Übernahme von 3D-Daten in Unity Industry mit Pixyz

Einlesen von 3D-Daten für immersive Erlebnisse mit Unity Industry und Pixyz

Holen Sie sich Ihr Exemplar des von Unity in Auftrag gegebenen Whitepapers von engineering.com: Übernahme und Nutzung von CAD-Daten für 3D in Echtzeit.

Einleitung: Warum 3D in Echtzeit?

Immer mehr Hersteller setzen auf Echtzeit-3D, um die Vorteile von Industrie 4.0 zu maximieren und einen Wettbewerbsvorteil auf dem Markt zu erhalten. Sie wird zu einer unschätzbaren Technologie in jeder Phase des Arbeitsablaufs, vom Produktdesign bis zur Optimierung in der Fabrikhalle, Schulung, Marketing und mehr.

Es ist keine Überraschung, dass führende 3D-Echtzeit-Entwicklungsplattformen wie Unity ihren Ursprung in der Gaming-Community haben: Die immersive Erfahrung der Interaktion mit einer dynamischen 3D-Umgebung, die sich in Echtzeit an die Eingaben anpasst, ist für den Ingenieur genauso nützlich wie für einen Gamer - mit dem zusätzlichen Vorteil für den Ingenieur, ein reales Produkt zu entwickeln und auf den Markt zu bringen.

Der Einsatz von 3D-Echtzeitanwendungen kann für die Hersteller echte Vorteile mit sich bringen. Dazu gehören die Beschleunigung von Forschungs- und Entwicklungszeiten, die Verringerung der Abhängigkeit von kostspieligen physischen Prototypen, die Erkennung und Korrektur von Konstruktionsfehlern zu einem früheren Zeitpunkt im Produktionszyklus, die Ermöglichung des Trainings von automatisierten Systemen in simulierten Umgebungen, der Einsatz effektiverer Lösungen für die Schulung von Mitarbeitern und eine effektivere Zusammenarbeit mit Kunden.

Glücklicherweise ist es für viele Hersteller einfacher, 3D in Echtzeit in ihre Abläufe zu integrieren, als sie vielleicht erwarten. Sie verfügen bereits über einen Großteil der Daten, die sie benötigen, um beeindruckende und interaktive 3D-Echtzeiterlebnisse zu schaffen - sie sind in ihren vorhandenen CAD-Dateien (Computer-Aided Design) gespeichert. Das Softwarepaket Unity Industry, einschließlich Pixyz für die Datenoptimierung und der Unity-Plattform für die Entwicklung von 3D-Echtzeitanwendungen, kann die reichhaltigen und anspruchsvollen Daten in diesen CAD-Dateien zusammenfassen, synthetisieren und in einer interaktiven, intuitiven Weise präsentieren.

In diesem Whitepaper wird erläutert, wie Ingenieure und Hersteller von Echtzeit-3D profitieren können, indem sie CAD-Daten auf völlig neue Art und Weise weiterverwenden können. Es wird erläutert, wie die richtige Software die Herausforderung der Dateneingabe lösen kann und wie CAD-Daten 3D-Echtzeitanwendungen für Schulungen, kollaboratives Arbeiten und digitales Marketing unterstützen können.

Einlesen von CAD-Daten für 3D in Echtzeit

Ingenieure verwenden bereits CAD-Technologien als Visualisierungswerkzeuge. Konstruktionsanwendungen wie Catia, SolidWorks und Fusion 360 sind äußerst leistungsfähige Softwareprodukte, mit denen Hersteller detaillierte, präzise und komplizierte dreidimensionale Konstruktionen von realen Komponenten erstellen können. Diese datenreichen Konstruktionsdateien sind in erster Linie für die Verwendung durch Fertigungswerkzeuge wie CNC-Maschinen und 3D-Drucker zur Herstellung der Produkte bestimmt.

Das Präzisionsniveau von CAD-Werkzeugen kann jedoch für 3D-Anwendungen in Echtzeit zu komplex sein. Im Gegensatz zu eher künstlerischen Modellen sind CAD-Modelle oft so detailliert, komplex und datenreich, dass sie nicht reibungslos gerendert werden können, ohne die Leistung der 3D-Echtzeitumgebung zu beeinträchtigen - zumindest nicht ohne Optimierung. 3D-Echtzeitplattformen schaffen Erlebnisse, bei denen Agilität und schnelle Reaktionszeiten in der Regel wichtiger sind als Komplexität und Details.

Das bedeutet jedoch nicht, dass Hersteller bei der Entwicklung von 3D-Echtzeitanwendungen bei Null anfangen müssen - ganz im Gegenteil. Ihre vorhandenen CAD-Dateien sind ein reichhaltiger Datenbestand, der für die Erstellung eindrucksvoller 3D-Erlebnisse wiederverwendet werden kann. Der Schlüssel zur Freisetzung dieser Daten ist die Aufnahme und Optimierung der CAD-Daten für die Verwendung in einer Echtzeitumgebung. Dieser Prozess verwandelt komplexe 3D-Modelle in leichtgewichtige Darstellungen, die für alle Arten von Computergeräten und -funktionen geeignet sind, von Smartphones bis hin zu Virtual-Reality-Headsets (AR & VR).

Ohne die richtigen Werkzeuge ist die Optimierung von CAD-Daten für die Verwendung in Echtzeit-3D ein langwieriger und äußerst komplexer Prozess. Ohne diese Werkzeuge müssen Designer manuell Scheitelpunkte zusammenführen, Flächen löschen und Aspekte ihrer Modelle neu erstellen, um ein ideales Gleichgewicht zwischen Genauigkeit und Flexibilität für 3D in Echtzeit zu erreichen. Um dieses Gleichgewicht leichter zu erreichen, können Hersteller auf Datenoptimierungslösungen wie Pixyz zurückgreifen. Pixyz verfügt über speziell entwickelte Tools, mit denen CAD-Modelle importiert und ihre Komplexität, Dichte und Dateigröße reduziert werden können, wobei die Genauigkeit und Qualität für 3D-Echtzeitanwendungen erhalten bleibt.

Pixyz nimmt parametrische Oberflächendaten (NURBS) aus CAD-Dateien auf und übersetzt sie in die von Unity und anderen 3D-Echtzeitplattformen verwendeten polygonalen Mesh-Daten.

"Pixyz ist die beste Lösung für die Konvertierung von NURBS-Daten in Polygone", so Mark Schoennagel, Manager of Technical Marketing bei Unity, gegenüber engineering.com. "Spiele-Engines haben sich schon immer mit Polygonen beschäftigt, während es beim CAD immer darum ging, unendlich glatte Oberflächen für die Fertigung zu erzeugen. Dies sind zwei sehr unterschiedliche Welten. Pixyz schafft es hervorragend, diese beiden Welten miteinander zu verbinden."

Pixyz unterstützt fast 40 CAD-Dateiformate, darunter die gängigsten Konstruktionsanwendungen wie SolidWorks, Revit, Creo und NX. Die von Pixyz entwickelten Algorithmen zur Optimierung von CAD-Modellen können texturierte Proxy-Meshes erzeugen, versteckte Meshes entfernen, die in der 3D-Echtzeitumgebung nicht angezeigt werden, und Meshes während der Konvertierung zusammenführen und reparieren. Darüber hinaus kann der Detaillierungsgrad - und damit die Anzahl der Polygone - manuell angepasst oder automatisch optimiert werden.

"Ich empfehle Herstellern und Ingenieuren dringend, Pixyz in ihre Arbeitsabläufe einzubinden. Es ermöglicht ihnen, mosaikartige Daten in verschiedenen Qualitätsstufen für unterschiedliche Anwendungsfälle zu erzeugen", so Frantz Lasorne gegenüber engineering.com.

Lasorne, der Mitbegründer von Visionaries 777, einem Unternehmen, das sich auf die Schaffung verbesserter Verbrauchererfahrungen mit Technologien der erweiterten Realität spezialisiert hat, erklärte einen weiteren Bonus. "Dieser Ansatz vereinfacht die gemeinsame Nutzung von Mosaikdaten mit externen Anbietern und macht die Bereitstellung hochsensibler und vertraulicher CAD-Daten überflüssig", sagte er.

Während diese optimierten Modelle in vielen Szenarien unglaublich nützlich sind, werden sie exponentiell leistungsfähiger, wenn sie in eine Visualisierungs-Engine wie Unity gebracht werden. In Unity werden diese Modelle von technischen Darstellungen zu beeindruckenden Produktvisualisierungen und Szenen, die als Anwendungen entwickelt und für eine Vielzahl von Anwendungsfällen eingesetzt werden können.

3D in Echtzeit: Ein branchenübergreifender Wegbereiter

3D-Echtzeitanwendungen erweisen sich für Ingenieure und Hersteller in einer Vielzahl von Branchen als äußerst wertvoll. Die folgenden Anwendungsfälle zeigen, wie die Technologie eingesetzt werden kann, um Schulungen und Anleitungen zu verbessern, als Tool für die Zusammenarbeit von Außendienstmitarbeitern zu dienen und das Marketing durch interaktive Produktkonfiguratoren zu verändern.

Weiterbildung und Beratung

"Informationen visuell und kontextbezogen vor sich zu sehen, ist eine großartige Möglichkeit, um zu lernen oder durch eine bestimmte Aufgabe geführt zu werden", so Scott Montgomerie, CEO von Scope AR, gegenüber engineering.com. Scope AR bietet eine skalierbare, unternehmenstaugliche Lösung zur Erstellung von Augmented-Reality-Inhalten (AR) für die Bereiche Schulung, Fertigung und Wartung, unter anderem in der Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie.

Für Scope AR ist Pixyz ein unverzichtbares Werkzeug bei der Erstellung von Schulungs- und Anleitungsinhalten, die in ein 3D-Modell eingebracht werden können, um individuelle Verfahren zu erstellen. Diese Inhalte können dann in die Cloud übertragen und auf eine Vielzahl von Geräten wie Telefone, Tablets oder Headsets heruntergeladen werden.

"Fast jeder Hersteller hat eine Anleitung auf Papier, die dem Arbeiter zeigt, wie er eine Aufgabe zu erledigen hat", sagt Montgomerie. "Aber der menschliche Verstand ist fehlbar, selbst in der kurzen Zeit zwischen dem Lesen der Anweisungen und der Ausführung der Aufgabe. Eine Person kann die Anweisungen falsch interpretieren oder einen Schritt vergessen. Wenn sie diese Anweisungen in 3D vor sich sehen, während sie ihre Aufgabe ausführen, lassen sich diese Fehler vermeiden, und die Mitarbeiter sind besser in der Lage, die Aufgabe korrekt und effizient auszuführen."

Skanska, eines der größten Bauunternehmen der Welt, wandte sich an Unity, um ein Sicherheitstrainingsprogramm zu entwickeln, das die Mitarbeiter befähigt, sich dynamischer und unsichtbarer Risiken bewusst zu sein. Das Ziel: die Zahl der Unfälle zu verringern und die Baustellen sicherer zu machen.

Mit 3D in Echtzeit können die Arbeitnehmer in einer simulierten Umgebung "gefährdet" werden, ohne dass sie tatsächlich in Gefahr geraten. Diese Art von Schulung kann weitaus effektiver zu einer positiven Verhaltensänderung führen als das Durchsprechen desselben Szenarios in einem Besprechungsraum. Skanska arbeitete mit OutHere zusammen, um virtuelle Szenarien zu entwerfen, die die Mitarbeiter vor eine echte Herausforderung stellten, indem sie sie in Situationen versetzten, die sie zwangen, in Echtzeit die richtigen Entscheidungen zu treffen - und in der Lage waren, die Konsequenzen dieser Entscheidungen, ob richtig oder falsch, zu erfahren. Diese Art von virtuellem Training konnte die Emotionen der Arbeitnehmer ansprechen und ihnen ein realistisches Gefühl für einen bevorstehenden Unfall vermitteln, ohne sie tatsächlich in Gefahr zu bringen.

Wie 3D in Echtzeit die Zusammenarbeit fördert

Eine der faszinierendsten Anwendungen der 3D-Echtzeittechnologie ist die Entwicklung von XR-Erlebnissen (Extended Reality). Ingenieure und Konstrukteure haben damit begonnen, diesen Anwendungsfall für virtuelle Konstruktionsprüfungen und die Zusammenarbeit von Remote-Teams zu übernehmen.

3D-Echtzeitplattformen wie Unity ermöglichen es einem Arbeiter in einer Stadt, ein am anderen Ende des Landes hergestelltes Bauteil zur gleichen Zeit wie ein Kollege auf einem anderen Kontinent zu betrachten. Sie könnten sich in einem gemeinsamen virtuellen Raum treffen, um ein 3D-Modell einer Turbine zu besichtigen und gemeinsam Fehler zu beheben.

Unity hat gesehen, wie seine Plattform zu einer Demokratisierung des Datenzugangs geführt hat - sie ermöglicht es mehr Menschen, die Art von Informationen einzusehen, die normalerweise nur einigen Power-Usern vorbehalten ist. Und mit der zunehmenden Nutzung steigen auch die Möglichkeiten der Zusammenarbeit in einem gemeinsamen virtuellen Echtzeitraum.

"Um Zugang zu CAD-Daten zu erhalten, muss man derzeit zu jemandem gehen, der einen einigermaßen guten CAD-PC hat", so Matthew Sutton, Manager of Solutions Engineering bei Unity, gegenüber engineering.com. "Unity ermöglicht es Anwendern im gesamten Unternehmen, auf CAD-Daten zuzugreifen und diese Daten im Kontext zu sehen."

Einer der Gründe, warum sich die Flughafenbehörde von Vancouver mit Unity zusammengetan hat, um den ersten digitalen 3D-Zwilling eines Flughafens in Nordamerika in Echtzeit zu erstellen, ist die Möglichkeit, dass Mitarbeiter aus allen Bereichen des Flughafens bei der Datenanalyse zusammenarbeiten können.

Der internationale Flughafen von Vancouver (YVR) nutzt diesen digitalen Zwilling, um Echtzeit- und historische Daten einzuholen und wichtige Informationen in Echtzeit sowohl in 2D- als auch in 3D-Umgebungen anzuzeigen. Durch ein Situationsbewusstseinstool, das in den digitalen Zwilling integriert ist, hat das Personal ein besseres Verständnis für die komplexen Abläufe am Flughafen. Dieses Tool verfolgt alles, von Datenanomalien über potenzielle Sicherheitssituationen bis hin zu Passagierbewegungen, Wetter und Kohlenstoffemissionen.

Das Ergebnis ist, dass die Mitarbeiter datengestützte Entscheidungen treffen und effektiver über alle Funktionen und die große Fläche des Flughafens hinweg zusammenarbeiten können: von der Sicherheit über den Einzelhandel und den Transport bis hin zum Kundenservice. Das Flughafenpersonal ist in der Lage, auf dynamische Situationen mit einem verbesserten Situationsbewusstsein zu reagieren, das sich in Echtzeit ändert.

Produktkonfiguratoren in Echtzeit für immersives Marketing

3D in Echtzeit eröffnet neue Möglichkeiten für die Interaktion der Hersteller mit ihren Kunden, ermöglicht es den Unternehmen, ihre Produkte auf innovative Weise zu vermarkten, und bietet den Verbrauchern mehr Auswahlmöglichkeiten bei der individuellen Gestaltung ihrer Einkäufe.

"Sie nehmen diese komplexen technischen Daten aus der realen Welt und visualisieren sie, um das Produkt zu vermarkten", sagt Schoennagel. "Hier kommt Unity ins Spiel. Uns geht es nicht um die physikalischen Eigenschaften Ihres Gebäudes, sondern darum, die Polygone realistisch aussehen zu lassen, damit Sie das Gebäude in verschiedenen Umgebungen präsentieren können."

So arbeitete Unity beispielsweise mit dem Landmaschinenhersteller AGCO zusammen, um den preisgekrönten 3D Product Advisor zu entwickeln, einen Produktkonfigurator, mit dem Landwirte ihre Kaufentscheidung selbst treffen können. In einem interaktiven Schritt-für-Schritt-Verfahren wird der Landwirt durch einen Entscheidungsprozess geführt, um seine Bedürfnisse zu ermitteln: welche Art von Landwirtschaft er betreiben möchte, welche Art von Land und wie groß das Grundstück ist, und andere relevante Faktoren. Der Produktberater empfiehlt dann ein Produkt und ermöglicht es dem Landwirt, eine bestellfertige virtuelle 3D-Maschine zu bauen. Der Landwirt kann die Maschine in seine virtuelle Landwirtschaftsumgebung einbinden und sogar einen digitalen Zwilling erstellen, der die Leistungsdaten der Maschine nachverfolgen und nach dem Verkauf Unterstützung bieten kann.

"Ein Traktor kann aus 800 einzelnen STEP-Dateien bestehen, die jeweils Tausende von Bauteilen enthalten", sagt Schoennagel. "Wir haben alle Dateien mit dem Pixyz-Szenarioprozessor konvertiert. Wir haben es geschafft, aus den komplexen, umfangreichen CAD-Daten viele der Daten zu entfernen, die Ingenieure dort hinterlassen, wie z. B. Konstruktionslinien und verschiedene Ebenen."

Die verbleibenden Daten wurden für die Verwendung in einer Konfigurator-ähnlichen App optimiert, die 70 bis 80 Prozent dieser Daten für die Verwendung durch den Kunden automatisiert, wobei Unity die verbleibenden Daten für die Verwendung durch den Kunden verfeinert.

Auch die Brose-Gruppe, ein weltweit tätiger Anbieter intelligenter Mobilitätslösungen, nutzt Unity, um seine Content-Erstellung und sein Marketing zu optimieren.

Brose arbeitete mit Visoric, einem auf Echtzeit-3D spezialisierten Unternehmen, zusammen, um seinen umfangreichen Katalog mit über 260 verschiedenen Produkten in eine Echtzeit-3D-Umgebung zu übertragen. Dazu gehörten CAD-Dateien aus Catia, die von Pixyz in Kombination mit anderer Software in konfigurierbare Echtzeit-3D-Assets umgewandelt wurden.

Mit der gesamten Produktbibliothek in der Unity-Plattform ist Brose in der Lage, diese Assets schnell für Marketing- und Vertriebszwecke einzusetzen. Der virtuelle Showroom von Brose ermöglicht es den Kunden, Produkte, wie z.B. Fahrzeugkomponenten, im Detail zu erkunden - oder sie im Kontext des Gesamtfahrzeugs zu sehen.

"Es wird nicht mehr lange dauern, bis alle bekannten Marken ihr komplettes Produktportfolio digital präsentieren, so dass die Nutzer sie in Echtzeit 3D auf einer einfachen Webseite erleben können", sagt Lasorne von Visionaries 777 voraus.

Schlussfolgerung: Erste Schritte mit Echtzeit-3D

Für Ingenieure und Hersteller, die nach neuen Möglichkeiten suchen, die Daten ihres Unternehmens zu visualisieren und mit ihren Kunden in Kontakt zu treten, war 3D in Echtzeit noch nie so attraktiv wie heute. Mithilfe leicht verfügbarer Tools können diese Unternehmen ihre bestehenden CAD-Modellbibliotheken nutzen, um schnell 3D-Anwendungen in Echtzeit zu entwickeln und die Vorteile für Produktdesign und Zusammenarbeit, Schulung und Beratung, Marketing und vieles mehr zu nutzen.

Sutton empfiehlt neugierigen Ingenieuren, Unity und Pixyz herunterzuladen und mit einem vorhandenen CAD-Produkt zu beginnen, mit dem sie bereits vertraut sind. "Laden Sie ein Stück CAD-Daten, positionieren Sie es in der Szene und gehen Sie einfach um es herum. Es ist super einfach." Neue Benutzer, die sich vielleicht etwas eingeschüchtert fühlen, können von den umfangreichen Lerninhalten profitieren, die Unity zur Verfügung stellt.

Ingenieure tun gut daran, diese ersten Schritte eher früher als später zu unternehmen, denn 3D in Echtzeit gewinnt schnell an Popularität und wird zu einem Unterscheidungsmerkmal im Wettbewerb. Ein Beispiel dafür ist der kürzlich vorgestellte Apple Vision Pro, ein räumlicher Computer, der verspricht, digitale Inhalte nahtlos mit dem physischen Raum des Nutzers zu verschmelzen. Unity hat gerade seine Unterstützung für visionOS angekündigt, die Vorlagen, Beispiele und andere Ressourcen für Entwickler umfasst. Bedenken Sie, dass dies nur eines von unzähligen aktuellen und zukünftigen Geräten ist, die für Echtzeit-3D entwickelt wurden.

Ingenieure sind von Natur aus 3D-Visualisierer, aber 3D in Echtzeit kann sowohl ihre mentalen Modelle verbessern als auch ihnen helfen, besser mit Kollegen, Kunden und der Öffentlichkeit zu kommunizieren.