln muss, sondern auch, dass die XR-Anwendung selbst mit aktueller XR-Hardware kompatibel ist. Um dies zu tun, sollten Entwickler sicherstellen, dass ihre Daten offenen Standards entsprechen. Dies kann schwierig sein, da Standards sich ständig weiterentwickeln und nicht gut für XR-Anwendungen definiert sind.

Um dem entgegenzuwirken, schlägt Maurey-Delaunay vor, dass automatisierte Systeme von entscheidender Bedeutung sind. „Intelligenz in unsere Werkzeuge eingebaut zu haben, macht einen großen Unterschied“, sagt er. „Es ist nicht nur eine Umwandlung {of 3D models}, sondern dynamische Umwandlungen, die sich an Ihren Anwendungsfall anpassen … Komplexe Baugruppen können 60 Aktualisierungen pro Tag sehen, richtig?“ Weil 30 Personen an verschiedenen Teilen daran arbeiten. Daher sind diese Automatisierungen entscheidend."

Klein anfangen, dann breiter werden

Eine XR-Erfahrung muss nicht von ihrer Veröffentlichung an eine ganze Organisation umfassen. Es kann und sollte oft klein anfangen, um die Entwicklung zu vereinfachen, Herausforderungen zu reduzieren und die Integration von Arbeitsabläufen zu verbessern. Es ist viel besser, eine XR-Anwendung zu erstellen, die einem Wartungsingenieur zeigt, wie man ein Teil repariert, als sie aufgrund von Feature-Creep nie zu veröffentlichen. Sobald sich die Erfahrung als wertvoll erwiesen hat, kann sie auf andere Situationen ausgeweitet werden.

Maurey-Delaunay stellt fest, dass dies erneut darauf zurückzuführen ist, zu fragen, welches Problem die XR-Erfahrung lösen wird, da dies hilft, ihren anfänglichen Umfang zu definieren. Er sagt: „Es geht darum, diese kleinen Probleme zu finden, sie zu lösen und dann darauf aufzubauen, sobald man den Return on Investment für diese Lösung nachgewiesen hat." Darauf bauen Sie auf, um immer mehr Probleme innerhalb der Organisation anzugehen."

Wie Unity helfen kann, XR-Erlebnisse zu schaffen

Mit Hilfe von Unity können Entwickler industrielle XR-Erfahrungen erstellen, während sie bewährte Verfahren einhalten und häufige Herausforderungen begrenzen.

Zum Beispiel kann Unity Pixyz eine große Bereicherung für Entwickler sein, die die 3D-Daten ihrer Organisation in XR-Anwendungen einbringen möchten. Das Tool kann CAD-, BIM-, Mesh-, Punktwolken- und viele 3D-Datenformate importieren und konvertieren, sie optimieren und die Metadaten darin verwalten, um sie für die Verwendung in XR-Erfahrungen geeignet zu machen. Unity bietet auch Asset-Management-Tools an, die es Entwicklern erleichtern, diese Daten zu finden und zu nutzen, damit sie immersive Erlebnisse schaffen können.

Als Beweis verweist Glaze auf ein Unity-Kundenbeispiel eines japanischen Bauunternehmens. Das Unternehmen hat alle seine Vermögenswerte und Designs digitalisiert. Jede Maschine, die es verwendet oder baut, kann in jeder XR-Erfahrung verwendet werden, die das Unternehmen erstellen möchte. Und weil das Unternehmen das Unity-Ökosystem nutzt, können diese Anwendungen sowohl in Webbrowsern als auch in nativen Anwendungen bereitgestellt werden. Das Unity-Ökosystem bot auch eine End-to-End-Plattform, die die Erfassung, Verarbeitung, Vorbereitung und Verwaltung der 3D-Assets des Bauunternehmens vereinfacht.

„Die Stärke von Unity liegt darin, dass wir Ihnen helfen können, XR-Erlebnisse zu schaffen, die auf einem Tablet oder dem neuesten Headset funktionieren“, sagt Glaze, „aber wir helfen Ihnen auch, Ihre älteren Geräte zu unterstützen, Ihr Budget zu erweitern und die Notwendigkeit zu verringern, Mitarbeiter auf neue Geräte zu schulen.“

Was die anderen Möglichkeiten betrifft, wie Unity Entwicklern helfen kann, XR-Erfahrungen zu produzieren, sagt Glaze: „Ich denke, es kommt darauf an, ob Sie das selbst machen wollen oder ob Sie ein ganzes Team bei Unity haben möchten, das sicherstellt, dass Sie mit dem neuesten Gerät, das bald auf den Markt kommt, kompatibel sind.“ In einigen Fällen erhalten wir sogar frühzeitig Zugang zu Hardware, die unseren Nutzern hilft, die Ersten zu sein, die auf das nächste große Ding setzen … Wir bleiben auch auf dem neuesten Stand der offenen Standards. Ob es sich um Metas neuestes Open-Source-Projekt handelt oder um Dateiformate wie die universelle Szenenbeschreibung (USD). Wir haben die Ressourcen, um diesen folgen zu können und sicherzustellen, dass unsere Nutzer so aktuell wie möglich bleiben."

Unity bietet auch Bildungsressourcen an, um Entwicklern bei der Erstellung von industriellen XR-Anwendungen zu helfen. Diese Ressourcen umfassen Schulungen, Beratung und Diskussionsforen der Gemeinschaft.