3D-Modelle und Virtual Reality Die Rolle von VR im Industrial Metaverse

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Welches Potenzial hat das Metaverse, im industriellen Kontext genutzt zu werden? Die technischen Bausteine – insbesondere Konstruktionsdaten und 3D-Modelle – sind jedenfalls schon vorhanden. Es wird nun darauf ankommen, sie richtig in VR-Umgebungen einzubinden.

Die deutsche Industrie ist nicht dafür bekannt, jedem Hype blind zu folgen. Kein Wunder also, dass das Thema Metaverse in der Branche bisher eher verhalten diskutiert wird. Und so wurde die erste Nennung des Begriffs “Industrielles Metaverse” auch nicht von einem Industrie-, sondern von einem IT-Unternehmen getroffen: Microsofts Deutschland-Chefin Marianne Janik prophezeite auf der Hannover Messe, dass das Metaverse künftig auch in der Industrie eine maßgebliche Rolle spielen werde, indem sie die “digitale Modellierung von Produktionsprozessen” und die Nutzung digitaler Zwillinge ermöglicht.

Zwar wurden im Jahr 2021 bereits rund 57 Milliarden US-Dollar in das Metaverse investiert und in den ersten fünf Monaten des Jahres 2022 wurde diese Zahl mit 120 Milliarden US-Dollar sogar noch übertroffen. Trotzdem sind die B2B-Nutzungsszenarien vor allem in der Industrie noch recht überschaubar. Eigentlich verwunderlich, denn die Voraussetzungen für die Metaverse-Nutzung sind auf dem Shopfloor und drum herum nicht die schlechtesten.

CAD-Daten, digitale Zwillinge, Middleware-Plattformen und visualisierte Datenströme bilden einen breiten Fundus an potenziell Metaverse-tauglichen Daten, die – richtig weiterentwickelt – detailreiche virtuelle Welten für die verschiedensten Nutzungsszenarien eröffnen. Unternehmen scheuten in der Vergangenheit allerdings oft den Aufwand, ihre bestehenden 3D-Modelle auch für die Virtual-Reality-Nutzung weiterzuentwickeln. Doch neue Plattformen und technische Möglichkeiten sorgen hier langfristig für mehr Anschlussfähigkeit traditioneller Produktion an Trend-Technologien wie das Metaverse. Doch warum sollten zum Beispiel Maschinen- und Anlagenbauer die Nutzung von VR überhaupt anstreben?

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Der Faktor Immersion

Einer der Hauptvorteile von Virtual und Augmented Reality liegt in der sogenannten Immersion, also der Schaffung eines lebensnahen virtuellen Erlebnisses. Wer im Metaverse mit einer Maschine interagiert, kann diese Interaktion viel intuitiver und eindringlicher auf die reale Welt übertragen, als wenn er sich beispielsweise ein Schulungsvideo ansieht. Eine aktuelle Studie von PWC ergab, dass Trainingsteilnehmerinnen und -teilnehmer die Lerninhalte in VR bis zu 4-mal schneller erfassen und das Gelernte anschließend sehr viel sicherer anwenden können. Ausbildungs- und Trainings-Szenarien sind dadurch effizienter und kostengünstiger realisierbar. Auch bei der Wartung von Maschinen stiftet VR einen ganz konkreten Nutzen: Anwender und Servicetechniker können ein Problem live anhand des digitalen Zwillings einer Maschine besprechen, gespeist aus Echtzeit-Produktionsdaten und als 3D-Modell verfügbar.

Davon profitiert auch das Marketing: Hochkomplexe Maschinen und Anlagen müssen nicht in Form abstrakter Datenblätter ausgetauscht werden, sondern sind innerhalb von Sekunden verfügbar, können aus jedem beliebigen Winkel betrachtet werden und vermitteln dadurch schneller eine Vorstellung von Größe, Funktionsweise oder Einbindung in die Fertigungsstraße. Theoretisch könnte ein gesamter Shopfloor live gemeinsam mit einem Lieferanten im Metaverse gestaltet und im Anschluss in die physische Welt übertragen werden.

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Der Kundendienst kann mit dem Anwender die notwendigen Wartungsschritte Schritt für Schritt durchgehen und sie anschaulich und interaktiv in der virtuellen Umgebung demonstrieren. Die immersive Darstellung ist eindringlicher und einprägsamer, so dass der Anwender die Wartung unter Anleitung selbständig durchführen kann, auch per Fernwartung. Das Metaverse wird so zu einem Servicetool, das im täglichen Betrieb Kosten spart, Ausfallzeiten minimiert und Personalressourcen effizienter einsetzt.

Metaverse-Technologie lässt sich auch zur Verbesserung von Sicherheit und Geheimnisschutz nutzen: Durch die Einbindung von Blockchain-Technologie ist es möglich, Eigentum an immateriellen, virtuellen Gütern festzuschreiben. Eine zentrale Rolle spielen die zuletzt eher belächelten non-fungible Tokens, kurz NFT. Diese könnten in einem Industrial Metaverse das Rückgrat für den Schutz, die Authentifizierung und den Vertrieb von Konstruktionsdaten und für den 3D-Druck sein. Konstrukteure können ihre Arbeit dadurch besser schützen und im Falle von Produktpiraterie das geistige Eigentum auch virtuell besser schützen.

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Die Bedeutung der Freiheitsgrade

Um den Immersionseffekt möglichst eindrücklich zu gestalten, ist es wichtig, möglichst viele sogenannte Freiheitsgrade, in der VR-Sprache ‚Degrees of Freedom‘, zu erfüllen. Diese Freiheitsgrade spielen im Virtual-Reality-Kontext eine wichtige Rolle für die Steuerung und Navigation innerhalb einer Anwendung. Sie geben die Anzahl der Achsen an, in denen sich der Benutzer oder die Benutzerin umsehen und bewegen kann. Vereinfacht ausgedrückt, lassen sich Virtual-Reality-Anwendungen in 3DoF und 6DoF unterteilen.

3DoF stellt dabei die einfachste VR-Lösung dar: Nutzerinnen oder Nutzer können sich nach rechts und links beziehungsweise oben und unten umsehen, sind aber ansonsten in ihrer Bewegung eingeschränkt.

6DoF kommt der physischen Realität am nächsten. Neben der einfachen Rotation kann der Benutzer auch sogenannte translatorische Bewegungen ausführen. Das bedeutet: Mit 6DoF kann er oder sie in einem 360-Grad-Kreis um ein Objekt herumgehen, sich bücken und es von oben nach unten betrachten und sich grundsätzlich frei bewegen. Diese Art der Positionsverfolgung führt zu einem wesentlich realistischeren Erlebnis, was für erfolgreiche Simulationen entscheidend ist und überhaupt erst den immersiven Effekt erzeugt, der aus einer Anwendung das macht, was sich viele unter dem Metaverse vorstellen: Einen virtuellen Raum, in man sich intuitiv bewegen kann.

Eine 6DoF-Umgebung ließ sich in der Vergangenheit nur mit hohem Aufwand und üblicherweise in Gaming-Engines wie Unity oder Unreal realisieren – ein Faktor, der die breite Nutzung von VR in der Vergangenheit verhinderte. Damit das Industrial Metaverse aber zum langfristig realistischen Nutzungsszenario wird, braucht es niederschwellige Plattformen, die 6DoF ermöglichen. Gleichzeitig sollten sie aber – und das ist wichtig für die Industrie – Unabhängigkeit von Tech-Giganten gewährleisten.

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Neue Plattformen verbinden Einfachheit und Komplexität

Hier kommen neue cloudbasierte Do-it-yourself-Plattformen ins Spiel. Diese Lösungen ermöglichen es Maschinen- und Anlagenbauern, Shopfloor-Betreibern oder anderen Mitarbeitern, 3DoF-VR-Anwendungen einfach selbst zu erstellen, ihre 3D-Modelle in die Anwendung zu integrieren und sie dadurch einem 6DoF-Szenario anzunähern, ohne proprietäre Software entwickeln zu müssen.
Möglich wird das durch einen kleinen Trick: Während die 3D-Modelle an beliebiger Stelle in der Szenerie platziert werden können, so dass der Nutzer sie von allen Seiten erkunden kann, bilden hier einfache 360-Grad-Bilder oder Videos den Hintergrund und erzeugen eine räumliche Wirkung. Auf diese Weise bleiben VR-Projekte einfach zu erstellen und maximieren dennoch ihre Wirkung, indem sie 3D-Modelle und CAD-Daten in erkundbare Produktionsstraßen verwandeln, die der Nutzer aus allen Blickwinkeln erleben kann.

Entsprechende Plattformen ebnen den Weg für einen breiten Einsatz von Virtual Reality in diesem Szenario, da sie wenig Aufwand und keine Entwicklungskenntnisse erfordern. Von der Möglichkeit, 3D-Modelle in eigene VR-Projekte zu integrieren, profitieren besonders professionelle Unternehmensanwender: So lassen sich bereits existierende Modelle von Räumlichkeiten oder Produkten, wie CAD-Dateien, für die Präsentation in VR einfach wiederverwenden. Der digitale Zwilling einer Maschine kann beispielsweise mit relativ wenig Aufwand auch in bereits bestehende 360-Grad-Videos oder Fotos eingebunden werden.
Empfehlenswerte Software unterstützt die gängigsten Dateiformate: Das zum Beispiel von Microsoft genutzte GBL-Format sowie das Autodesk-Format FBX. Durch die Integration dieser häufig genutzten Formate können Virtual-Reality-Projekte heute so einfach erstellt werden wie Bildschirmpräsentationen.

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Dieser Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal Industry of Things erschienen.

* Rolf Illenberger ist Geschäftsführer der VR Direct GmbH.

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