ŠKODA AUTO a.s. Vysoká škola
DIPLOMOVÁPRÁCE
2012
Bc. Petr Niebroj
ŠKODA AUTO a.s. Vysoká škola
Studijní program: N6208 Ekonomika a management Studijní obor: Podniková ekonomika a management provozu
NÁVRH NASAZENÍ AUGMENTED REALITY I NÁB HU NOVÝCH VOZ VE SPOLE NOSTI ŠKODA AUTO.
Bc. Petr Niebroj
Vedoucí práce: Ing. Ji í Što ek, Ph.D.
Prohlašuji,
že
jsem
diplomovou
práci
vypracoval
(a)
samostatn
s použitím uvedené literatury pod odborným vedením vedoucího práce.
Prohlašuji, že citace použitých pramenu je úplná a v práci jsem neporušil/a autorská práva
(ve
smyslu
zákona
.
121/2000
a o právech souvisejících s právem autorským).
V Mladé Boleslavi, dne 11.1.2012
Sb.,
o
právu
autorském
Cht l bych touto cestou pod kovat pán m Ing. Aleši Hodrovi, Ing. Ivanovi Ut šilovi a všem, kte í si ve svém pracovním programu našli
as a poskytli mi pot ebné
informace a rozhovory o problematice. Jejich ochota a zkušenosti významnou m rou p isp ly ke kvalit
této diplomové
práce. Také chci pod kovat svým koleg m a vedoucím na Pilotní hale, za pochopení a pomoc, a i své manželce Blance, která mi vytvo ila skv lé zázemí. Zárove d kuji vedoucímu své diplomové práce panu Ing. Ji ímu Što kovi, PhD., za odborné vedení diplomové práce, poskytování rad a informa ních podklad .
Obsah: Seznam použitých zkratek ............................................................................... 8 Resumé ........................................................................................................... 10 Resümee ......................................................................................................... 11 1
Úvod ......................................................................................................... 12 1.1
Cíl diplomové práce ............................................................................. 12
1.2
Uvedení trend .................................................................................... 12
....................................................................................................................... 14 2
Základy technologie AR ......................................................................... 15 2.1
Vývoj rozší ené reality ......................................................................... 15
2.1.1
Definice........................................................................................... 22
2.1.2
Vymezení technologií v AR............................................................. 23
2.2
Stav techniky ....................................................................................... 24
2.2.1
Konstrukce a fungování systém rozší ené reality ......................... 24
2.2.2
Systémy a techniky vizualizace ...................................................... 26
2.2.3
Sledovací systémy v AR ................................................................. 33
2.2.4
Hodnocení systém sledování........................................................ 43
3
Možnosti nasazení AR ............................................................................ 45 3.1.1 3.2
Rozší ená realita.................................................................................. 48
3.3
Požadavky a omezení v AR ................................................................. 49
3.3.1
4
Pr mysl a AR .................................................................................. 46
Omezení v oblast uplatn ní (rámcové podmínky)........................... 49
3.4
Analýza variant designu....................................................................... 51
3.5
Vývoj podporovaný pomocí AR............................................................ 56
3.6
Simulace situace zástavby................................................................... 58 Aplikování vlastního návrhu ešení ve Škoda-Auto............................. 60 6
4.1
Co znamená pojem Meisterbock ......................................................... 60
4.2
Cubing ................................................................................................. 60
4.3
Funk ní Cubing vn jší ......................................................................... 61
4.3.1 4.4
Funk ní Cubingy a Meisterbocky .................................................... 62
Funk ní Cubing vnit ní ......................................................................... 64
4.5
ízení kvality podporované pomocí AR
(Digitální Cubing – virtuální
zástavba) ....................................................................................................... 65 4.6
Technika pot ebná k digitalizaci ........................................................... 66
4.6.1
3D Scaner....................................................................................... 66
4.6.2
Všeobecné požadavky na m ící systém ....................................... 67
4.7
Postup digitalizace ............................................................................... 69
4.7.1
Naskenování reálných díl ............................................................. 69
4.7.2
Zpracování dat ................................................................................ 69
4.7.3
Analýza ploch ................................................................................. 72
4.8
Realizace AR na pilotní hale ve ŠKODA AUTO a.s. ............................ 73
4.8.1
Virtuální zástavba zadního víka ...................................................... 73
4.8.1.1 Postup ........................................................................................ 74 4.8.1.2 Výsledky m ení, grafické výstupy ............................................. 75 4.8.1.3 Možnosti použití.......................................................................... 79 5
Ekonomické zhodnocení ........................................................................ 80
6
Záv r ........................................................................................................ 82
7
Použitá literatura:.................................................................................... 83
Seznam tabulek: ............................................................................................. 88 Seznam p íloh: ................................................................................................ 88
7
Seznam použitých zkratek
2D
dvojdimenzionální
3D
ídimenzionální
AR
Augmented reality
CAD
Computer Aided Design
CAVE
Cave Automatic Virtual Environment
CRT
Cathode Ray Tube
DOF
Degrees Of Freedom (6 stup
DMF
Digital Manufacturing
DMU
Digital Mock Up
DVP
Dynamic-Virtual-Physics
GPS
Global Positioning System
HMD
Head Mounted Display
IT
Informa ní technologie
KVS
Konstruktionsdatenverwaltungssystem
LCD
Liquid Crystal Display
LED
Light Emitting Diode
MIT
Massachusettský technologický institut
NASA
National Aeronautics and Space Administration
NAVSTAR
Navigation Satellite Timing and Ranging
OST
Optical-See-Through
PC
Personal Computer
PPS
Precise Positioning Service
PVS
Produktionsversuchsserie (ov ovací série)
8
volnosti)
RB2
Reality Build For Two
RPS
Systém referen ních bod
Scanner
za ízení sloužící ke snímání povrchu
SMS
Sou adnicový m ící systém
SOP
Start of production – zahájení sériové výroby
SW
Software
Škoda
ŠKODA AUTO a.s.
USA
United States of America
VD2
Virtual Design 2 (software)
VDSE
Virtual Design Scene Editor (software)
VE
Virtuální prost edí
VIEW
Virtual Interactive Environment Workstation
VMPA
Virtual Product Module Access (software)
VoWa
ední ást vozu (z n m. Vorderwagen)
VPM
Virtual Product Modeler (software)
VP
Virtual Prototyping
VR
Virtuální realita
VRCP
Virtual Reality Center of Production Engineering
VRML
Virtual Reality Modeling Language (typ datového formátu)
VST
Video-See-Through (videopr hled)
VT
Virtual technique
WWW
World Wilde Web
XML
Extensible Markup Language
9
Resumé
Tato diplomová práce má za úkol zmapovat využití Augmented reality v automobilovém pr myslu. Z d vod
konkurenceschopnosti
musí
firmy
p sobící
pr myslu p istupovat k razantnímu snižování náklad
v automobilovém
p i p íprav
a realizaci
nových projekt . Augmented reality jako nástavba virtuální reality se v sou asnosti ukazuje jako jeden ze zp sob , jak p i náb hu nových model ušet it as a peníze. Ve své práci jsem se zam il na zmapování aktuálního stavu a kompletní ehled možností nasazení ve všech fázích p ípravy projektu. Hlavní ást mé práce je v nována vlastnímu projektu digitalizace skute ných díl , tedy jejich p evodu do virtuálního sv ta a následnému sestavení s CAD daty. Tento zp sob nasazení jsem navrhl v dob
realizace náb hu modelu
A_05 (Fabia FL), kdy jsme se potýkali s kapacitními problémy konven ních (dotykových) m ících technologií, a využili jsme možnost digitalizace. V tomto projektu jsem poprvé ve firm
použil takto získané výsledky k virtuální
zástavb , a tím i k rozm rové analýze.
10
Resümee Diese
Diplomarbeit
soll
die
Nutzung
der
Augmented
reality
in
der
Automobilindustrie untersuchen. Wegen Wettbewerbsfähigkeit müssen die Automobilhersteller eine rasante Kostenreduzierung
bei
Vorbereitung
und
Umsetzung
neuer
Projekte
vornehmen. Die Augmented reality als ein Aufbau auf der virtuellen Realität erweist sich heute als eine der Methoden, um Zeit und Geld beim Anlauf neuer Modelle einzusparen. In meiner Arbeit habe ich mich auf die Untersuchung des jetzigen Stands, einen kompletten Überblick über die Einsatzmöglichkeiten in allen Phasen der Projektvorbereitung konzentriert. Der Hauptteil meiner Arbeit widmet sich dem eigentlichen Projekt einer Digitalisierung wirklicher Teile, also deren Übersetzung in die virtuelle Welt und einer anschließenden Darstellung mit CAD-Daten. Diese Einsatzweise habe ich zur Zeit des Anlaufs von A_05-Modell (Fabia FL) entworfen, wo wir uns mit Kapazitätsproblemen konventioneller (taktiler) Messtechnik auseinandergesetzt und zum ersten Mal die Möglichkeit einer Digitalisierung genutzt haben. In diesem Projekt habe ich zum ersten Mal in der Firma die auf diese Art und Weise gewonnenen Ergebnisse zu einem virtuellen Einbau und somit auch zur Maßanalyse verwendet.
11
1
Úvod
Rozší ená realita (anglicky augmented reality) p edstavuje mezistupe
mezi
realitou skute nou (není-li toto spojení samo o sob p edur eným vyjád ením) a realitou virtuální. Rozší ená realita je dopln ním obrazu skute nosti o virtuální obrazce i jiné informace. V sou asnosti je nej ast jším provedením rozší ené reality zobrazení skute ného obrazu na displeji a jeho dopln ní o po íta em dodané informace. To vše samoz ejm v reálném ase.
1.1 Cíl diplomové práce Ve své práci jsem se zam il na možnost aktivního nasazení moderních technologií v automobilovém pr myslu. Z vlastní praxe jsem popsal zkušenosti s konven ním postupem m ení a vlastní návrh jeho nahrazení technologií optického m ení. Pro správné pochopení pojmu augmented reality jsem zmapoval dosavadní používání této technologie, p ípadn možnosti, kde by tato technologie byla p ínosná.
1.2
Uvedení trend
Požadavek kladený na globálního hrá e zní: být p ítomen po celém sv
s
odpovídajícími produkty. Aby mohl obstát na t chto trzích, o které se tvrd bojuje, a mohl se obhájit proti mezinárodním konkurent m, m lo by být nabídnuto široké spektrum produkt , které osloví mnoho zákazník . [1] To není vždy jednoduché, nebo zákazník požaduje nové, inovativní a podle svých individuálních p edstav vyrobené produkty. Zákaznické chování je však žko p edem ur itelné a je siln ovliv ováno vlivy trend . [5]. Krom toho jsou navíc ve st edu zájmu globáln
inných firem také regionální okrajové
podmínky, jako nap . právní nebo kulturní zvláštnosti p íslušných trh výrobních lokalit.
12
a
Aby bylo možno reagovat na toto soustavn se m nící chování a rostoucí požadavky, musí být stávající produktové spektrum adekvátn rychle p izp sobitelné a schopné rozší ení (Obrázek 1-1). Kv li zkracujícím se inova ním cykl m je nevyhnutelné zmenšení procesního asu od produktové ideje až po úsp šný vstup na trh (time to market).
V minulosti se vyráb lo mén model ve v tším po tu kus . Brouk VW je toho velmi známým p íkladem. Po léta stoupaly vyráb né po ty kus , jakož i po et model , p íp. modelových variant, které si zákazník p eje. Tento trend bude v budoucnu pokra ovat. (Obrázek1-1)
Zdroj: Schreiber, W.: „Augmented Reality [6] Obr. 1-1 Budoucí scénáře produktů v automobilovém průmyslu
Ze zm n na stávajících paletách produkt tudíž vyplývá nutnost zavést nové podp rné technologie a organiza ní formy za sou asného nár stu produktivity nových produkt , zmenšení náklad
a zvýšení kvality. Na tomto pozadí zmi ovaných výzev se v 12
sou asném procesu vzniku výrobku stále více prosazují digitální techniky jako nap . Digital Mock-Up (DMU), Virtual Prototyping (VP) a Digital Manufacturing (DMF). Díky tomu jsou výrobní firmy schopné dosáhnout následujícího: ·
redukce vývojových
as
díky kratším itera ním smy kám ve vývoji a
plánování, · ·
redukce náklad díky vyhnutí se fyzickým prototyp m ív jšího posouzení funkcí produktu a výrobních proces .
V d sledku toho nesmí být zanedbáván výrobní faktor lov k. Nebo
lov ka s jeho
vysokou a duševní flexibilitou je t eba i nadále vid t jako nejd ležit jší veli inu v celkovém vývojovém procesu [7,8]. Oproti po íta i se mu však ukazují hranice jeho výkonnosti ve vztahu ke vnímání a zpracování informací. Z tohoto d vod je d ležité, aby interakce a komunikace
lov ka s po íta em p i vývoji a zavedení nových
technologií byla hnána kup edu a zohled ována. Virtuální realita (VR) p edstavuje rozhraní lov k – stroj a je t eba ji vid t jako novou vizualiza ní a simula ní technologii [7,8]. VR umož uje
lov ku pomocí po íta
vizualizovat extrémn složitá množství dat v trojrozm rném prostoru a manipulovat s nimi a ovládat je odpovídajícími interak ními možnostmi. Už léta je tato technologie nasazována jako výkonný nástroj v celém procesu vzniku výrobku. Pomocí VR lze edem znázornit, analyzovat a optimalizovat všechny fáze od produktové ideje až po plánování, výrobu a školení lov ka. Technologie rozší ené reality (Augmented Reality; AR), která se nahlíží jako další vývoj VR, popisuje novou interakci lov k–stroj, p i níž je lidské vnímání obohaceno o informace generované po íta em [10]. P ekrytím do reálného zorného pole uživatele jej lze cílen
zásobovat informacemi. Speciáln
individuálním p áním zákazník
oblast montáže se musí postavit k
na produkt a stojí na základ
stále stoupajícího
velkého množství variant (Obrázek 1-1) p ed úkolem vy ešit pomocí inovativních technik, jako nap . VR a AR, popsané problémy a úkoly v rámci výrobního procesu. Z d vodu prom nlivých pracovních pracovních
inností a jejich rozsah m vzniká množství
inností, jako nap . zkouška díl
a jejich manipulace nebo kvalitativní
šet ení. Tato komplexnost a rozmanitost variant u provád ných pracovních krok , kterou by m li montážní pracovníci ovládat, se rozši uje p ibývající integrací elektrických a elektronických díl . Bez odpovídající podp rné metody lze toto jen velmi 13
žko zvládnout. Nasazení AR skýtá pracovníkovi na montáži a v servisních a opravárenských dílnách enormní potenciál využití. Zatímco pracovníci ve výrobním procesu musejí ovládat rozmanitost variant a komplexnost p íslušného modelu, je nárok na servisní dílny o mnoho vyšší. Ty musí ovládat nesmírné množství model po mnoho let a um t p íslušn provád t opravy a údržby. Firma BMW na svých stránkách ukazuje záb r z možnosti nasazení AR v servisních službách. V dokumentu je vid t, jak pracovník servisu provádí opravu za pomoci rozší ené reality, a nemusí ztrácet
as s listováním v servisní dokumentaci. Celý
postup vým ny vadného dílu se mu zobrazuje v reálném ase v brýlích, a veškeré operace jsou optimalizovány ke konkrétnímu vozu. Tím se dosahuje snížení náklad i zvýšení kvality provedených prací, tyto náklady však firma BMW v uvedeném zdroji nekvantifikuje.
Zdroj: http://www.bmw.com/com/en/owners/service/augmented_reality_workshop_1.html Obr. 1-2 Možnost nasazení AR v servisních službách
14
2 Základy technologie AR Tato kapitola má za úkol uvést do problematiky technologie rozší ené reality. Pro lepší pochopení bude v kapitole 2.1 p edstaveno, jak vznikla technologie rozší ené reality z technologie virtuální reality, jak se oproti ní vymezuje a jak ji lze za adit. Nadto bude pro p íklad popsána obecná stavba a fungování systémových komponent rozší ené reality. Druh a rozsah systému rozší ené reality se siln r zní podle ú elu použití. Proto je pro vývoj systému rozší ené reality na podporu oblasti montáže/demontáže nutné prezentovat vybrané základy technologie rozší ené reality. K objasn ní problematiky této práce bude v kapitole 2.2 ukázán stav techniky systémových komponent rozší ené reality obecn . Kapitola 2.3 podá p ehled oblastí použití, s cílem oz ejmit rozli né oblasti použití a užitek technologie AR. Na záv r ukazuje kapitola 3.4 p ehled výzkumných projekt AR, které p ispívají, p íp. p isp ly k podstatnému vývoji komponent
AR a jejich
softwaru.
2.1
Vývoj rozší ené reality
Už dlouhou dobu je po íta
pro
lov ka d ležitou pom ckou, kterou si už nelze
odmyslet z každodenního života. Jeho význam trvale nar stá a objevují se stále nové oblasti aplikace. P itom se jeho vzhled od po áte ních let až po dnešek siln zm nil. Ne lov k se p izp sobil po íta i, nýbrž po íta se p izp sobil lov ku. V roce 1950 je Whirlwind na MIT (Massachusettský technologický institut) prvním po íta em, který používá obrazovku CRT jako výstupní médium, aby prezentoval své výpo etní výsledky [11]. Fascinace z toho, že lze bezprost edn
interagovat se
strojem, umožnila v roce 1963 Ivanu Sutherlandovi promovat na doktora se SKETCHPAD:
„A
man-machine
graphical
communication
system“.
[Grafický
komunika ní systém lov k-stroj]. Pomocí sv telného pera bylo možno poprvé vytvo it model na CRT, manipulovat s nimi (kopírovat, p esouvat, m nit velikost) a ukládat je. To bylo d ležitou k ižovatkou historie vzhledem ke spojení po íta e, grafického výstupu a bezprost ední interakce 15
lov ka se strojem. O n kolik málo let pozd ji popisuje Sutherland v „The Ultimate Display“ [Kone ný displej, „ultimativní“ zobrazení] vizi systému virtuální reality takto: „Displej, který je spojen s digitálním po íta em, nám nabízí možnost seznámit se s pojmy, které se nedají v materiálním sv
konkretizovat. Je to kouzelné zrcadlo,
které vede do matematické íše div . To by se m lo obracet na co možná nejvíce smysl . Vezm me nap . po íta ový model
ástic v elektrickém poli. Takovým
displejem by mohly síly p sobící na náboj být z ejmé pro naše smysly. Po výstupních za ízeních orientovaných na papír, textových terminálech a grafickém prost edí je to nyní virtuální realita, která po íta i otevírá nové brány a rozši uje možnosti použití
lov kem. Pomocí virtuální reality je možné vychystat intuitivní
uživatelské rozhraní pro po íta , jež se integruje do prost edí lov ka. Prezentací prvního 3D „pr hledového („see-through“)“ náhlavního displeje (HMD) (Náhlavní displej (HMD) je zobrazovací p ístroj, který se nosí na hlav , p íp. u hlavy uživatele.) v roce 1968 (Obrázek 2-1) Sutherland nechává svou vizi uskute nit. Tento první systém HMD byl ovšem tak t žký, že se nedal nosit na hlav . Z tohoto vodu byl upevn n mohutnou mechanikou na strop . Tímto uspo ádáním a kv li zjevn ne práv p íjemnému pocitu, který lov ka p epadl, když m l dát hlavu do této aparatury, byl p ístroj nazýván také „Damoklovým me em“ (Obrázek 2-2) [12].
Zdroj: Sutherland, I.E.; „A Head-Mounted Three-Dimensional Display“[12] Obr. 2-1 První průhledový ("see-through") 3D HMD
16
Zdroj: Sutherland, I.E.; „A Head-Mounted Three-Dimensional Display“[12] Obr. 2-2 Sutherland prezentuje první 3D náhlavní displej
Mechanika, která m la za úkol držet HMD, zárove plnila úkol ur ovat sm r pohledu uživatele v prostoru. P ipojený po íta
p epo ítávál pohyby hlavy na odpovídající
zm ny vid ní na obrazovce. Na tomto systému vizualizace, který používali Sutherland a Sproull z projektu Bell Helikopter, bylo možné sledovat drát ný model místnosti. Uživatel mohl dve mi na západní stran vstoupit do místnosti a podívat se z oken do t ech ostatních sv tových stran. Pojem virtuální reality byl utvo en teprve v roce 1989 Jaronem Lanierem. Lanier a Zimmermann mohli se svým vynálezem datové rukavice, tzn. rukavice opat ené senzory, zachytit ruku a její pohyby prst a p enést je k p ipojenému po íta i. Lanier tudíž m l vyvinuto pokrokové vstupní/výstupní za ízení a jako první prodával se svou tehdy založenou firmou VPL kompletní systém VR „Reality Build For Two (RB2)“ pro virtuální sv ty. Popsal pojem virtuální reality takto: „…trojrozm rné interaktivní po íta ov vytvo ené prost edí, do kterého se uživatel pono í.“ [13] Tato definice obsahuje t i zcela podstatné body, které jsou významné pro akceptaci uživatele a použití technologie virtuální reality. Obrázek 2-3 ukazuje souvislost podmínek obsažených v této definici:
17
Imerze
Imaginace
Interakce Zdroj: Vlastní zobrazení Obr. 2-3 I³-Trojúhelník virtuální reality
Imerze: znamená „pono ení“ do virtuálního sv ta. P i tom je uživateli jeho smysly zprost edkován pocit, že je do tohoto sv ta integrován a je „jeho“ ástí. Interakce: interakcí s virtuálním prost edím a virtuálními objekty vyskytujícími se v n m se m že uživatel do tohoto po íta ov vytvo eného prost edí integrovat. Možnost interakce mu dovoluje tento vnímaný sv t m nit, p íp. používat. Imaginace: teprve imaginací (p edstavivost) vzniká u uživatele zážitek, že je ástí sv ta, který je v tomto p ípad virtuální a existuje jen v po íta i. Imaginace je do velké míry závislá na kvalit imerze a interakce. Souhrnn
lze
íci, že za terminologií pojmu virtuální realita je stvo ení reality
generované po íta em a zachycované uživateli umožn no
lov kem. Nasazením ur itých p ístroj
pohybovat se interaktivn
v tomto
je
prost edí vytvo eném
po íta em. P i tom má u uživatele vzniknout pocit, že tato virtuální realita více nebo 18
mén
odpovídá reálné realit . Aby bylo dosaženo tohoto cíle, musejí být smysly
lov ka klamány. Jeho vnímací smysly (Obrázek 2-4) mají v tomto um le vyrobeném sv
pracovat stejn jako v jeho p irozeném prost edí.
vizuální smysl (oko) akustický smysl (uši) ich (nos) hmat (k že) chu (jazyk)
Zdroj: Haller, M.; Input Devices [18] Obr. 2-4 Procentní podíly smyslů na lidském vnímání
i vytvá ení prost edí virtuální reality a nasazení této technologie jsou využívány technické pom cky, které se n kdy omezují na vizuální, akustické a taktilní smyslové vjemy. Funkce t chto smysl pro lov ka jsou ukázány v tabulce 2-1. Když Sutherland v roce 1968 p edstavil první 3D HMD, položil základní kámen pro pocit stát se sou ástí
tohoto
po íta em generovaného
prost edí. Použitím displej
HMD
v aplikacích virtuální reality se celý reálný sv t zablokuje a uživateli je prezentován pohled do sv ta dokonale kontrolovaného po íta em. Tím se uživatel úpln pono í do tohoto um lého sv ta a je odd len od reality. [12,13] Tabulka 2-1: Dotčené a oslovené smysly lidského vnímání ve virtuální realitě a jejich funkce
Smysl Vizuální Akustický Taktilní
Funkce Prostorové myšlení, vým na informací Lokalizování neviditelných objekt , vým na informací Cít ní struktur povrch a teplot
Zdroj: Haller, M.; Input Devices [18]
19
Na záv r historie vývoje technologie virtuální reality je t eba zmínit, že m la p vod ve výzkumných laborato ích americké armády a kosmonautiky. P edevším díky t mto oblastem výzkumu v USA, které m ly za cíl vývoj perfektních za ízení pro simulaci a trénink, dostala tato technologie z ejmou dynamiku. Za átkem 80. let za alo výzkumné st edisko amerického ú adu pro kosmonautiku, NASA Ames Research Center, s ve ejnými výzkumnými a vývojovými aktivitami v kontextu virtuální reality. V rámci projektu VIEW (Virtual Interactive Environment Workstation; = pracovní stanice s virtuálním interaktivním prost edím) byl ve st edu pozornosti p edevším vývoj multimodálního
1
systému k simulaci virtuálních vesmírných stanic. Budoucí úkoly
dálkového ovládání (= „teleoperace“) a teleprezence by m lo být možno provád t s tímto systémem [14]. Už o málo pozd ji byl rozpoznán také jejich užitek pro medicínu a vizualizaci v jiných v dách. Vedle zp ístupn ní již jmenovaných pr myslových oblastí nasazení jsou potenciály existující v této technice sledovány edevším zábavním pr myslem. Svým prvním „see-through“ HMD cht l Sutherland vytvo it možnost interakce pro uživatele ve virtuálním prost edí. Problémem ale v tehdejší dob
bylo, že grafický
výpo etní výkon nesta il na to, aby byla znázor ována virtuální menu a p íkazy. Z tohoto d vodu byly na st
p ipevn ny velké cedule s ozna eními p íkaz . Ru ním
ovlada em mohl uživatel tyto reálné cedule virtuáln s po íta em. A koliv vynálezci nezkoušeli explicitn s reálnými objekty, vytvo ili neúmysln
vybrat a tim interagovat
p ekrývat trojrozm rné objekty
p íklad sm šování reálných a virtuálních
objekt [15]. Tento vývoj umožnil vytvo it, vedle virtuální reality, technologii s ní velmi blízce íbuznou: technologii rozší ené reality. P es množství spole ných v cí byla v tšina úsilí investována do realizace a uskute
ní technologie virtuální reality. Teprve
za átkem 90. let byl vytvo en pojem „Augmented Reality“ (= rozší ená realita) Davidem Mizellem a Tomem Caudellem [16]. Pojem „Augmented“ pochází
1
Multimodální znamená, že uživatel virtuální okolí jak všemi smysly vnímá, tak i zp tnou vazbu všemi smysly
dostává. V první ad je p i tom oslovován vizuální, tak i auditivní kanál vnímání lov ka. Aby se docílilo kompletní iluze, muselo by být osloveno také haptické, olfaktorické, jakož i termoceptivní vnímání [19].
20
z anglického slovesa „to augment“ a znamená p eloženo do eštiny „rozší it“ nebo „obohatit“ Proto se také mluví o „rozší ené realit “ nebo „augmentované realit “. Jeden z nejobsáhlejších vývojových projekt rozší ené reality v pr myslu byl proveden v Boeingu. V tomto projektu byly zkoumány dv
aplikace, které m ly být podpo eny
technologií rozší ené reality. První aplikací byla výroba kabelových svazk pro letadla. i tom byl b žný postup následovn : Každý jednotlivý kabel celého kabelového svazku musel být pracovníkem kladen na velké d ev né desce. Jako pomoc p i orientaci byl na d ev né desce nalepen vytišt ný montážní plán vyráb ného kabelového svazku. Pot ebné délky kabel
by mohly být potom bezproblémov
dodrženy, nebo na této desce byly umíst ny malé há ky, kolem nichž musel být kabel položen [17]. i tom byla pracovníkovi na „prázdné“ pokládací desce (bez nelepeného montážního plánu) ukázána na HMD poloha há
, které bylo t eba nanést. Když umístil všechny
há ky, byla mu zobrazena každá trasa individuáln pokládaných kabel kabelového svazku.
Zdroj: J. Vallino; „Interactive Augmented Reality“[20] Obr. 2-5 Dr. David Mizell při pokládání kabelového svazku pomocí AR
Druhou zkoumanou aplikací byla následná montáž konektor
na p edtím vytvo ený
kabelový svazek. P i tom musely být jednotlivé kabely nacházející se v kabelovém svazku integrovány do vícenásobného konektoru, který m l až 50 vstup . Pracovník 21
byl p i této siln chybové úloze podporován jen papírovým plánem zapojení. Montáž podporovaná rozší enou realitou vizualizovala pracovníkovi správnou polohu ervenou linií, která vy nívala z konektoru. Sou asn bylo pracovníkovi zobrazeno íslo kabelu a popis barvy kabelu, který ho tudíž podpo il p i výb ru.
2.1.1 Definice V literatu e existují r zné p ístupy k opsání pojmu rozší ené reality. [21] rozlišuje celkem t i kategorie ve vztahu k aplikacím v r zných oblastech nasazení a odpovídajících rozdílných systémov technických skladbách. První kategorie po ítá pro nasazení technologie rozší ené reality jedin s použitím HMD nebo HUD. P i tom uživatel vnímá skute ný sv t bu
na základ
optických
pr hledových systém nebo videospojení, do nich jsou p íslušn p ekrývány objekty generované po íta em. HUD: Mizell nazýval displej používaný jím v pokusech HUD (heads-up, see-through, head-mounted display) v literatu e také Head-Up Display [17] Druhá kategorie p ipouští podstatn
širší rozp tí vizualiza ních komponent vedle
HMD. Obsahuje množství možností, jimiž m že být reálné prost edí pomocí virtuálních objekt augmentováno, jako nap . velká zobrazení (projek ní st ny) nebo obrazovky založené na monitorech. T etí a poslední klasifikace pojmu rozší ené reality existující v literatu e se opírá o [15] a popisuje tuto technologii jako technologii, která: -
propojuje virtuální a reálné informace spolu navzájem,
-
dovoluje interakci uživatele v reálném ase a
-
uskute
uje trojrozm rnou registraci.
Jako trojrozm rná registrace se ozna uje synchronizace mezi virtuálními objekty a realitou. Toto je nutné, aby byl nap . virtuální díl vizualizován v p esné zástavbové poloze u svého reálného prot jšku. [15] Tato definice pojmu se v dom uvol uje od použití speciálních p ístroj , zachovává si ale komponenty a požadavky podstatné pro nasazení technologie rozší ené reality. Další postup a systémov technické konstrukce v rámci této práce se opírají o t etí definici. Práv
parametry obsažené v této definici rychlost zpracování informací
(interakce), propojení reálných a virtuálních informací, jakož i registrace jsou podstatné
požadavky
pro
výstavbu 22
podp rného
systému
pro
oblast
montáže/demontáže. Jen p i zohledn ní jmenovaných parametr
lze výhody
technologie rozší ené reality využít v produktivním nasazení a tím pln
realizovat
potenciál p ínos existující v této technologii. Souhrnn
se pro tuto zde p edkládanou práci definuje pojem rozší ené reality
následovn : „Rozší ená realita popisuje dopln ní optického a auditivního smyslového vnímání o poskytnutí po íta ov generovaných informací odpovídajících situaci.“ Tato definice se soust edí jedin
na dopln ní vizuálního a akustického vnímání.
Neformulují se žádná omezení ohledn enosné p ístroje ješt
hardwaru, jelikož momentáln
dostupné
nevyhovují vysokým požadavk m pr myslu. Na základ
razantního technického vývoje po íta
budou jist
brzy dostupné a tudíž v praxi
použitelné malé „p enosné“ a výkonné p ístroje. Nebo na rozdíl od blízce p íbuzné technologie virtuální reality propojuje rozší ená realita realitu s virtuálními dodate nými informacemi.
Uživatel
zažívá
jako
d íve
fyzikální
hranice
svého
prost edí
olfaktorickými, gustatorickými a taktilními drážd ními smysl , které nemusejí být jako ve virtuální realit náro
simulovány. Tyto mají pro oblast nasazení velkou d ležitost
a musejí z stat podporovaným systémem nenarušeny. Samo dopln ní optických a auditivních smysl
nesmí uvést uživatele do nebezpe í. Tudíž není cílem rozší ené
reality pokud možno perfektní napodobení okolí, nýbrž spíše smysluplné dopln ní vnímání uživatele virtuálními informacemi.
2.1.2 Vymezení technologií v AR Vymezení obou technologií virtuální a rozší ené reality lze provést pomocí kontinua realita–virtualita (Obrázek 2-6). P i tom se se rozlišuje stupe
obohacení lidského
vnímání o dodate né informace vytvá ené po íta em. Tady se musí rozlišovat mezi virtuálním prost edím (Virtual Environment), tj. prost edím úpln
vytvá eným
po íta em a reálným prost edím (Real Environment) uživatele. Oblast mezi ob ma pozicemi, které jsou vždy na 100 procent reálné nebo virtuální, je popisována jako smíšená realita (Mixed Reality) nebo také jako kontinuum realita– virtualita. Dále se rozd luje do oblastí rozší ená realita (Augmented Reality (AR)) a rozší ená virtualita (Augmented Virtuality (AV)). Zatímco t žišt
u rozší ené reality
spo ívá ve vnímání reality, lze jej u rozší ené virtuality místo toho nalézt ve vnímání virtuality. Rozlišování t chto oblastí probíhá na základ stupn obohacení informací 23
vytvá ených po íta em do reálného prost edí nebo protich dného obohacení reálných objekt do virtuálního prost edí [21].
Zdroj: Augmented Reality: A Class of Displays on the Reality-Virtuality Continuum [21] Obr. 2-6 Kontinuum realita–virtualita
2.2
Stav techniky
2.2.1 Konstrukce a fungování systémů rozšířené reality Konstrukce systému rozší ené reality (Obrázek 2-7) se skládá, obecn
nahlíženo, z
následujících hlavních komponent: -
zobrazovací p ístroj (HMD, monitor atd.)
-
trackovací systém
-
po íta (systém uložení a zpracování dat)
-
software (generátor scén)
Pro poskytnutí informací odpovídající situaci v zorném poli uživatele je nutné zachytit a ur it sm r pohledu a polohu uživatele relativn k pozorovanému objektu. Teprve na základ t chto informací je možné rozší it zorné pole o informace závislé na situaci (virtuální objekty). Za tímto ú elem se nasazují tzv. trackovací - sledovací systémy, které zprost edkovávají zachycené sou adnice x, y, z jednak generátoru scény a jednak systému uložení dat. Na základ
t chto informací hledá systém uložení dat
vhodné virtuální informace závislé na poloze (nap . pracovní návod se speciálním 24
nástrojem). Tato data pošle systém uložení dat generátoru scény. Tam jsou enesené informace ve vztahu k poloze a sm ru pohledu uživatele, co se tý e perspektivy, správn
vypo ítána a zobrazena na zobrazovacím za ízení. Teprve
pomocí zobrazovacího za ízení jsou informace vizualizovány do zorného pole uživatele. Koncept systému rozší ené reality znázorn ný v Obrázku 2-7 ukazuje minimální rozsah p ístroj . Charakter takového systému se m že podle oblasti aplikace a odlišných požadavk s tím spojených lišit. Pokud nap . není nutné virtuální informace kongruentn p ekrývat, pak se lze vzdát použití trackovacího systému. Pro
aplikaci
s
požadavkem kongruentního
p ekrývání
virtuálních
objekt
s
pozorovanými reálnými objekty musejí být nasazeny, podle požadované p esnosti ekrytí, jemné nebo hrubé trackovací systémy. Takovým hrubým trackovacím systémem je nap íklad Global Positioning System (GPS), který pracuje s p esností 3– 10 m. Jemné trackovací systémy naproti tomu mohou dosáhnout p esnosti až +/- 1 mm. Abychom mohli pro uživatele systému rozší ené reality dosáhnout obzvlášt vysokého stupn
imerze (Imerze popisuje stupe
virtuální objekty vždy p esn
vno ení do virtuálního sv ta.), musejí být
nalícovan
p ekryty s objekty reality. Tuto obtížnost
kongruentního p ekrývání ozna ujeme jako registra ní problém, který se vyskytuje jak u rozší ené reality, tak i u aplikací virtuální reality. P silném charakteru smyslových vjem
ina toho spo ívá v odlišn
(viz Obrázek 2-4). Podle toho je
lov k
vizuálními podn ty ovlivn n siln ji než akustickými nebo haptickými. Tento fenomén se ozna uje také jako „Visual Capture“ [24].
25
Zdroj: Visual Capture [24] Obr. 2-7 Principiální konstrukce systémů rozšířené reality
Uživateli aplikace virtuální reality z stává jen haptický feedback, aby dostal vodítko, jak dob e se scéna p ekrývá. Jelikož vidí výhradn
virtuální prost edí, není pro n j
sledovatelné, zda se nap . jeho ruka pohybuje stejn
tak jako ta zobrazená ve
virtuálním prost edí. Teprve když se bude poloha znázorn ného virtuálního modelu ruky vážn odchylovat od postavení jeho reálné ruky, bude mu to díky haptickému dojmu nápadné. Pokud by uživatel naproti tomu svoji reálnou ruku navíc mohl vid t, tak by si ihned povšimnul té nejmenší odchylky mezi zobrazeným p ekrytým virtuálním objektem a objektem reálným. Systémy rozší ené reality tudíž kladou podstatn vyšší požadavky na zachycení a ur ení polohy než aplikace virtuální reality.
2.2.2 Systémy a techniky vizualizace Pro vizualizaci generovaných virtuálních objekt
lze nasadit r zné zobrazovací
ístroje. P i tom je t eba provést klasifikaci na p ístroje založené na monitoru a na ístroje hlavov
založené. P ístroje založené na monitoru znázor ují informace na 26
voln
pohyblivých, b žných po íta ových monitorech, kdežto hlavové p ístroje, jako
nap . HMD, uživatel nosí na hlav podobn jako nap . p ilbu nebo brýle. Ob tyto t ídy p ístroj se navíc rozlišují ve vztahu ke vnímání virtuálních informací na tzv. obhledové systémy (Look-Around) a pr hledové systémy (Look-Through). Obhledové systémy dovolují uživateli vedle vnímání virtuálních informací volný pohled do reálného okolí, podobn
jako u pracovišt
pole uživatele u pr hledových systém
tém
s obrazovkou. Naproti tomu je zorné kompletn
zakryto a r zn
siln
omezuje p irozený výhled lov ka, který je cca 200°. Tak jako mohou být obhledové (Look-Around) systémy realizovány výhradn
na
základ monitoru, jsou pr hledové systémy provedeny jen hlavové p ístroje. Ob ma ídám p ístroj
je spole né to, že mohou p ijímat jak t ídu vizualizace Video-See-
Through (VST; videopr hled), tak i Optical-See-Through (OST; optický pr hled) (viz Obrázek 2-8).
27
Založené na monitoru
Hlavové
Pr hledové (Look-Through)
Obhledové (Look-Around)
Videopr hled
Optický pr hled
Video-See-Through
Optical-See-Through
Zdroj: Visual Capture [24] Obr. 2-8 Přehled zobrazovacích technik
Zobrazovací p ístroje založené na monitoru Stavba takového systému m že být jak statická, tak i mobilní. P i tom mohou být podle [25] virtuální informace zobrazeny na r zných použitelných zobrazovacích p ístrojích jako: -
pevn instalovaných obrazovkách,
-
mobilních, v ruce nošených minipo íta ích nebo
-
mobilních obrazovkách nošených na paži.
Tato t ída p ístroj m že podle obrázku 2-8 používat jako vizualiza ní techniku nejen Video-See-Through (videopr hled), ale také Optical-See-Through (optický pr hled). [27] popisuje napevno instalované, polopropustné zrcadlo, skrze n ž m že uživatel pozorovat reálné okolí. Prost ednictvím zp tné projekce jsou na tomto zrcadlu zobrazovány odpovídajícím zp sobem virtuální objekty. V r zných aplikacích, jako nap . v [26] je navíc popsáno použití propustných displej AR.
28
U mobilního systému musí být pozice kamery navíc zachycována trackovacím systémem, aby bylo možné vytvo it vztah mezi zobrazovanými virtuálními objekty a pozorovaným okolím. Stavba mobilní aplikace rozší ené reality založené na monitoru je pro p íklad znázorn na na obrázku 2-9. Systémy založené na monitoru mohou být nasazeny také ke stereovizualizaci, p i emž uživatel pro správné vnímání pot ebuje tzv. zatmívací brýle. (Zatmívací brýle: Zatmívací brýle se skládají ze dvou displej z tekutých krystal , které lze elektronicky epínat mezi opticky propustným a nepropustným stavem. Tím se dá voliteln stmavit levé nebo pravé oko. S takovými brýlemi lze pozorovat stereoobrázky na monitoru)
Zdroj: Teleoperators and Virtual Environments [24] Obr. 2-9 Koncepční diagram systému AR založeného na monitoru
Hlavové zobrazovací p ístroje Hlavové p ístroje, jak název napovídá, nosí uživatel na hlav a prezentují vypo tený pohled na scénu d li em paprsk
spole
s vnímaným reálným okolím v zorném
poli. P i tom se jedná o tzv. HMD, HUD nebo také HWD (HWD znamená Head Worn 29
Display [pozn. displej nošený na hlav ]. Alternativní ozna ení podle [28] pro Head Mounted Display [pozn. displej upevn ný na hlav ]). P i použití hlavových zobrazovacích p ístroj je podle obrázku 2-8 rovn ž používáno, jako u zobrazovacích ístroj
založených na monitoru, rozd lení do obou vizualiza ních technik VST a
OST. Zásadní stavební rozdíly oproti zobrazovacím p ístroj m založeným na monitoru a hlavovým jsou pro p íklad znázorn ny v obrázku 2-10. U vizualizace OST zobrazuje virtuální obrázek v zorném poli uživatele d li em paprsk , který se nachází v ose vid ní. Vnímané objekty (reálné a virtuální) jsou tudíž svedeny dohromady v oku uživatele. Odlišná je technická realizace u vizualizace VST. Reálné zorné pole se zde nahrává videokamerou a ve videomixéru je obohaceno o virtuální informace. Ty jsou zobrazeny na monitoru umíst ném p ed okem uživatele.
Zdroj: Teleoperators and Virtual Environments [24] Obr. 2-10 Vizualizační třídy průhledových přístrojů
30
Podle toho, jak jsou virtuální informace zobrazeny v zorném poli uživatele, rozlišují se hlavové zobrazovací p ístroje na monokulární, biokulární a binokulární. Na obrázku 2-11 jsou provedení schematicky znázorn na svojí strukturou. Struktura monokulárního provedení ukazuje zdroj obrazu, který se nachází jen p ed jedním okem uživatele. Oproti tomu jsou u binokulárního provedení p ed ob ma o ima uživatele umíst ny dva odd lené zdroje obrazu s odd lenými optickými dráhami paprsk . Z technické realizace biokulárního provedení je z ejmé, že ob ma o ima je pozorován jeden zdroj obrazu. Informace znázorn né ve zdroji obrazu jsou však odd lenými drahami paprsk
odpovídajícím zp sobem vytvá eny pro ob
o i.
Biokulární a binokulární provedení hlavových zobrazovacích p ístroj
umož uje
odpovídajícím
zobrazení
znázorn ním
stereoskopické
znázorn ní
a
tím
trojrozm rných objekt .
Zdroj
Zdroj
Zdroj
Zdroj
obrazu
obrazu
obrazu
obrazu
Monokulární
Biokulární
Binokulární
Pár o í
Pár o í
Pár o í
Zdroj: Augmented Reality in der Produktion [25] Obr. 2-11 Provedení hlavových zobrazovacích přístrojů
31
Zp sob, jakým jsou informace vizualizovány pomocí zobrazovacích p ístroj
pro
uživatele do jeho zorného pole, závisí na podporované úloze, požadovaném druhu podpory a nasazeném systému rozší ené reality. Z tohoto d vodu je odvoditelná klasifikace typ
vizualizace rozší ené reality s relevantními onformacemi jako na
obrázku 2-12. Vizualizace informací rozší ené reality je v zásad možná jak v závislosti na kontextu, tak i nezávisle na kontextu. V závislosti na kontextu znamená, že zobrazené virtuální informace jsou ve vztahu k pozorovaným reálným objekt m. Oproti tomu nezávisle na kontextu znamená, že neexistuje žádná souvislost mezi zobrazenými virtuálními informacemi a reálnými objekty. Typy vizualizace technologie AR;
V závislosti virtuální
na
kontextu.
informace
Zobrazené
mají
Nezávisle na kontextu. Žádná souvislost
vztah
mezi
k pozorovaným reálným objekt m
Kongruentní
p ekrývání.
zobrazenými
virtuálními
informacemi a reálnými objekty
Shodné
Nekongruentní
ekrývání virtuálního a reálného
p ekrývání.
Neshodné
ekrývání virtuálního a reálného
ekrývání je nerozlišovací. Sou asné
ekrývání není nerozlišovací. Postupné
vnímání virtuálního a reálného
vnímání virtuálního a reálného
Zdroj: Augmented Reality in der Produktion [25] Obr. 2-12 Klasifikace typů vizualizace
Co se tý e t chto zásadních typ vizualizace, existují technické požadavky ohledn zachycení pozice uživatele a reálného objektu. P i vizualizací závislé na kontextu musejí být v každém okamžiku známy p esné hodnoty umíst ní a orientace (6 DOF Degrees Of Freedom znamená 6 stup
volnosti.), aby mohly být virtuální objekty
v generátoru scény odpovídajícím zp sobem vypo ítány a poskytnuty. Kdežto u 32
vizualizace nezávislé na kontextu jsou virtuální informace zobrazovány bez vztahu k pozorovaným reálným objekt m. Podle obrázku 2-12 probíhá vizualizace závislá na kontextu jako shodné (kongruentní) ekrytí nebo jako neshodné p ekrytí s reálnými pozorovanými objekty. Aby bylo zaru eno shodné p ekrytí virtuálních objekt „systém
s reálnými, je nutné nasazení tzv.
jemného sledování“, aby mohly být spln ny požadavky p esnosti ohledn
ur ení pozice a sm ru pohledu uživatele. U neshodného p ekrytí je t eba jen ur it pozici uživatele na základ
„systému hrubého sledování“. Shodné (kongruentní)
ekrytí lze diferencovat na nerozlišovací vizualizaci, tak i na vizualizaci, která není nerozlišovací. U nerozlišovací vizualizace je zobrazen reálný a virtuální objekt v jedné objektové vzdálenosti a odpovídajícím zp sobem sou asn vnímán uživatelem.
2.2.3 Sledovací systémy v AR Aby mohla být realizována vizualizace závislá na kontextu, je nutné, jak bylo popsáno výše, ur ení pozice uživatele, aby mohly být transforma ní informace objekt reálného sv ta p eneseny na virtuální objekty. K takovému ur ení se používají tzv. sledovací systémy, které lze podle [29] rozd lit do šesti zásadních kategorií. Rozd lení probíhá na základ rozdílných technologických p ístup : - m ení doby pr letu (Time of Flight) - optické sledování (Spatial Scan = prostorové snímání) - inerciální sledování (Inertial Scan = zachycení setrva nosti) - mechanické sledování (Mechanical Linkages) - postup s fázovým rozdílem (Phase Differences) - elektromagnetický (Direct Field Sensing)
33
Vztažný systém
Reálný objekt
Uživatel Sledovací systém
Zdroj: Augmented Reality in der Produktion [25] Obr. 2-13 Určení pozice sledovacím postupem podle
V zásad je všem sledovacím systém m spole né ur ování pozice pro r zné objekty. (Obrázek 2-13). Ve vztahu k pevné soustav sledovacích systém
sv tových sou adnic lze pomocí
zachytit pozici uživatele, pozici objektu nebo obou [25]. Níže
bude funkce r zné kategorie v detailu popsána a zvlášt ozna eny vlastnosti r zných postup
v závislosti na p íslušné kategorii. Na záv r budou popsané systémy
ohodnoceny podle technických posuzovacích kritérií uvedených v tabulce 2-2: Tabulka 2-2: Technická hodnoticí kritéria sledovacích systémů
Kritérium Lag Rychl. updatování esnost Rozlišení Dosah Interference
Definice Doba prodlevy mezi pohybem senzoru a výsledným signálem Frekvence aktualizace hodnot zachycených senzorem icí tolerance sledovacího systému esnost senzoru v pozicování/orientování Maximální vzdálenost mezi vysíla em a p íjíma em Náchylnost m icího postupu vzhledem k vn jším vliv m
34
Postup s m ením doby pr letu (TOF = Time of Flight) U tohoto postupu se m í
as, který pot ebuje signál pro p enesení od vysíla e k
íjemci. K t mto postup m s m ením doby pr letu pat í nap íklad ultrazvukové ení a Global Positioning System (GPS). Ultrazvukové m ení používá t i nebo více vysíla
, které vysílají zvuky v ultrazvukové oblasti (~20-40 Khz). Naproti tomu stojí
íjíma e, které mohou tyto vysílané zvuky p ijímat. Na základ
toho, že relativní
pozice referen ního a cílového bodu jsou známy, lze p es triangulaci vypo ítat pozici a orientaci roviny napnuté od emitor
a p íjíma
v prostoru. Výhody této techniky
spo ívají ve vysoké p esnosti, malém provedení, nízké hmotnosti a nízkých nákladech. esnost ultrazvukového p enosu siln variuje v závislosti na více prom nných, jako nap . konstantní rychlosti akustického signálu. Ta je ovliv ována okolními vlivy jako nap . teplota, tlak, vlhkost vzduchu, turbulence. Navíc na v tší vzdálenost ubývá síla signálu. Rušivé, nap . vysokofrekven ní zdroje šumu a stavební p ekrývání m že ztížit ur ení pozice [29]. Global Positioning System (GPS) pracuje podle stejného technického základního principu triangulace a je to systém opírající se o satelity k celosv tovému ur ování pozice, který byl jako prvním využíván Ministerstvem obrany USA. Oficiální ozna ení je NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging). Tento systém byl plánován ve vojenské oblasti pro navigaci (zbra ových systém , vále ných lodí, letadel). Využívá se však také civiln
v námo ní plavb
a letectví, naviga ními systémy v aut
a k
orientaci v outdoor-ové oblasti. GPS se zakládá na celkem 24 satelitech, které obíhají Zemi a p itom vysílají signály, které jsou vyhodnocovány speciálními p ijímacími p ístroji. Z rozdíl zných signál
doby pr chodu
m že p ijíma GPS vypo ítat vzdálenost k jednotlivým satelit m a
tedy svoji pozici relativn k t mto satelit m. K takovému prostorovému ur ení pozice jsou nutné signály nejmén t í satelit . Jelikož jsou údaje o ob žných drahách satelit známy, lze z toho ur it pozici na zemském povrchu a výšku. P edpokladem je, že jsou data ze satelit opat ena asovým razítkem a vysílána synchronizovan . K tomu je každý satelit vybaven atomovými hodinami. Signál GPS obsahuje informace ke stavu satelitu, jeho ob žné dráze jakož i o jeho p esném asu. Existují následující dv t ídy služeb: 35
SPS (Standard Positioning Service) je k dispozici pro každého a byl p vodn projektován na p esnost 100 metr (v 95 % m ení). PPS (Precise Positioning Service) je vyhrazen vojenskému využití a byl p vodn projektován na p esnost 22 metr
(v 95 % m ení). Tyto signály jsou vysílány
zakódovan . Aby byli neautorizovaní uživatelé (vojenští protivníci) vylou eni z p esného ur ování pozice, byla p esnost pro SPS um le zhoršena (Selective Availability, SA). 1. kv tna 2000 byla tato um lá nep esnost vypnuta, takže systém m že být od té doby i mimo dosavadní exkluzivní oblast aplikace využíván k p esnému ur ení polohy. Tím bylo dosaženo p esnosti m ení lepší než 10 metr
v nejmén
90 procentech m ení.
Dalšího zvýšení p esnosti (3–5 metr ) lze dosáhnout pomocí Diferenciálního GPS (DGPS) [30]. Výhoda GPS spo ívá v tom, že je tento signál celosv tov
k dispozici. Navíc jsou
technicky realizovatelné kombinace s GPS, které dosahují p esností cca 50 cm [31]. Je problematické, že p ijímací jednotky mohou být obecn používány jen na volném prostranství a rychlost updatování je jen cca 1 Hz [29].
Optické sledování (Spatial Scan) Základ tohoto postupu spo ívá v analýze 2D projekcí pomocí optických senzor , jako nap . CCD ip ve fotoaparátu. P itom se v t chto projekcích hledají známé obrazové rysy. Na základ
t chto rys
lze ur it pozici a orientaci objektu vybaveného tak
zvaným targetem. Stavbu tohoto sledovacího postupu lze divergovat, což bude popsáno níže. Sledování založené na markerech Pokud po íta ový systém obdrží obrázek pozi ního markeru p es videokameru, lze jej použít pomocí obrazové analýzy k ur ení pozice kamery nebo objektu dieses [32]. Tento proces se ozna uje jako „Inside-Out Tracking založený na markerech“. Na obrázku 2-14 to bude pro p íklad popsáno pomocí pravoúhlého markeru. P esný tvar markeru nutný pro systém ur ení pozice bude pro další zpracování p edán pomocí textového souboru. Ten obsahuje jak rozm ry, tak i stavbu grafického vzoru. 36
Zdroj: [4] Obr. 2-14 Definice textového souboru a patřičný marker [DOI03]
Pro analýzu video-obrazu budou pomocí algoritmu prohledány obrazové body (pixely) ohledn všech region , jejichž obrys lze popsat ty úhelníkem [32]. Nalezený region (Obrázek 2-15a) se p i ur ité prahové hodnot jasu konvertuje do obrázku s jedním bitem
barevné
hloubky
( erná/bílá),(Obrázek
2-15b)
a
následn
podstoupí
perspektivní transformaci. Transforma ní proces posouvá krajní body ty obrysových linií, dokud není výsledkem tvercový tvar s pokud možno svislými hranami, a vypo ítá na tomto základ nové pixelové pozice pro vzor (Obrázek 2-15c).
tvrecový obrázek
je upraven (vyškálován ohledn m ítka) na rozm ry definovaných markerových polí (Obrázek 2-15d), takže nyní m že být porovnán s hledaným vzorem.
Zdroj: [4] Obr.2-15 Analýza videoobrazu: a) Rozpoznání regionu b) Konvertování; c) Souřadnicová transformace; d) Určit škálování
37
Jestliže je marker úsp šn rozpoznán, jsou p vodní obrysové linie nalezených region interpretovány jako vektory a ur í rovinu x-y (Obrázek 2-16a). Další, kolmo k této rovin stojící vektor (Obrázek 2-16b) se vypo ítá matematicky [32] a je použit jako t etí rozm r pro vytvo ení prostoru (Obrázek 2-16c).
Zdroj: [4] Obr. 2-16 Souřadnicový systém maerkru a) Rovina; b) Kolmice c) Virtuální objekt
V rámci tohoto (virtuálního) prostoru je délka vektor rozm ry krajních bod
dána do vztahu s (reálnými)
uvedenými v souboru, a je definována jednotka velikosti pro
sou adnicový systém v prostoru. Ten m že být nyní použit pro uvedení p esných pozic, nap . pro zjišt ní jednozna ného umíst ní kamery (Obrázek 2-17) nebo pro umíst ní virtuálních objekt kongruentn k reálnému zornému poli pozorovatele. Kamera Sou adnicový systém (Xk/Yk/Zk) Obrazovka Sou adnicový systém (Xb/Yb)
Marker Zdroj: [32]
Sou adnicový systém (Xm/Ym/Zm)
Obr. 2-17 Určení pozice fotoaparátu podle souřadnicového systému
38
Vn jší sledování (Outside-In) Sledování rozlišujeme na vn jší a vnit ní. Princip vn jšího sledování Outside-In Tracking [= „sledování vn -dovnit “], je popsán [32] následovn : Optický senzor (nap . kamera) je instalován stacionárn
a snímá kontinuáln
rysy „targetu “, který se
nachází v oblasti snímání (Obrázek 2-18). Tento „target“ je znám systému svou dimenzí (velikost) a stavbou. Podle [29] existují zásadn
dva p ístupy pro ur ení
pozice a orientace rozpoznaného „targetu“. Na jedné stran
lze realizovat ur ení
pomocí n kolika kamer. Tento p ístup se nazývá multiskopický a využívá obrazy kamer snímáné z r zných perspektiv jako základ pro prostorový výpo et pozice triangulací [33].
Na druhé stran
lze p es postup rozpoznávání vzor
vytvo it zp tný záv r ohledn
pozice a orientace kamery. Vzhled a velikost „targetu“ (nap . vytišt ný papírový marker) k tomuto musejí být systému známy. Ur ení pozice a orientace kamery lze vypo ítat obrácením projekce dvourozm rného obrazu „targetu“ snímaného kamerou [29]. Výhody tohoto postupu sledování spo ívají p edevším v p esnosti a rychlosti ur ení pozice. Ta se p ibývající vzdáleností snižuje, jelikož lze rozpoznávaný „target“ opticky e jednozna
identifikovat. Špatné sv telné pom ry a odrazy navíc mohou ztížit
zachycení pozice. Díky stále se v budoucnu zvyšujícím výkon m po íta ekávat zlepšení p esnosti a rychlosti. Nevýhodou je vysoká cena komer dostupných systém .
39
lze
Zdroj: [32] Obr. 2-18 Princip struktury sledování „Outside-In“
Vnit ní sledování (Inside-Out) Dále existuje vedle vn jšího také sledování vnit ní. U tohoto postupu jsou optické senzory upevn ny nap . na uživateli nebo objektu samém. (Obrázek 2-19). Ur ení používá fotometrického p ístupu. K tomu jsou na hlav
uživatele p ipevn na jedna
nebo n kolik kamer. V okolí uživatele jsou upevn ny „targety“ (marker nebo infra ervené LED-diody) a p esn zpracování
obrazu
rozpozná
tyto
zam eny k sob „targety“
a
navzájem. Optický systém
prost ednictvím
softwaru
pro
rozpoznávání obrazu je vypo ítatelná relativní pozice kamery k rozpoznaným „target m“ [32].
40
Zdroj: [32] Obr. 2-19: Princip struktury sledování „Inside-Out“
Výhody tohoto p ístupu ke sledování spo ívají ve vysoké pohyblivosti uživatele, malé form provedení t chto systém , tím podmín né malé hmotnosti a malých nákladech. Nevýhodou je vysoká výpo etní náro nost pro rozpoznání „target “ ve snímaných obrazech a silné ovlivn ní m nícími se sv telnými pom ry. Podle [34.] je rozší ení tohoto systému použitím objektových geometrií (nap . datové modely CAD) jako „p irozených“ marker
p ístupem, aby byl umožn n tzv.
bezmarkerový postup. Díky elektronické reprezentaci geometrie reálného objektu v okolí ji m že systém ve svém zpracování obrazu používat jako „p irozený marker“ [25]. To by znamenalo, že pro ur ení pozice nemusejí být v okolí umíst ny a mezi sebou esn zam eny žádné „targety“. Inerciální sledování (Inertial9 Scan) Inerciální sledování je takzvaným setrva ným m icím postupem, který m í lineární, íp. rota ní rychlost a zrychlení objekt (gyrosystém) [35]. Díky jednoduché (rychlost), íp. dvojité (zrychlení) integraci výsledku m ení lze ur it polohu v prostoru [34.].
41
Výhody tohoto sledovacího postupu spo ívají v teoreticky neomezené oblasti sobení, malé váze, malé konstrukci a v tom, že tento systém vysta í bez externího referen ního m icího bodu. Mechanické sledování (Mechanical Linkages) Tento postup je jedním z nejstarších, který je nasazován k ur ení pozice a je dodnes nejp esn jším a nejrychlejším postupem. Ur ení probíhá p es spojení referen ní pozice s cílovou pozicí, kterou je t eba zachytit, na základ Toto spojení se uskute
uje na základ
mechanického spojení.
ramene, které je podle uspo ádání klouby
odpovídajícím zp sobem pohyblivé. Pro ur ení pozice ve všech šesti stupních volnosti musí být známa délka jednotlivých
lánk
ramene a postavení kloub . Postavení
kloub je zaznamenáno p es potenciometry v kloubech [29]. Tento postup je velmi p esný a rychlý, s velmi malým lagem . Elektronika nutná pro zachycení je cenov
výhodná a dovoluje velmi malou konstrukci. Nevýhodou je, že
volnost pohybu a ak ní radius uživatele jsou nutným mechanickým spojením omezeny. Postup s fázovým rozdílem (Phase Differences) Postup s fázovým rozdílem fáze ur itých frekven ních vln spolu navzájem. Jedna varianta tohoto postupu pracuje srovnateln jako výše uvedený postup TOF. P i tom jsou jednou skupinou emitor
vysílány ultrazvukové vlny, které jsou zase
vyhodnocovány skupinou receiver . Toto vyhodnocení srovnává p ijaté signály s referen ním signálem a m že na základ
posunu fází vypo ítat relativní zm nu
pozice. Triangulace umož uje jako u postupu TOF p esné zjišt ní pozice v prostoru. Použití takového systému umož uje velmi vysoké rozlišení, a navíc má velmi vysokou rychlost updatování, jelikož jsou kontinuáln
vysílány a p ijímány signály. Jako
nevýhodu je t eba zmínit, že jsou ur ovány jen relativní zm ny pozice, a tudíž se s asem odrazí v m eních chyby [29]. Elektromagnetický (Direct Field Sensing) U tohoto postupu se cívkami vytvá ejí elektromagnetická pole. Jak ve vysíla i, tak i ijíma i jsou pokaždé umíst ny t i ortogonáln k sob vyrovnané cívky, ímž m že proud téct ve t ech možných prostorových sou adnicích. P ivedením nap tí na vysíla i jsou po sob vytvo ena t i magnetická pole v cívkách stojících navzájem kolmo k sob 42
a p edána p ijíma i. P ijíma tudíž m í pro každý ze t í proud vznikající magnetická pole, p íp. velikost indukovaného proudu. Tímto zp sobem lze t mito celkem devíti nam enými hodnotami vypo ítat polohu vysíla e v prostoru. U tohoto postupu sledování je na za átku nutné, aby byl systém kalibrován, jelikož jinak už nebude možno správn ur it po áte ní vzdálenost vysíla e a p ijíma e. Tento postup skýtá výhody, že vykazuje vysoké rychlosti aktualizace, žádné problémy se zakrytími (malá doba latence). Nadto umož uje velkou svobodu pohybu a díky sou adnicím 3x3 pom rn
vysokou p esnost. Nevýhodou je ovlivn ní m rových
výsledk kovovými objekty a pokles p esnosti se zv tšující se vzdáleností. Hybridní postupy Každý z výše uvedených systém má své specifické výhody a nevýhody. Aby bylo možné pro speciální oblast nasazení omezit i zcela vylou it eventuální interference i m ení, jsou r zné postupy t chto sledovacích systém
kombinovány spolu
navzájem. Touto kombinací lze p íslušné nevýhody v závislosti na postupech kompenzovat v
i sob . P íklad toho je popsán v [31]. Civiln použitelný systém GPS
byl pro p esn jší ur ení pozice kombinován s postupem, který vysíláním korek ních informací zvyšuje p esnost pro satelitní navigaci prost ednictvím GPS. Kombinací obou t chto postup mohla být zlepšena p esnost Standard +PS p ijíma
z p ibližn
5 m až na 50 cm.
2.2.4 Hodnocení systémů sledování Poté co byly v p edcházejících oddílech popsány jednotlivé sledovací systémy, budou v dalším textu hodnoceny podle kritérií uvedených v tabulce 2-2. V tomto hodnocení bude posuzován výhradn
optický, mechanický, ultrazvukový a elektromagnetický
postup. Setrva né systémy nebudou spole
hodnoceny, jelikož by byly nasazeny
pouze jako dopln ní pro jmenované systémy. Sledování GPS rovn ž nebude porovnáváno, jelikož o ekávaná p esnost a rychlost updatování nesta í nároku aplikace rozší ené reality pro oblast uvnit budov. Kvalita nerozlišovacího p ekrytí reálných objekt virtuálními objekty závisí na p esnosti použitého sledovacího systému a rychlosti aktualizace zachycených dat pozice (Update-Rate ). Na základ
toho jsou toto také nejd ležit jší kritéria, je p i výb ru
sledovací metody pro aplikaci rozší ené reality nutno zohlednit. Nadto jsou dosažitelné 43
rozlišení, dosah a interference v
i vn jším faktor m vlivu dalšími kritérii, které p i
posouzení t chto postup hrají d ležitou roli. Jak lze vy íst z následujícího p ehledu Tabulky 2-3, dodává optický sledovací postup velmi dobré výsledky v p esnosti (rozpoznávací výkon). Rozpoznávací výkon ovšem ubývá p i rostoucí vzdálenosti. Z výzkum [36] a [37.] ohledn postupu rozpoznávání vzor
na základ
ARTool Kit vyplynulo, že p esnost jednak závisí na vzdálenosti a
jednak na úhlu mezi markerem a kamerou. Výsledek t chto výzkum dává maximální odchylku 27 mm p i vzdálenosti 2,5 m. V [36] se uvádí optický sledovací systém DynaSight firmy Origin s dosahem až 12 m p i použití aktivních marker . Tabulka 2-3a: Hodnocení sledovacích systému
Lag [ms] Rych. Update [Hz] esnost [mm] Rozlišení [mm] Dosah [mm]
Optický Mechanický Ultrazvuk. Elektromag. 9-28 N/A N/A 4-6 50-400 -300 25-200 15-144 0,23-27 0,005-0,127 0,5-6 0,8-25 0,003-0,1 0,01 N/A 0,2 1000-12000 1800-6000 250-4500 -10000
Zdroj: [32]
Optické systémy jsou m nícími se sv telnými pom ry lehce až siln
ovlivnitelné ve
svém rozpoznávacím výkonu. Nasazení infra ervených technik sice m že tuto nevýhodu zmenšit, avšak ne zcela vylou it. Nevýhodou, kterou mají všechny optické systémy spole
, je podmínka „Line-Of-Sight“, tzn. mezi kamerou a markerem musí
existovat stálé vizuální spojení, aby mohlo být provedeno ur ení pozice. To znamená, že tyto systémy p i zakrytí kamery nebo markeru nemohou poskytnout aplikaci rozší ené reality žádné informace o pozici pro vizualizaci v závislosti na kontextu. Mechanické sledovací systémy mají ve zde posuzovaných kritériích velmi dobré hodnoty a nejsou narušovány vn jšími vlivy teploty. Podle po tu a délky nasazených len
mechanického ramene se odpovídajícím zp sobem omezuje dosah. Jako
nevýhodné je t eba zmínit, že uživatel je omezován ve své svobod Kombinací s dalšími sledovacími technologiemi lze toto z velké systémy mají nadpr
pohybu.
ásti zlepšit. Tyto
rnou p esnost, jak je známa také ze sou adnicových m icích
stroj . Firmy nabízející tyto m icí p ístroje jako nap . firma FARO nebo ZETTMESS udávají p esnost 0,005 až 0,127 mm na metr. 44
Sledovací systémy založené na ultrazvuku mají na základ
své malé a kompaktní
konstrukce výhodu ve váze. Avšak p esnost nam ených hodnot závisí na faktorech, které jsou ovliv ovány vn jšími vlivy jako nap íklad teplotou a vlhkostí vzduchu, jinými vysokofrekven ními zdroji šumu a možnými stavebními zakrytími okolním prostorem. Dosah t chto systém se dá za adit spíše do st ední oblasti vzdáleností. P esnost systém založených na ultrazvuku polevuje s asem, a tudíž vyžaduje novou kalibraci systému. Výhodou elektromagnetických sledovacích systém je rovn ž malá velikost. P esnost zjišt ných hodnot pozic m že být ovlivn na vn jšími zdroji rušení jako nap . elektromagnetickými poli nebo kovovými p edm ty. Malá doba latence tohoto systému je výhodou, avšak rychlost updatování m že v nejhorším p ípad
init mén než 25
aktualizací za sekundu, a tím m že být p ekrytí virtuálních objekt vnímáno uživatelem jako rušivé. Popsané rysy posuzovaných systém jsou souhrnn vypsány v Tabulce 2-3a/b. Záv rem jsou optický a mechanický sledovací systém nahlíženy pro aplikace rozší ené reality jako nejú eln jší. R zné další vývoje t chto obou systém mají slibné ístupy.[39,40] Tabulka 2-3b: Hodnocení sledovacích systému
Interference v i: sv telným pom m hluku el. zdroj m rušení klimat. podmínkám zakrytím
Optický Ano Ne Ne Ne Ano
Mechanický Ne Ne Ne Ne Ne
Ultrazvuk. Ne Ano Ano Ano Ano
Elektromag. Ne Ne Ano Ne Ne
Zdroj: [32]
3 Možnosti nasazení AR První oblasti aplikace technologie rozší ené reality známy od konce 60. let. Tady probíhal dosavadní vývoj z velké
ásti ve vojenské oblasti, kde je v n kolika
vojenských útvarech tato technologie již nasazena. Díky rozmanitosti možností, které s sebou p ináší tato technologie, se stalo mnoho oblastí použití, v nichž musejí uživatelé interagovat s technickými za ízeními. Zde je eba zmínit obzvlášt léka skou a vojenskou oblast nasazení. Je t eba, aby uživatel prohlédl a zpracoval mnoho d ležitých dat. Možnosti technologie AR vizualizovat 45
libovolný druh po íta ov generovaných dat v závislosti na kontextu a synchronizovat je s vnímáním - dávají p íslib velké podpory uživatele. Oblasti nasazení AR : ·
Zábavní pr mysl
·
Armáda – ve vojenských útvarech
·
Medicín – simulace operací
·
Stavební pr mysl – Architektura
·
Strojní pr mysl - Vývoj produktu, design, výroba a servis
3.1.1 Průmysl a AR Vytvo ení a otestování nových designových a produktových variant je d ležité, aby bylo možno reagovat na p ání a podn ty zákazník . První p ístupy lze najít v [29], kde jsou pomocí technologie rozší ené reality ov ovány r zné alternativy rozmíst ní cockpitu v návrhu nového produktu, lišící se ve form
obm
ujících se uspo ádání
letových p ístroj . Uživatel má možnost realizovat svoje p ání po zm
p ímo v
layoutu p esunutím p íslušných marker . Údržbá ské a servisní innosti pat í pro všechny pr myslové oblasti k nutným úkol m zajiš ujícím výrobu a relevantním pro bezpe nost. Obzvlášt
údržba velkoplošných
pr myslových za ízení jako nap . elektráren a ropných rafinérií nebo rozlehlých potrubních systém je zt žována kv li problém m s orientací. [29.] popisují možnost lokalizovat uživatele rozší enou realitou v areálu a jeho pozici srovnat s dvourozm rným p dorysem za ízení. Díky tomu je možno uživateli podle jeho stanovišt zobrazit p íslušné informace, které jsou ve vztahu k jeho okolí. To mohou být ke stroji se vztahující údržbové plány, provozní stavy nebo informace výrobce, které jsou mu podle pot eby dány k dispozici na p enosný minipo íta . Pro posouzení nov utvo ených karosá ských a tvarových díl jsou v automobilovém pr myslu využívány výpo ty nárazových test . V [25] je popsána aplikace rozší ené reality, která p ekrývá p íslušné graficky upravené výsledky z vypo ítaných nárazových
šet ení
reáln
crashovanými
vozy.
Pomocí
tohoto
postupu,
kombinovaného pozorování reálných a virtuálních výsledk , lze znázornit a diskutovat rozdíly v šet eních. Cílem je jednak zlepšit stávající simula ní nástroje, aby se vypo ítané výsledky p esn ji blížily reálným výsledk m nárazového testu. Na druhé 46
stran
by se tím v budoucnu mohl zmenšit po et reálných nárazových test
ve
vývojovém procesu, což by zase vedlo k úspo e náklad . i nasazení rozší ené reality p i údržb letadel se vychází ze zkrácení doby údržby. Dle šet ení provedeného [25] se jen cca 45 procent celkové pot ebné doby údržby používá k provedení pracovních
inností. Zbývající
as je vydán na vyhledání a
po ízení informací. Na podporu provád ných údržbá ských
inností byly vyvinuty
zné prototypové aplikace. Ty sahaly od jednoduchého zobrazení pot ebných pracovních krok až po inteligentní aplikaci, která rozpozná pokroky práce a v p ípad pot eby poskytne p íští provád ný krok innosti. Pomocí t chto šet ení se tyto aplikace navíc osv
ily jako užite ná podpora p i školení a dalším vzd lávání ohledn
nících se nebo nových údržbá ských úkol pracovník . V literatu e lze nadto najít aplikace, které se vypo ádávají se zobrazením informací pro údržbu obráb cích a výrobních stroj vztaženým ke kontextu. Možnosti p edstavené v [5] [7] [25] [34] sahají od odstran ní závad podporovaného pomocí rozší ené reality, es zprovozn ní a ovládání pr myslových komponent za ízení až po p ichystání procesních informací. Základní kámen pro nasazení technologie rozší ené reality ve výrob položil Dr. David Mizell jedním z nejobsáhlejších pilotních projekt u výrobce letadel Boeing po átkem devadesátých let. Prototyp vyvinutý pro montáž kabelového svazku se ovšem nemohl ani po desetiletém trvání etablovat pro každodenní použití, dokonce, i když zkušební výsledky provedených testovacích
ad daly výsledek, že v tehdejším okamžiku
nasazené vizualiza ní a sledovací p ístroje vyhovují nárok m pracovního úkolu. Díky možnosti vizualizovat do reálného zorného pole uživatele po íta em generované informace závislé na kontextu a sou asn garantovat tém
neomezenou mobilitu je
zajímavá obzvlášt oblast výrobního pr myslu, v níž je t eba realizovat montážní sledy specifické pro produkt, který vykazuje vysokou prom nlivost a komplexitu, jakož i odpovídající bezpe nostní požadavky. Obzvlášt montáž letadel a automobil
klade
velké snahy do tvorby a vybudování prototypových aplikací pro podporu pomocí technologie rozší ené reality. [7] popisují nap . montáž p
ového podvozku na
základ exemplárního, velikostí identického modelu, v n mž jsou p íslušné provád né montážní kroky p ekryty v zorném poli montéra.
47
Oblasti nasazení zajímavé pro automobilový pr mysl sahají, podobn jako v leteckém pr myslu, od plánování proces , továren a za ízen p es montáž až po servis a údržbá ské innosti. V [5] je p edstavena servisní aplikace pro obráb cí stroje, v níž je pro p íklad ukázáno, jaký rozsah s sebou p ináší efektivní nasazení technologie rozší ené reality od p ípravy dat až po vhodnou možnost interakce s podporovanou servisní aplikací v pr myslu. Další aplikace rozší ené reality byly dokumentovány, jako nap . montáž dve í v [25], výrobní montáže u [5] jakož i diagnostiky a zkoušky u [7] [8]. Další oblastí nasazení pro rozší enou realitu ve výrob jsou asisten ní systémy, které podp rn pomáhají uživatel m p ekrytím r zných informací v závislosti na kontextu, jako nap . p i obloukovém sva ování na základ d ležitých procesních parametr [7] [8] [34], p i vysklad ovacích innostech pomocí významných informací o dílech nebo i získávání kvalitativních dat specifických pro produkt [9].
3.2
Rozší ená realita
AR - Augmented reality (rozší ená realita) je ozna ení používané pro reálný obraz sv ta dopln ný po íta em vytvo enými objekty.
Jinak
eno jde o
áste né
zobrazení reality daného p edm tu (nap . letadlo, automobil, budova), která je kombinovaná s následným p idáním a digitálních prvk
(nap . sv tlomety, litá kola,
ásti designových prvk ) Pojmy realita, rozší ená realita a virtuální realita vysv tluje obr. 3-1.
Zdroj: AR-Volkswagen AG Obr. 3-1 Reální – virtuální kontinuita
48
Zdroj: AR-Volkswagen AG Obr. 3-2 Překrývání realit
Historie rozší ené reality za íná mezi roky 1957 – 1962 a byla p edstavena Mortonem Heiligem, v oblasti filmového pr myslu. V oblasti strojírenského pr myslu byla poprvé estavena rozší ena realita v roce 1990 spole ností Boeing, v rámci usnadn ní simulací návrhu a montáže r zných skupinových prvk (viz nap . P íklad kabelových svazk ).
3.3
Požadavky a omezení v AR
Tato kapitola popisuje podmínky v okolí, rámcové podmínky, problematiky a z toho plynoucí požadavky oblasti uplatn ní, které musí spl ovat systém rozší ené reality pro montážní a demontážní
innosti, pro který má být aplikován. Cílem je vypracovat
základ koncepce systému, aby bylo možné zaru it funkcionality, pro tento systém nezbytné: sledování (tracking), vizualizaci a po íta ovou soustavu/integraci).
3.3.1 Omezení v oblast uplatnění (rámcové podmínky) Podmínky okolí v oblasti uplatn ní jsou velice r znorodé co do charakteru. Z tohoto vodu má velký význam znázorn ní možných vliv , tak, aby mohly být odpovídajícím zp sobem zohledn ny p i volb
komponent. V kapitole 2-3 a dalších byly zevrubn
popsány systémové komponenty, nezbytné pro systém AR, a také byly rozpracovány výhody, jakož i nevýhody. Koncepce systému AR pro danou oblast uplatn ní vyžaduje, aby byly veškeré možné
initele vlivu konfrontovány s použitelnými 49
technickými ešeními, pop . s každou jednotlivou nezbytnou komponentou systému AR. Následn budou formulovány vlivy, které prost ednictvím podmínek okolí p sobí na systém AR, a budou odpovídajícím zp sobem porovnány a vybrány komponenty, icházející v úvahu, se z etelem na jejich vlastnosti. Ve zkoumané oblasti uplatn ní mohou provoz systému AR ovlivnit rozli né
initele vlivu, nap . sv telné pom ry,
okolní zvuky, teploty, prach, rázy, vlhkost vzduchu a voda Uvažovanou oblastí uplatn ní je prost edí výrobní haly, které jednak vykazuje nerovnom rné akustické hluky a dále i siln K provád ní ur itých díl ích objem
nerovnom rné sv telné podmínky.
inností jsou používána elektrická i pneumatická
ná adí, jejichž používáním vzniká uvedené nerovnom rné akustické zatížení. Výrazné rozdílnosti ve sv telných podmínkách jsou zp sobovány slune ním zá ením, dodate ným um lým osv tlením, nebo také vlivy, ke kterým dochází p ímo na stanovišti, jako nap . reflexní odrazy sv tla. Podle ro ních období se v místech aplikace vyskytují teploty v rozsahu od cca. 15°C do 35°C. P sobením p ímého slune ního zá ení se tato teplota m že dále zvýšit. Další initelé vlivu, které mohou sobit na systém AR, jsou vyvoláváni samotnou inností, která má být podporována. i tom m že být systém kup íkladu vystaven p ímému i nep ímému p sobení síly (nap . náraz nebo pád), které však nesmí ovlivnit jeho provoz i správné fungování. Navíc musí tento systém schopen odolat tvrdším podmínkám okolí, podmín ným rozsahem pln ných úkol , jako jsou nap . p sobeni tuk , kyselin, prachu, vody atd. Je z ejmé, že systémová komponenta AR „tracking“ (sledování) není ovliv ována initeli vlivu oblasti uplatn ní p i mechanické a elektromagnetické variant . Vzhledem k tomu, že dosah elektromagnetické soustavy je p íliš malý a nep esný, je zde voleno mechanické sledování (machanický tracking). Vizualiza ní komponenta „monitor s ochrannou sk íní“ m že v d sledku nep íznivého umíst ní úhlu pohledu ztížit uživateli rozpoznání signalizovaných informací. Pomocí antireflexní sklen né desky je možné snížit na minimum dodate né, sv tlem vyvolané odlesky. Použití „HMD“ mimo to nastoluje další problémy. Tím, že má toto za ízení odpovídající, pro uživatele p íjemnou a snadno p enositelnou konstrukci, trpí robustnost takovéto vizualiza ní komponenty, omezeno. 50
ímž je jeho použití v této oblasti
Poslední nezbytnou komponentou pro systém AR je zpracovávající po íta ová jednotka. Tato m že být provedena jako stacionární nebo jako p enosná jednotka. P i tom je t eba zohlednit skute nost, že použití p enosné po íta ové jednotky s sebou nese odpovídající výkonov - specifická a systém zhodnocující omezení. Dalšími požadavky, které oblast uplatn ní klade na systém AR, který má být aplikován, jsou: ·
jasné, nenáro né a jednoduše obsluhovatelné rozhraní systému
·
jednoduchá kalibrace sledovacího systému
·
nízké realiza ní náklady
·
pr
·
nemá být vázán na ur itou osobu
·
kompatibilita systému v
·
snadná vym nitelnost (v p ípad servisu)
žný provoz b hem pracovní sm ny p i bateriovém provozu
i stávajícím opera ním systém m a komponentám
Veškeré požadavky musí v této koncepci nalézt zohledn ní pro podporu AR a být uplatn ny. V souladu s oblastí uplatn ní je t eba vypracovat koncepci, která vzájemn sladí jednak hardwarov
a softwarov
- technické a pak také procesn - technické
možnosti.
3.4
Analýza variant designu
Proces designu Postup v oblasti pr myslový design: designérský návrh, 3D modely, vizualizace, zpracování konstruk ní dokumentace - CAD dokumentace - mechanická konstrukce 2D technické a výrobní výkresy, prototyp, dodávka mechanických díl a sestav, PVS. Obr. 3-3 znázor uje áste ný postup od designérských návrh (skic) p es 3D hlin né modely až k prvním náznak m kone né vizualizace.
51
Zdroj: Audi AG Obr. 3-3 Designový postup
Problematika designu: Stavba prototyp je velmi nákladná, náro ná na as a peníze. Ne všechny ze základních myšlenek jsou pak realizovány v hlin ném/design. modelu Reálný model:
pro: vysoká vypovídací schopnost proti:drahý, asov náro ný
Virtuální model:
pro: rychlé vytvá ení variant, animace proti:chyb jící realismus p i aplikacích v reálném ase
Analýza variant designu Rozší ená realita se v designu používá p edevším k porovnání možností, variant a zných kombinací prvk . Snímané objekty lze p enést do graficky upraveného okolí, nahrát k nim další objekty a designov je upravovat. Výhodné pro prezentace, kvalitativní hodnocení díl , spár, návaznosti, … 52
Nevýhodou virtuální modelu pro dané použití je chyb jící realismus p i aplikacích v reálném ase
Zdroj: Audi AG Obr. 3-4 Nasazení v designu
ístup AR Kombinace (Realistické zobrazení a flexibilita) Analýza variant designu Výhoda virtuálního modelu je rychlé vytvá ení variant, možnost tvorby animací .: Na kolo vozidla se umístí zam ovací ter , který je snímán kamerou a na výstupním za ízení je promítán obraz, na kterém se zobrazují r zné varianty typ disk .
Zdroj: Audi AG Obr. 3-5 Design - možnosti uplatnění při variantách disku
53
Analogie, prezentace zadních sv tel v r zných zobrazeních.
Zdroj: Audi AG Obr. 3-6 Design - možnosti uplatnění při variantách zadních světel
Zdroj: Audi AG Obr. 3.7 Design – příprava ustavení
54
KISS - keep it short & simple! (Stru
a jednoduše)
Intuitivní ovládání bez zvláštních znalostí VR Standardizováný a univerzální systém Provozuschopný maximáln do 30 minut
Zdroj: © Daniel Canis, AR-Volkswagen AG Obr. 3-8 Design - možnosti uplatnění při variantách Vorderwagen
55
3.5
Vývoj podporovaný pomocí AR
-
Rozší ená realita se ve vývoji používá k analýzám, porovnávání variant
Možnosti využití - crashová analýza Nejv tší p ínos je analýza v krátké dob , která je odlad ná a optimalizovaná s výpo tem a simulací deformace. P íklad takového znázorn ní je na obrázcích . 3-9; 3-10.
Zdroj: AR-Volkswagen AG Obr. 3-9 Crash simulace
ínos: Ov ení konceptu p evzetí dílu z jiných projektu a jejich varianty Významná úspora náklad ve srovnání s náro nosti výpo Výhody
metodou kone ných prvk MKP.
esná analýza v krátké dob o shod výpo tu a pokusu
možná redukce skute ných crashových pokus dokumentace a m ení reáln – virtuáln Nevýhody
po áte ní optimalizace relace mezireálným a virtuální objektem
56
Zdroj: AR-Volkswagen AG Obr. 3-10 Crash simulace
Zdroj: AR-Volkswagen AG Obr. 3-11 Crash simulace - vpravo detail
57
3.6
Simulace situace zástavby
Možnosti využití - konstruk ní analýza Využívá se pro porovnávání r zných konstruk ních zm n mezi datovými zm nami, jak jednotlivých dílu tak i složitých celk . Na obr 3.12 je znázorn no p ekrytí konstruk ních dat a reálných postavených díl . Konkrétn
se jedná o nádobku chladicí kapaliny
umíst né v motorovém prostoru a jak je patrné odchylky lze velice jednoduše rozpoznat na první pohled. Výhodná je možnost p ekrytí – natrekování konstruk ních dat a reálných díl z libovolných pohled .
Zdroj: AR-Volkswagen AG Obr. 3-12 Nádobka chlazení – virtuální zástavba (různé směry pohledu)
Obdobná možnost je i u pohledových konstruk ních díl . Na (obr. 3.13) je uveden íklad pohledového krytu motoru. Srovnání variant ve stadiu vývoje vykazuje velice nepatrné vizuální rozdíly, což ve stadiu vývoje je naprosto dosta ující pro rozhodnutí z variant konceptu. V tomto p ípad se eší spíše pohledová záležitost než funk ní.
58
Skute né objekty
Virtuální
Zdroj: AR-Volkswagen AG Obr. 3-13 varianty krytu motoru
Nasnímané varianty promítnuté na skute ném voze. Ze skute ného modlu jsou pomocí AR odvozeny deriváty variant bez náklad na jejich prototypovou výrobu.
Skute ný
Zdroj: AR-Volkswagen AG Obr. 3-14 varianty krytu motoru (různé směry pohledu)
59
4 Aplikování vlastního návrhu ešení ve Škoda-Auto i práci na projektu Fabia jsem se seznámil s metodou optického snímání. P i analýzách rozm rových chyb na dodávaných výliscích jsem p išel s nápadem sestavit datový model spolu s výsledky z optického m ení. To byl již jen kr
ek od možnosti
nasazení digitálního cubingu.
4.1
Co znamená pojem Meisterbock
Meisterbock je kontrolní nástroj nasazovaný v ízení kvality ve stavb
automobil .
Tady se jedná o hliníkovou konstrukci, na níž jsou b hem p edsériové fáze vždy stav ny, aby mohlo být posouzeno spolup sobení díl od r zných dodavatel ohledn optiky, haptiky, rozm
4.2
spár, montovatelnosti atd.
Cubing
Cubing je postup zkoušení, resp. vzorkování díl (z hlediska rozm rovosti), který se za al pozvolna používat od 70-tých let 20.století v automobilovém pr myslu. První pracovišt
tohoto typu, bylo pod názvem Meisterbock ve Škod
vybudováno
roku 1994. Byly zde odla ovány jednotlivé plechové díly karoserie i díly interiéru na nov p ipravovanou Škodu Felicia. Tyto díly byly kontrolovány a m eny upevn né, v p esném zpev ujícím rámu, který imitoval skute né vozidlo s p esností do 0,2 mm. Na p elomu let 1995/1996 se pracovišt s ohledem na p ípravu další modelové ady, Škody Octavia, p est hovalo do nových v tších prostor. Zde bylo vybudováno první pracovišt
funk ního Cubingu. Cubing sám osob
je zkušebním p ípravkem útvar
kvality. Ostatní útvary jsou zákazníky v procesu a využívají zkušebních výsledk . Neexistuje žádná standardizovaná definice pojmu „Cubing“. Pojem Cubing vychází z anglického slova „cubic“ a znamená krychlový, kubický nebo trojrozm rný. M žeme tedy íct, že se jedná o trojrozm rný zp sob m ení. Funk ní cubing vn jší p edstavuje velmi p esn zhotovenou maketu karoserie podle dat CAD s veškerým nutným lícováním, spárami a polom ry. Skládá se ze základního rámu, frézovaných díl
cubingu a adaptér . P esnost za ízení, zhotoveného 1:1
v rozm ru vozu je 0,2 mm. Používá se vn jší a vnit ní cubing, pro povrchové díly a pro 60
díly interiéru vozu. Škoda Auto požaduje, aby vn jší cubing umož oval zástavbu plechových i vn jších plastových díl , a to v libovolné možné kombinaci. Funk ní cubing vn jší slouží k posuzování a v asnému odlad ní panelových a plechových díl
v návaznosti na sousední díly. Skute ný stav se porovnává se
jmenovitou hodnotou podle aktuálního stavu dat. Všechny zkoušené díly musí být bez poškození montovatelné a demontovatelné za podmínek podobných ve výrob .
4.3
Funk ní Cubing vn jší
Funk ní Cubing vn jší se skládá ze základního rámu a pomocných desek pro adaptéry meisterbocku., dále z frézovaných díl
(modul
cubingu) a ustavovacích
bod v hlavních a pomocných RPS. Základní rám slouží jako nosi modul cubingu a pomocných desek s adaptéry. Frézované díly – moduly cubingu znázor ují vn jší tvar karoserie a díl exteriéru bez odchylek (v reálném provedení jsou odchylky do dvou milimetr ). Jejich tvar je definován CAD daty. Pomocné desky s adaptéry pro plechové díly slouží pro upevn ní exteriérových a plechových díl .
61
Zdroj: vlastní zpracován Obr. 4-1 Cubing vnější pro model Yeti
4.3.1 Funkční Cubingy a Meisterbocky Rozdíl mezi Meisterbockem a Cubingem spo ívá v tom že, Meisterbock je základní sva ený rám z ocelových profil , na který se v p edem stanovených místech (RPSbodech) upínají plechové díly karoserie, sv tlomety, nárazníky a vlastn vše, co tvo í vn jší tvar vozu. Cubing je oproti tomu pon kud složit jší, ale o to p esn jší, názorn jší a má v tší vypovídací schopnost. Je zde totiž možno sériové díly nahradit díly frézovanými z hliníkových slitin. Celé vozidlo se tak dá sestavit s maximální odchylkou + 0,2mm. Tak nap íklad k hliníkové postranici v Cubingu je možno zamontovat sériové bo ní dve e, 5.dve e, zadní skupinové svítilny a u t chto díl vyhodnotit vzájemnou tvarovou návaznost a pr
hy spár. Podobné vyhodnocení lze provád t u všech díl tvo ících
vn jší tvar karoserie a to v libovolných možných kombinacích. Jednotlivé díly se zde také m í sou adnicovými m ícími stroji a provádí se vyhodnocení v 62
i CAD dat m a
funk ní analýzy, Obdobn , jako se na vn jším Cubingu vyhodnocuje vn jší tvar karoserie, tak na vnit ním Cubingu se vyhodnocují díly interiéru. (p ístrojová deska, obložení dve í apod.).
63
4.4
Funk ní Cubing vnit ní
Vnit ní Cubing je op t frézován z hliníkových slitin s p esností + 0,2mm a slouží k prov ení plošného lícování, spár a funk ním analýzám, jakož i k vyhodnocení a asnému odlad ní všech díl interiéru.
Zdroj: vlastní zpracování Obr. 4-2 Cubing vnitřní pro model Superb
Jednotlivé díly interiéru, nap . koberce, plastové obložení, seda ky, p ístrojová deska, elektroinstalace, výpln
dve í, st ešní okno aj. jsou ve vnit ním Cubingu upevn ny
stejným zp sobem, jako ve skute ném voze. Vyhodnocuje se zde rozm rovost a slícování jednotlivých díl , provádí se zde jejich m ení v vyhodnocení jejich návazností. 64
i CAD dat m i optické
Podklady získané ze zástaveb a m ení na vnit ním a vn jším Cubingu jsou dále využívány pro zlepšení kvality jak u jednotlivých dodavatel , tak i p ímo v mate ském závodu v útvarech kvality, vývoje, Pilothale i ve výrob . Cubingy na nové modely jsou uvád ny do provozu 2.-3. m síce p ed ov ovací sérií a jsou používány po celou dobu, po kterou je v z sériov vyráb n.
4.5
ízení kvality podporované pomocí AR (Digitální Cubing – virtuální zástavba)
Virtuální zástavbou rozumíme p evedení skute ného (reálného) dílu do datové formy, a tímto zdigitalizovaným dílem nahradíme jeho skute nou datovou p edlohu. Tyto objekty m žeme následn
ve virtuálním prost edí porovnávat a vyhledávat
relevantní chyby ve skute ném dílu.
Zdroj: vlastní zpracování Obr. 4-3 Virtuální zástavba 5.dveří modelu SK 252 na Pilotní hale
65
4.6
Technika pot ebná k digitalizaci
4.6.1 3D Scaner Digitalizace povrch, tedy p evod reálného dílu do datové podoby je možno provád t kolika zp soby. M žeme k tomu použít dotykové nebo bezdotykové za ízení.
Zdroj: www.leica.com Obr. 4-4 vlevo bezdotykové scanovací zařízení fa. Leica používané na Pilotní hale vpravo snímací zařízení fa. Infinite
Na Pilotní hale Škoda-Auto se k digitalizaci díl používá 3D scanner firmy Leica. Toto za ízení se skládá z Leica Tracker, Leica T-scan a po íta e zpracovávajícího data. Leica tracker je mobilní optický SMS
2
, který vypo ítá 3D pozici T-scan
z horizontálního úhlu, vertikálního úhlu a m ení vzdálenosti. Ode ítání úhl
je
provád no za použití kodér s vysokým rozlišením, zatímco vzdálenosti jsou ur eny za použití laserového interferometru.
2
SMS - Sou adnicový m ící systém
66
4.6.2 Všeobecné požadavky na měřící systém
-
mobilní, bezkontaktní 3D systém, který umož uje plošné skenování i 1-bodové ení s úplným softwarem na zpracování a vyhodnocování m ených dat
systém musí obsahovat možnost m it body anebo plochy na t žko dostupných místech, nap . st ny, dna a hrany hlubokých otvor (nad 100 mm), hrany st edy otvor , plochy a obecn obtížn p ístupné body (nap . podvozek automobilu) systém musí umožnit m ení v reálném ase, tedy m ená hodnota musí být alfanumericky nebo graficky zobrazená na monitoru PC systém musí být mobilní v rámci velké místnosti nap . výrobní haly a také musí být jednoduše transportovatelný na v tší vzdálenost osobním vozidlem typu Van nebo dodávkou systém musí být necitlivý k okolnímu osv tlení jakéhokoliv typu, v etn p ímého slune ního sv tla systém musí být necitlivý k okolním vibracím, p íp. pohybujícím se pr myslovým za ízením (je áb, dopravník), p emž operátor musí mít možnost p i jednobodových m eních detekovat a eliminovat takto vzniklé nestandardní m ení (bu nemají vliv, nebo je nutné je detekovat a eliminovat) systém musí být vysoce flexibilní, s možností „inline inspekce“, s možností rychlého plošného skenování nebo jednobodového m ení s výsledkem za n kolik desítek sekund maximáln minut systém musí mít dostate velký m ící rozsah s možností m ení malých díl o rozm r cca 10 – 20 cm až do m ení karosérií motorových vozidel bez nutnosti rekonfigurace a p ípadné rekalibrace p i p echodu z malého na v tší m ící rozsah -
systém nesmí být významn ovlivn n kolísáním teploty m ícího prost edí
systém musí být schopný m it i opticky nekooperatívní povrchy bez úpravy povrchu m eného dílu Systém musí umož ovat plnohodnotné m ení jak v režimu plošné skenování tak i v režimu 1-bodové m ení. Systém musí obsahovat konfiguraci hardwaru, která umož uje plošné skenování/jednobodové m ení, a musí být ovládán jedním aplika ním softwarem, v n mž bude možný okamžitý p echod mezi ob ma režimy.
67
Snímací hlava – skener, sloužící pro plošné skenování, musí mít schopnost nasnímání dvou opticky rozdílných povrch (bílá matná a erná matná) zárove bez nutnosti jakéhokoli nastavování parametr operátorem. Snímací hlava – skener musí obsahovat informaci o jeho poloze v i skenovanému dílu vzhledem na m icí rozsah (p i skenování velkých díl není operátor nucen odbíhat sledovat obrazovku PC). -
Systém musí být v takové konfiguraci, aby byl využitelný 1 osobou.
Systém musí být takového provedení, aby p i m ení zastín ných (špatně přístupných) míst p i komplexních úlohách ho bylo nutné co nejmén p emís ovat -
icí rozsah m ení musí být do 7m
bezpe nost m icího systému: v p ípad použití laserového zá ení musí být toto maximáln t ídy II, což znamená práce se systémem bez dopl kových bezpe nostních pom cek esnosti pro m ení s ru ním dotykovým sníma em: 3D odchylka m ení 2 bod rozsahu 7m -
(2sigma) maximáln
100 mikrometr
Délková odchylka (2 sigma) maximáln 60mikrometr
Odchylka m ení rádiusu (2 sigma) maximáln mikrometry na každý další metr -
v m icím
20 mikrometr
esnosti: -pro m ení se skenerem:
-
Délková odchylka (2 sigma) maximáln 60 mikrometr
-
Odchylka m ení rádiusu (2 sigma) maximáln 50 mikrometr
68
plus 2
4.7
Postup digitalizace
Samotný postup digitalizace se skládá z n kolika krok , které jsou v detailu popsány v následujících odstavcích.
4.7.1 Naskenování reálných dílů Prvním úkolem pro tvorbu digitálního Cubingu je p evod reálných díl do datové formy. Toho m žeme dosáhnout n kolika r znými technologiemi. Ve Škoda-Auto se v rámci Pilotní hale používáme optické m ení. Postup skenování je popsán v kapitole 4.8.1.1
4.7.2 Zpracování dat Veškerá nasnímaná data jsem upravil v SW POLYWORKS. Tento software transformuje data do formátu MMF, který je dále zpracováván za pomoci konstruk ního SW Catia.
Zdroj: vlastní zpracování Obr. 4-5 analýza povrchu digitalizovaného dílu
69
Zdroj: AR-Volkswagen AG Obr. 4-6 Meisterbock vs. CAD model
Digitalizace reálného modelu Reálné díly jsou prom eny a transformovány do datové podoby (viz kapitola 4.8). P i snímání vzniknou tzv. mra na bod
a vytvo í se p íslušné plochy, aniž by byla
zanedbána hlavní charakteristika plochy. K tomu jsou do mra na bod odpovídající trojúhelníky a p íslušnými algoritmy vyhlazeny na plochu. 70
vloženy
Tato data jsou pak srovnána s CAD daty. Z tohoto srovnání lze zjistit shodu geometrie reálného dílu s požadovanou geometrií p edepsanou podle CAD dat.
Zdroj: Škoda-Auto a.s. Obr. 4-7 vstupy k analýze dílu
Zelené plochy ukazují dobrou shodu. U modrých ploch jsou plochy vtla ené, u ervených vyvstávají ven.
Zdroj: Škoda-Auto a.s. Obr. 4-8 datová analýza spár
71
4.7.3 Analýza ploch Data jednotlivých díl mohou být potom také ve virtuálním meisterbocku složena. P i tom lze analyzovat plochy. Lze také jednoduše provést analýzu spár. P i tom se pak vypo ítají a zobrazí jen rozdíly ur itých linií hran. Konven
je p esnost díl
ov ována na Meisterbocku, který je etalonem pro
kontrolovaný díl. U virtuálního meisterbocku je kontrolovaný reálný díl spolu s díly virtuálními. Tím lze jednoduše zkontrolovat, jak dob e reálný díl lícuje ke konstruk ním dat m. Protože není nutno vyráb t p esné kovové konstrukce, vzniká úspora asu i náklad . Také tady je nutný odpovídající marker. Pomocí n ho zaznamená po íta , v jaké pozici se nachází pozorovatel ke kame e. U rozší eného meisterbocku je reálný díl opticky zaznamenán kamerovým systémem. Trackovací systém zjistí aktuální pozice, takže sm r pohledu a perspektiva jsou známy. Video obraz reálného dílu je potom p ekryje obrazem virtuálních díl . Tento obraz je pak pomocí odpovídajících systém
zobrazen. To dnes mohou být jednoduché
obrazovky. V budoucnu se, pokud budou k dispozici, použijí p íslušné HMD. Z prohlédnutí m že uživatel potom jednoduše opticky posoudit p esnost lícování reálných
díl .
I
nadále
je
možnost
72
posoudit
pohledovou
ást
sestavy.
4.8 Realizace AR na pilotní hale ve ŠKODA AUTO a.s.
i analýze problém p i náb hu projektu SK25x (viz úvod kapitoly) bylo nutno ešit problém s kvalitou sva ovenských díl . Výlisky, dodávané p ed sériovými dodavateli neodpovídali požadavk m statusu PVS, a úkolem Pilotní haly bylo analyzovat relevantní chyby a definovat požadavky ke korekcím. Vzhledem k asovému tlaku na stavbu voz
jsme se dostali do problém
s kapacitou konven ního (dotykového)
ení. Již d íve uvedené nevýhody s fyzicky a asov náro ným ustavením díl do požadované polohy na Meisterbocku neumož ovaly pot ebnou rychlost reakcí p i iterativní optimalizaci kvality díl
v jednotlivých optimaliza ních smy kách. Pomocí
optického m ení jsme byli schopni provést analýzu oblasti na díle zm eném v minulosti, a pomoci CAD sw sehrát datové stavy p es sebe a provést analýzu odchylek stav . Od t chto operací byl již jen kr
ek k sehrání díl
s CAD stavy a
vytvo it tzv. digitální cubing, který by nahradil konven ní cubing a meisterbock.
4.8.1 Virtuální zástavba zadního víka i problémech s lícováním 5. dve í se st echou jsem poprvé vytvo il datovou sestavu CAD dat s nam enými výsledky a provedl první analýzu pomocí dat. Vlastní zp sob analýzy je popsán v následujících odstavcích.
73
4.8.1.1
Postup
Prvním úkolem pro tvorbu digitálního Cubingu je p evod reálných díl do datové formy. Pomocí m ícího systému Leica jsem provedl sejmutí povrchu m eného dílu. Dle požadavku analýzy provedeme nastavení p esnosti m ení. Pro snadn jší manipulaci s daty, snímáme pouze relevantní oblasti3.
Zdroj: vlastní zpracování Obr. 4.9 scanování vnitřní postranice
Pomocí digitálního 3D scanneru jsem zm il obvod 5. dve í na voze, a to jak plošn tak i obrysovou hranu. S ohledem na velikost dat, jsem usoudil, že pro mnou požadovanou analýzu není nutné znát povrch kompletních dve í. Tyto data jsem poté
3
Teoreticky je možné nasnímat i velkou plochu. Vzhledem k datové náro nosti na pam
oblasti, které jsou nutné k analýze.
74
se ale snímají pouze
nechal exportovat z programu Polyworks do programu Catia. Po vytvo ení datové sestavy m rových výsledk
spolu s CAD daty do zbytku vozu, resp. relevantních
oblastí, ovliv ujících lícování 5. dve í do vozu, jsem provedl ustavení scény do požadované polohy v závislosti na poloze záv
dve í. Poté jsem provedl
rozm rovou analýzu scanu ke zbytku vozu (CAD data). Tímto jsem provedl simulaci Cubingu za pomoci výpo etní techniky. Tento proces jsem pozd ji doplnil o kinematickou simulaci kolizí scanu s CAD daty p i otvírání dve í.
Zdroj: vlastní zpracování Obrázek 4-10: postup digitální zástavby
4.8.1.2
Výsledky m ení, grafické výstupy
Po posouzení m rových protokol z cubingu a mnou provedené virtuální zástavby se ukázalo, že digitální zástavba pln
nahrazuje konven ní cubing, a pro operativní
analýzu je dosta ující pro další optimalizaci výrobních technologií. 75
Pro srovnání jsem spolu s kolegy provedl analýzu m ení zadních bo ních dve í, jež byly zm eny m rovým st ediskem kvality firmy ŠKODA AUTO a.s. a poté na jejich ustavovacích p ípravcích provedl scan toho samého dílu, nejprve v upnutém stavu (totožný stav p i konven ním m ení), a poté voln ustavený díl. Výsledek t chto dvou m ení (p íloha 4-1) nám ukazuje maximální odchylku 0,1mm p i upnutém stavu, a ve volném stavu je odchylka optického m ení proti konven nímu zp sobu maximáln 0,3mm. Zde jsem provedl další analýzu a na základ pozorování montáže dalších díl do hliníkového rámu, jsme došli k záv ru, že vzhledem ke vzniku elastické deformace p i ustavení dílu chyba vzniká metodou, tj. upnutím p i m ení. Tento záv r byl potvrzen m ením p i dalších projektech (p íloha 4-2). Pro úplnost srovnání zde uvádím grafické výstupy z konven ního Cubingu a virtuální zástavbu, resp. Datový výstup s analýzou povrchu z programu Polyworks viz obrázky 4-11, 4-12 a 4-13.
Zdroj: Škoda-Auto a.s. Obrázek 4-11: vstupy z Cubingu, resp. Meisterbocku
76
Zdroj: Škoda-Auto a.s. Obrázek 4-12: Virtuální zástavba 5. dveří modelu SK 252 na Pilotní hale
Výsledky Polyworks (RPS)
77
Zdroj: Škoda-Auto a.s. Obrázek 4-13: Výsledky Polyworks
78
4.8.1.3 Možnosti použití Jedním ze záv
celého projektu bylo i doporu ení vhodnosti díl pro využití metody
virtuální zástavby. Výsledky jsou znázorn ny v obr. 4-14. Hlavním kritériem ur ení vhodnosti použití bylo srovnání m rových výsledk konven ního m ení s optickým m ením [1,3].
Zdroj: Škoda-Auto a.s. Obrázek 4-14: přehled vhodnosti nasazení optického měření na voze
Výhody a klady použité metody •
P i zm
ustavení nebo polohy okamžité výsledky
•
Možnost inspekce celého dílu a nep ístupných oblastí ( ezy, Cave)
•
Univerzálnost pro všechny projekty
•
Operativní možnost opakovaného m ení
Nevýhody a zápory použité metody •
Kóty v catii bez orientace, resp. obtížné ur ení orientace odchylky (kladná, záporná)
•
V sou asnosti neexistuje automatický zp sob definování m rových pozic
•
Nemožnost do m ení zahrnout díly s elastickou deformací (t sn ní, hadice, kabelové svazky)
79
5 Ekonomické zhodnocení Pro srovnání náklad technologie digitálního snímání jsem použil náklady na po ízení a provoz konven ního dotykového m ícího p ístroje Galika. K tomu je zapot ebí, ipo ítat náklady na po ízení Meisterbocku na každý projekt, tedy nákup hliníkového modelu každého projektu Ekonomická analýza nejprve v tabulce 5-1 zkoumá veškeré po izovací náklady na jednotlivá za ízení a poté jsou v tabulce 5-2 vyhodnoceny jednotlivé náklady. Tabulka 5-1: Srovnání cen T-Scanu a GALIKY AG
položka
měna T-Scan
Hardware
EUR
DEA MERCURY R2 60.16.25 Double
EUR
Počítačové vybavení
EUR
1,934
Školení
EUR
3,400
Vícepráce (služby, pojištění...)
EUR
28,407
Volitelné příslušenství
EUR
Pořizovací cena
EUR
Náklady na nový produkt
EUR
5 letý garanční program
EUR
11,793
Pořizovací cena celkem
EUR
280,352
GALIKA AG
234,818 282,120 5,440 33,400 85,140 268,559
406,100 150,000 556,100
Zdroj: vlastní zpracování
Tabulka 5-1 zobrazuje veškeré náklady na po ízení obou za ízení. Z tabulky je patrné, že již po izovací cena GALIKY AG je výrazn vyšší n ž u T-Scanu. Celková po izovací cena GALIKY AG je ješt
každoro
zvyšována ástkou 150 000 Eur na po ízení
Meisterbocku, resp. nového modelu, u za ízení T-Scan iní ro ní garan ní program zahrnující licence, plánované kontroly a p ípadné opravy a vým ny pot ebných komponent 2359 Eur. Z této analýzy vychází jako jednozna
výhodn jší varianta po ízení T-Scanu.
Otázka personálních náklad je bezp edm tná, protože oba zp soby m ení provádí na Pilotní hale jedna skupina pracovník . 80
Tabulka 5-2: Srovnání cen (index) T-Scanu a GALIKY AG
T-Scan
GALIKA AG
Pořizovací náklady
1
1.512
Roční inovace
1
6358,6
Provozní náklady
1
1.714
Životnost
10 let
10 let
Zdroj: vlastní zpracování
Tabulka 5-2 se zam uje na porovnání ro ních náklad
na po ízení a provoz obou
za ízení. Hodnoty vycházejí z tabulky 5-2 avšak pro p ehlednost jsou zde použity koeficienty. Pro výpo et t chto koeficient je brán jako výchozí T-Scan. Po izovací náklady za ízení GALIKA AG jsou 1,5 krát vyšší než u za ízení T-Scan. Provoz obou za ízení vyžaduje každoro ní investice, zahrnující licence, školení, inovované SW-aplikace a nové komponenty. P i porovnání koeficient ro ních inovací jsou hodnoty GALIKY AG extrémn
vysoké. Je to zp sobeno nutností po ízením
hliníkového modelu pro každý projekt, ro ní náklady na provoz T-Scanu jsou ú továny pouze jako záru ní program. T-Scan vystupuje jako výhodn jší také p i porovnání provozních náklad . P i výpo tu bylo po ítáno s t emi m eními denn . P i práci se za ízením T-Scan je možno již jednou nam ené hodnoty ukládat a pracovat s nimi kdykoli pozd ji. Konkuren ní nevýhodou za ízení GALIKA AG je nemožnost práce s již d íve nam enými daty a nutnost opakovat stejné m ení n kolikrát. Životnost obou za ízení udávaná výrobcem je deset let. Po tuto dobu budou ob za ízení schopná kvalitního m ení, bez vysokých náklad na jejich inovaci a údržbu. Z šet ení po izovacích náklad
vyplývá T-Scan jako jednozna en
ešení.
81
nejvýhodn jší
6 Záv r Ve své práci jsem zmapoval možnosti nasazení rozší ené reality v automobilovém pr myslu. Hlavní ást práce jsem v noval nahrazení konven ních m ících technologií digitalizací díl
a jejich následné zástavb
do CAD dat. Tento zp sob ešení m
poprvé napadla p i náb hu vozu Škoda Fabia do výroby. V této dob
jsem byl
zodpov dný za odstran ní zásadní p ekážky pro náb h projektu v oblasti pátých dve í. K této metod analýzy chyb m vedla opakovaná pot eba m ení jednoho díl , která je na konven ních m ících p ístrojích zna
neefektivní a navíc není z d vodu
vzniku chyby p i op tovném ustavení úpln objektivn vypovídající. Na záv r je t eba zmínit, že výhodnost nižších po izovacích náklad
není hlavním
faktorem pro po ízení této technologie. Mnohem d ležit jší je variabilnost analýzy, a možnost sestavení podskupin díl
reálných a datových dohromady. V sou asnosti
jediným znatelným záporem jsou zobrazovací schopnosti projekce, tedy reálného pohledu na díl. Vzhledem k tempu rozvoje po íta ových technologií o ekávám tento nedostatek v brzké dob za bezp edm tný. O vhodnosti této metody m ení sv
í i to, že na základ výsledk , uvedených v této
práci, bylo optické m ení implementováno i v úsecích ízení jakosti a ná
ovny
Škoda. Praktickými zkouškami bylo již d íve ov eno [41], že výsledky metody optického m ení dávají alespo stejný a v ad p ípad lepší výsledek pro analýzu edsériových problém na produktu, než výsledky dosahované klasickým m ením. Na základ toho jsou výsledky optického m ení v etn vyhodnocení a interpretace výsledk ve firm Škoda akceptovány jako rovnocenné ke konven nímu (dotykovému) ení, a to i pro m ení sériové výroby.
i rozhodování v automobilovém pr myslu z stává stále i p es využití digitálních metod pot eba fyzického kontaktu s produktem. Z tohoto hlediska je nutno popsaný projekt chápat jako první krok, který umožní rychle a s nízkými náklady reagovat na zm ny produktu ve stádiu vývoje a p ípravy výroby a zejména p i porovnávání r zných variant ešení problému. Dalším logickým krokem pak bude využití dalšího rozvoje technologií, které umožní hlubší vjem zobrazovaného objektu – nap . celá oblast haptiky (viz. Kap. 1.1) 82
7 Použitá literatura: [1]
ŠKODA AUTO a.s. interní dokumentace
[2]
ŠKODA AUTO a.s. interní směrnice
[3]
ŠKODA AUTO a.s. měrové protokoly SPL (2008)
[4]
Stephen Cawood, Mark Fiala: „Augmented Reality – Practical Guide” (2007)
[5]
Zuber, E.; Kress, M.; Wagner, W.: „Virtuelle Produktion – Partner der digitalen
Produktentwicklung“. Werkstattstechnik. Svazek 91 (2001), [6]
Schreiber, W.: „Augmented Reality – eine Schnittstelle zwischen der realen und
virtuellen Fabrik“. 8. IFF Wissenschaftstage (22.-24.6. 2005), Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb
und
– Automatisierung
Magdeburg,
Stuttgart
Fraunhofer
IRB
Verlag, 2005 [7]
Sato, K.; Ban, Y.; Chihara, K.: MR Aided Engineering – Inspection
Support Systems Integrating Virtual Instruments and Process Control. In: Mixed Reality – Merging Real and Virtual Words (1999), [8]
Schumann, M.; Schenk, M.; Blümel, E.: “Distributed Virtual Worlds” List
02F-SIW-021, 2002 Fall Simulation Interoperability Workshop, Zá í 8-13, 2002, Orlando/FL, USA [9]
Krause,
F.-L.,
Neumann,
J.
and
Rothenburg,
U.
„VR-unterstütztes
Montage- und Demontageplanungssystem.“ Werkstattstechnik, 2000, [10] model
Gausemeier, J.; Fründ, J., Matysczok, C.: Development of a process for
efficient
content
creation
for
mobile Augmented
Reality
applications. CAD 2002-Corporate Engineering Research. Dresden. 2002 [11]
Internetová stránka, Umělecká vysoká škola medií Kolín (Kunsthochschule für
Medien Köln), www.khm.de/~vrmlkurs/index.html, 12/2004 [12]
Sutherland, I.E.: The Ultimate Display. Proc. IFIP Congress. New York, 1965,
[13]
Sutherland, I.E.; „A Head-Mounted Three-Dimensional Display“. Proc. AFIPS
Fall Joint Computer Conference. Washington, D.C.: ThompsonBooks, 1968, 83
[14]
Fisher, S.; McGreevy, M.; „Virtual Workstation: A multimodal, stereoscopic
display environment“; In: Proceedings Advances In Intelligent Robotics Systems, 1986 [15]
Azuma, R.; The Challenge of Making Augmented Reality Work Outdoors; In: „Mixed
Reality: Merging Real and Virtual Worlds“; Yuichi Ohta and Hideyuki Tamura (ed.); SpringerVerlag, 1999; Kap. 21 str. 379-390; ISBN 3-540-65623-5 [16] Up
Caudell, T. P.; Mizell, D.W. (1992): Augmented Reality: An Application of Head Display
Technology
to
Manual Manufacturing Processes. In: Proceedings of Hawaii
International Conference on System Sciences. Maui: IEEE Computer Society. [17]
Internetová stránka, National Institutes of Standards and Technology; Internet:
http://ovrt.nist.gov/projects/mfg/ wie_cs_boeing.html, 09/2004 [18]
Haller, M.; Input Devices, Vorlesungsskript 2002 der
FH Hagenberg,
Internet:
http://webster.fhs-hagenberg.ac.at/staff/haller/mmp6_2003/05-InputDevices.pdf, Stand: 12/03 [19]
Ebbesmeyer, P.; „Dynamische Strukturwände – „Ein Verfahren zur echtzeitorientierten
Bildgenerierung für Virtuelle Umgebungen technischer Objekte“; Dissertation Universität Paderborn, 1998; Paderborn: HNI-Verlagsschriftenreihe, 1998 [20]
J.
Computer
Vallino;
„Interactive
Science,
Augmented
University
of
Reality“; Ph.D. Thesis, Department
Rochester,
Rochester,
NY,
of
Internet:
http://www.se.rit.edu/~jrv/publications/ VallinoThesis.pdf, April 1998 [21]
Milgram, P.; Colquhoun, H.: “A Taxonomy of Real and Virtual World Display
Integration”. In: Ohta, Y.; Tamura, H. (Hrsg.): Mixed Reality – Merging Real and Virtual Worlds, Berlin : Springer, 1999 [22]
Milgram, P.; Takemura, H.; Utsumi, A.; Kishino, F.: „Augmented Reality: A Class of
Displays on the Reality-Virtuality Continuum“. SPIE Telemanipulator [23]
Proceedings
volume
2351:
and Telepresence Technologies (Boston, MA, 1994)
Milgram, P.; Kishino, F.: „A Taxonomy of Mixed Reality Virtual Displays“. IEICE
Transactions on Information and Systems 1994 [24]
Azuma,
R.:
A
Survey
of
Augmented
Reality.
Presence: Teleoperators and
Virtual Environments, Vol. 6, Nr. 4 (1997), Str. 355-385 [25]
Alt, T.: Augmented Reality in der Produktion. Dissertation. Otto-von-Guerike-Universität
Magdeburg, Fakultät für Maschinenbau, 2002 [26]
Internetová stránka MEDARPA; http://www.medarpa.de, 2004
84
[27]
Encarnação, J.; Bimber, O.; Schmalstieg, D.; Barton, R.: Walk-Up VR: Virtual Reality
beyond Projection Screens. In: IEEE Computer Graphics and Applications, 2000 [28]
Feiner, S.: „Augmented Reality: A new way of seeing“. In: Scientific American,
Duben 2002 [29]
Rolland, J. P.; Baillot, Y.; Goon, A. A.: „A Survey of Tracking Technology for Virtual
Environments“. In Barfield, W.; Caudell, T. (Hrsg.): Fundamentals of Wearable Computers and Augmented Reality S. 67-112; Lawrence Erlbaum Associates, Inc. [30]
Internetová stránka NASA; http://www.nasa.gov - Klí ové slovo GPS
[31]
Piekarski, W.; Thomas, B.: „ARQuake – Modifications and Hardware for Outdoor
Augmented Reality Gaming“; Fourth Australian Linux Conference 2003 [32]
Kato, H.; Billinghurst, M.: “Marker Tracking and HMD Calibration for a Video-based
Augmented
Reality
Conferecing
System”. Proc. Second International Workshop on
Augmented Reality, San Francisco, 1999, S. 85-94 [33]
Livingston, M.: „Vision-based tracking with dynamic structured light for video see
through Augmented Reality“. Dissertation, University of North Carolina at Chapel Hill, Department of computer Science, Chapel Hill, USA, 1998 [34]
Müller,
S.;
Lehmann,
S.;
Stricker,
Technologies
and
Roadmap
for
ARVIKA“.
D.;
Genc,
Fraunhofer
Y.;
Navab,
Gesellschaft
N.: „Tracking für
grafische
Datenverarbeitung, Darmstadt, 2000 [35]
F. J. Ferrin. „Survey of helmet tracking technologies“. In SPIE Vol. 1456: Large-
Screen Projection, Avionic and Helmet-Mounted Displays, pages 86{94, 1991 [36]
Malbezin, P.; Piekarski, W.; Thomas, B. H.: „Measuring ARToolkit Accuracy in
Long Distance Tracking Experiments“ in The First IEEE International Augmented Reality Toolkit Workshop (ART ‚02). IEEE, Darmstadt, 2002 [37]
Abawi, D. F.; Bienwald, J.; Dörner, R.: „Accuracy in
Optical Tracking with
Fidutial Markers: An Accuracy Function for ARToolKit“ in Third IEEE and ACM International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR ’04). Arlington, VA, 2004 [38]
Mizell, D.: „Boeing’s wire bundle assembley project“. In: Barfield, W. (Hrsg.); Caudell,
T.(Hrsg.): Fundamentals of Wearable Computers
and
Augmented
Reality.
Mahwah:
Lawrence Earlbaum Associates, 2001, S. 447-467, ISBN: 0-8058-2901-6 [39]
Tegtmeier, A.; Schenk, M.; Ritter, K.C.: „Augmented Reality – Anwendungstechnologie
für Montage/Demontage-Prozesse in der Automobilindustrie“ in VDE 2004
85
[40]
Fa. Augmented Solutions GmbH; Whitepaper (BETA) Developing AR-Applications
with the AR-Browser SDK 2005 [41]
Stefan Müller; Einführung eines optischen Prüfsystems zur 3-dimensionalen
Erfassung von Karosserie-Bauteilen in der Vorserienproduktion und Bewertung der innovativen Vorgehensweise hinsichtlich Prozessvereinfachung, Aufwand und Messgenauigkeit 2008
Seznam obrázk , tabulek a p íloh Seznam obrázk : Obr. 1-1 Budoucí scéná e produkt v automobilovém pr myslu ................................. 12 Obr. 1-2 Možnost nasazení AR v servisních službách ................................................ 14 Obr. 2-1 První pr hledový ("see-through") 3D HMD .................................................... 16 Obr. 2-2 Sutherland prezentuje první 3D náhlavní displej ........................................... 17 Obr. 2-3 I³-Trojúhelník virtuální reality ......................................................................... 18 Obr. 2-4 Procentní podíly smysl na lidském vnímání................................................. 19 Obr. 2-5 Dr. David Mizell p i pokládání kabelového svazku pomocí AR ...................... 21 Obr. 2-6 Kontinuum realita–virtualita ........................................................................... 24 Obr. 2-7 Principiální konstrukce systém rozší ené reality .......................................... 26 Obr. 2-8 P ehled zobrazovacích technik...................................................................... 28 Obr. 2-9 Koncep ní diagram systému AR založeného na monitoru ............................ 29 Obr. 2-10 Vizualiza ní t ídy pr hledových p ístroj ..................................................... 30 Obr. 2-11 Provedení hlavových zobrazovacích p ístroj ............................................. 31 Obr. 2-12 Klasifikace typ vizualizace ......................................................................... 32 Obr. 2-13 Ur ení pozice sledovacím postupem podle ................................................. 34 Obr. 2-14 Definice textového souboru a pat
ný marker [DOI03] ............................... 37
Obr. 2-15 Analýza videoobrazu: a) Rozpoznání regionu b) Konvertování; c) Sou adnicová transformace; d) Ur it škálování ........................................................... 37 Obr. 2-16 Sou adnicový systém maerkru a) Rovina; b) Kolmice c) Virtuální objekt .... 38 Obr. 2-17 Ur ení pozice fotoaparátu podle sou adnicového systému ......................... 38 Obr. 2-18 Princip struktury sledování „Outside-In“....................................................... 40 Obr. 2-19: Princip struktury sledování „Inside-Out“..................................................... 41 86
Obr. 3-1 Reální – virtuální kontinuita ........................................................................... 48 Obr. 3-2 P ekrývání realit ............................................................................................ 49 Obr. 3-3 Designový postup .......................................................................................... 52 Obr. 3-4 Nasazení v designu ....................................................................................... 53 Obr. 3-6 Design - možnosti uplatn ní p i variantách zadních sv tel ............................ 54 Obr. 3.7 Design – p íprava ustavení ............................................................................ 54 Obr. 3-8 Design - možnosti uplatn ní p i variantách Vorderwagen ............................. 55 Obr. 3-9 Crash simulace.............................................................................................. 56 Obr. 3-10 Crash simulace............................................................................................ 57 Obr. 3-11 Crash simulace - vpravo detail .................................................................... 57 Obr. 3-12 Nádobka chlazení – virtuální zástavba (r zné sm ry pohledu) ................... 58 Obr. 3-13 varianty krytu motoru ................................................................................... 59 Obr. 3-14 varianty krytu motoru (r zné sm ry pohledu) .............................................. 59 Obr. 4-1 Cubing vn jší pro model Yeti......................................................................... 62 Obr. 4-2 Cubing vnit ní pro model Superb ................................................................... 64 Obr. 4-3 Virtuální zástavba 5.dve í modelu SK 252 na Pilotní hale ............................. 65 Obr. 4-4 vlevo bezdotykové scanovací za ízení fa. Leica používané na Pilotní hale vpravo snímací za ízení fa. Infinite .............................................................................. 66 Obr. 4-5 analýza povrchu digitalizovaného dílu ........................................................... 69 Obr. 4-6 Meisterbock vs. CAD model .......................................................................... 70 Obr. 4-7 vstupy k analýze dílu ..................................................................................... 71 Obr. 4-8 datová analýza spár ...................................................................................... 71 Obr. 4.9 scanování vnit ní postranice .......................................................................... 74 Obrázek 4-10: postup digitální zástavby...................................................................... 75 Obrázek 4-11: vstupy z Cubingu, resp. Meisterbocku ................................................. 76 Obrázek 4-12: Virtuální zástavba 5. dve í modelu SK 252 na Pilotní hale ..................77 Obrázek 4-13: Výsledky Polyworks ............................................................................. 78 Obrázek 4-14: p ehled vhodnosti nasazení optického m ení na voze ....................... 79
87
Seznam tabulek: Tabulka 2-1: Dot ené a oslovené smysly lidského vnímání ve virtuální realit a jejich funkce .......................................................................................................................... 19 Tabulka 2-2: Technická hodnoticí kritéria sledovacích systém .................................. 34 Tabulka 2-3a: Hodnocení sledovacích systému .......................................................... 44 Tabulka 2-3b: Hodnocení sledovacích systému .......................................................... 45 Tabulka 5-1: Srovnání cen T-Scanu a GALIKY AG ..................................................... 80 Tabulka 5-2: Srovnání cen (index) T-Scanu a GALIKY AG ......................................... 81
Seznam p íloh:
íloha 4-1: Porovnání hodnot m ení -zadních dve í (SK.250), postranice (SK.250), SBBR (SK.351)........................................................................................................... 89 íloha 4-2: Porovnání hodnot m ení zadních dve í (SK.462) ................................. 100
88
Příloha 4-1: Porovnání hodnot měření -zadních dveří (SK.250), postranice (SK.250), SBBR (SK.351)
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
Příloha 4-2: Porovnání hodnot měření zadních dveří (SK.462)
100
