„Extended Reality: Arbeiten an gemischt physisch-virtuellen Prototypen am Beispiel eines Formula Student-Rennwagens (KA-RaceIng, KIT12evo). (Foto: Cynthia Ruf)“)

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Vom Game Development lernen: Produktentwicklung mit Extended Reality

Wer sich für Gaming begeistert, kennt solche Effekte: Beim Aufleveln lassen sich unterschiedliche Designvarianten von Waffen, Rüstungen oder Fahrzeugen umstandslos am Bildschirm durchprobieren. Reflexionen und Strukturen von Oberflächen passen sich den Lichtverhältnissen in gleißend hellen Wüstenlandschaften oder düsteren Katakomben an. Im Ingenieurwesen und Produktdesign kommen Virtual-Reality-Technologien hingegen noch wenig zum Einsatz. Forschende und Lehrende des IPEK – Instituts für Produktentwicklung am KIT wollen das ändern. Im Extended Reality (XR)-Lab des IPEK können Studierende schon heute in Workshops XR-basierte Entwicklungsumgebungen kennenlernen. 

Text: Felix Mescoli
Foto: Cynthia Ruf

Marc Etri zeigt auf seinem Tablet das fotorealistische dreidimensionale Modell eines Rennrades: „Das Design von Laufrädern, Rahmen oder Sattel kann ich mit einem Klick verändern“, sagt der Leiter des XR-Lab. Auch Feinheiten wie Farbe und Glanzgrad der Sattelstütze oder Struktur des Sitzbezuges wechseln mit wenigen Klicks auf den Bildschirm. Die mögliche Detailschärfe des Programms demonstriert Etri am Beispiel einer Luxus-Armbanduhr: Sogar Fotophänomene wie die Reflexion von Licht auf dem Gehäuseglas ändern sich über verschiedene Designvarianten hinweg und in Echtzeit angepasst an die reale Raumbeleuchtung.

„Für die Produktentwicklung bieten Computertechnologien, welche die physische Umgebung um virtuelle Modelle erweitern (Augmented Reality, AR) oder diese auch gänzlich ersetzen (Virtual Reality, VR), gewaltige Potenziale“, ist Etri überzeugt. „Kann mein Produkt, was es können soll – und werden Interessierte es kaufen?“ Die Antwort auf diese Frage entscheide über Erfolg oder Misserfolg einer Markteinführung. Das Problem: „Vor dem Produktstart kennen wir die Wirkung bei der potenziellen Kundschaft nicht.“ Die Lösung: „Statt sofort kostenintensive physische Prototypen von Autos, Geräten oder Maschinenkomponenten zu bauen, könnten Unternehmen durch virtuelle Modelle in sehr frühen Entwicklungsphasen oft schon feststellen, ob ein neues Produkt zumindest in der Anmutung und den Bedienfunktionen für die Kundschaft attraktiv ist.“ 

In der Automobilindustrie etwa gingen nicht selten zehn Prozent des gesamten Entwicklungsbudgets in die Produktion von Prototypen, berichtet Etri. „Da können leicht viele Millionen Euro zusammenkommen.“ Diesen Aufwand wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am IPEK reduzieren: „XR (AR/VR)-Technologien erleichtern es uns in allen Entwicklungsphasen – Produktprofil finden, Konzepte erarbeiten und präzisieren oder Lösungen umsetzen und Prototypen bauen und validieren – Produkte an Kundenwünsche und Marktanforderungen anzupassen“, sagt Etri. „Physisch-virtuelle Prototypen können in der frühen und kontinuierlichen Validierung sowohl Entwicklungszeit und -kosten sparen als auch Fehlern vorbeugen, die oft in der Praxis erst spät erkannt werden. Sie stellen damit eine sehr gute Ergänzung zum immer zwingend notwendigen physischen Prototyping besonders in der Validierung dar.“ 

„Koordination des Extended Reality Labs am IPEK: Institutsleiter Professor Albert Albers und Doktorand Marc Etri. (Foto: Cynthia Ruf)“
Koordination des Extended Reality Labs am IPEK: Institutsleiter Professor Albert Albers und Doktorand Marc Etri (Foto: Cynthia Ruf)

Warum werden XR-Technologien also noch nicht in der Breite angewandt? „Viele Ingenieurinnen und Ingenieure in der Praxis wissen gar nicht, was mit AR und VR heute möglich ist“, stellt Professor Albert Albers, der Leiter des IPEK, fest. „Dabei hat es uns die Spieleentwicklung längst vorgemacht“, ergänzt Etri mit Blick auf die populären bildmächtigen Blockbuster-Titel aus dem Gaming-Bereich. Oft scheitere eine zeitgemäße kundennahe Produktentwicklung noch an einem uneinheitlichen Datenmanagement in den beteiligten Abteilungen oder Partnerunternehmen und der daraus resultierenden mangelnden Durchgängigkeit, so Albers weiter. „Mit den neuen Technologien kann sich das Ingenieurwesen deutlich weiterentwickeln.“ Insbesondere in der aktuellen Pandemiesituation, aber natürlich auch in unserer globalisierten Welt grundsätzlich: „XR-Technologien ermöglichen durch die Zusammenarbeit am selben virtuellen Modell ein kontaktfreies und standortübergreifendes Arbeiten. Dies ist auch ein wichtiges Forschungsfeld des IPEK – nach meinem Motto: Wir können die Herausforderungen des 21. Jahrhunderts nicht mit den Methoden des 20. Jahrhunderts lösen.“

Das Extended Reality-Lab in der Lehre am KIT

Deswegen kommt das XR-Lab nicht nur in Forschungsprojekten – in der Grundlagenforschung und mit Unternehmen – sondern auch in der Lehre zum Einsatz: „Wir haben im vergangenen Wintersemester erstmals Virtual Reality in die Maschinenkonstruktionslehre integriert“, sagt Etri. „Rund 400 Erstsemester aus den Bereichen Maschinenbau, Bio- und Chemieingenieurwesen und Mechatronik konnten so schon früh im Studium die Potenziale der XR-Technologien in der Produktentwicklung einschätzen lernen.“ Als „Digital Natives“ falle den Studierenden der Umgang mit diesen Technologien leicht, erklärt Etri. „Das kann sich im künftigen Berufsleben massiv auf die Wahl ihrer präferierten Ingenieurtools auswirken.“

Auch im kommenden Semester wird es wieder Workshops und Besuchsmöglichkeiten am XR-Lab geben. Gearbeitet wird am XR-Lab mit Praxisbezug in der Lehre auch in den vom IPEK angebotenen Live-Labs „IP-Integrierte Produktentwicklung“ sowie „Produktentwicklung im virtuellen Ideenlabor (ProVIL)“, wo eine enge Kooperation mit Unternehmen für eine hohe Realitätsnähe zum späteren Berufsalltag sorgt.


Geschrieben von: Gastautor