München, 26. April 2005 – SGI gibt bekannt, dass das Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) in Stuttgart in ein Visualisierungssystem ´Silicon Graphics Prism´ investiert hat - und sich damit eine leistungsfähige, flexibel nutzbare Ressource zugelegt hat, mit der es seine industrienahen Forschungaktivitäten bei der Entwicklung innovativer Produktivverfahren effizient vorantreiben kann. Das Linux-basierte 64-Bit-SGI-System, ausgerüstet mit 4 Graphik-Pipes, 8 Intel®-Itanium®2-Prozessoren und 16 GB einheitlich nutzbarem Hauptspeicher, wird dem IAO als Plattform dienen, um eine 4-Seiten-Cave zu treiben und u.a. das von der Automobilindustrie unterstützte ambitionierte Projekt ´Virtual Drive´ zu verfolgen. Virtual Drive zielt auf die Integration von klassischem Fahrsimulator mit der Fahrzeuginnenraum-Simulation, auf die methodentechnische Kombination von Sichtsimulation und VR (Virtual Reality).
Maßgeblich für die Wahl des SGI-Systems waren einerseits die technologie-führende Shared-Memory-Architektur, die den Forschern hohe Performanz und relativ einfache, vielseitige Einsatzmöglichkeiten bietet, zum anderen die Möglichkeit, Graphik-Leistung über eine Compositor-Hardware zu skalieren.
-----------------------
Die beispielhafte Flexibilität, die sich dem IAO mit dem Prism-System erschließt, ist wesentlich, da das Institut die Ressource außer zur Entwicklung von Methoden und Werkzeugen für zukunftsweisende VR-Anwendungen auch als Plattform im Sinne eines Infrastruktur-Dienstleisters und ASPs (Application Service Providers) einsetzen möchte - und insbesondere mittelständischen Firmen, die bisher kaum oder keinen Zugang zu solchen Ressourcen haben, die Produktiv-Vorteile anhand einer Referenzumgebung zugänglich machen möchte. Das IAO stellt Visualisierungseinrichtungen z.B. für kleinere Fertigungsunternehmen zur Verfügung und erstellt auch Pilot-Projekte für sie.
Die Anwendungen, die das Fraunhofer-Institut auf dem Prism-System fährt, laufen unter der am IAO entwickelten VR-Software-Umgebung ´Lightning´.
Virtual Drive - Schneller, kostengünstiger zum Fahrzeugentwurf
Forscher des IAO sind seit geraumer Zeit mit der Entwicklung von Techniken und Verfahren der klassischen Fahrsimulation befasst, bei der der Testant zwar nach einer computer-simulierten Sicht agiert, aber in einem realen, komplett ausgestatteten physikalischen Prototypen oder Mockup sitzt. Das Projekt Virtual Drive sucht die Möglichkeiten drastisch flexibler zu gestalten, indem es auch das Fahrzeug-Mockup virtualisiert. Physikalisch real sind nur noch ein einfacher Sitz und die Eingabekomponenten Lenkrad plus Gas- und Bremspedal - das komplette Fahrzeug-Interieur erfolgt als computer-generierte Darstellung auf den 4 Cave-Seiten, d.h. auf Front- und Seitenwänden plus Boden.
Die gesamte Innenraumausstattung inklusive der hier wesentlichen Karosserie-Geometrien wie etwa Anordnung von A- und B-Säulen braucht nur als CAD-Datensatz und dann in virtueller Realität vorzuliegen. Auf reale Prototypen kann verzichtet werden - die Testfahrten à la Virtual Drive lassen sich in einem sehr frühen Stadium des Fahrzeug-Entwicklungsprozesses durchführen, und das mit einer Vielzahl von Varianten. Das spart Kosten, beschleunigt den Workflow und führt zu ausgereifteren Produkten.
Realitätsnähe plus VR-Interaktivität
"Virtual Drive stellt erhebliche Herausforderungen an die Visualisierung," erklärt Matthias Bues, der das Projekt am IAO vorantreibt. "Einerseits ist Darstellungsqualität mit hochwertigem Rendering und hoher Auflösung erforderlich, wenn wir mit feinen Texturierungen und Schattierungsmethoden den Innenraum mit allen Polster- und Cockpitdetails wiedergeben; andererseits brauchen wir für die Sichtsimulation hohe Frameraten, um den Blick in das Aussenwelt-Szenario genügend flüssig für eine interaktive Fahrsimulation darzustellen. Drittens, und das ist ein entscheidender neuer Ansatz: Der Testant soll während der Fahrsituation mit diversen virtuellen Steuerungs- und Bedienelementen etwa zur Handhabung von Kommunikations-, Klima- und anderen Geräten interagieren können. Das Prism-System dient uns als Plattform, auf der wir eine ambitionierte VR-Umgebung zur funktionalen Evaluierung von virtuellen Fahrzeug-Prototypen entwickeln."
Shared-Memory, Single-System-Image, Skalierbarkeit
Bues: "Wir haben uns für das SGI-System aufgrund seiner Shared-Memory-Architektur und der Single-System-Image-(SSI)-Fähigkeit entschieden - und, ganz wichtig, weil wir denken, dass es auch eine wachsende Zahl industrieller Kunden geben wird, die auf diese Maschine setzen. Die Architektur ist so attraktiv, dass sie in VR-Umgebungen bei potenziellen Projekt-Partnern guten Zuspruch finden kann. Wir setzen für verschiedenste Zwecke im Hause auch eine Reihe von Cluster-basierten Visualisierungssystemen ein, Prism ergänzt unserer Möglichkeiten wesentlich. Auf der Plattform können wir sehr viele Dinge recht schnell, unkompliziert, teilweise erstmals oder auch mit geringerem Aufwand realisieren."
Sämtliche Ressourcen sind bei der SGI-Maschine unter einer einzigen Linux-Partition verfügbar, alle Ressourcen arbeiten auf einen großen zusammenhängend adressierbaren Hauptspeicher zu, auch sehr komplexe Problemstellungen lassen sich in unzerstückelter Weise abarbeiten.
"Datensätze und Modelle werden immer größer, die Verfahren detaillierter, die Rendering-Prozesse aufwändiger", erklärt der IAO-Forscher. "Dabei erweist sich die Shared-Memory-Architektur der SGI-Maschine als ein klares Plus bei allen Fällen, wo es auf intensive Inter-Prozess-Kommunikation ankommt. Das gilt sowohl hinsichtlich der Performanz - denn durch die hohe Bandbreite und geringe Latenzzeit der Architektur werden die traditionellen Engpässe bei Cluster-Vernetzungen vermieden. Das gilt ebenso hinsichtlich der Programmierung - denn die Interprozess-Kommunikation ist einfacher zu strukturieren, zu organisieren, sie braucht weniger Overhead als bei Distributed-Memory-Architekturen."
Skalierbare Graphik - Mit Compositor zu mehrfacher Leistung
Wesentlicher Punkt bei der Entscheidung für die SGI-Plattform war zudem die Verfügbarkeit eines Compositor-Moduls. Mit der Hardware-Option ist es möglich, die Leistungsfähigkeit von bis zu 4 Graphik-Pipelines zusammenzufassen und das unter dynamischen Lastverteilungskonzepten ermittelte Renderingergebnis auf einem Ausgangskanal zu konzentrieren.
"Das bringt uns zusätzliche Möglichkeiten und weitere Flexibilität für unsere Entwicklungsarbeit", sagt Bues. "Alternativ zur Cave-Konfiguration können wir die 4 Pipes auf diesem Wege beispielsweise einsetzen, um auf einer 1-Wand-Projektion die Sichtsimulation mit erhöhter szenischer Komplexität durchzuführen. Auch wenn es beim Compositing um richtig hohe Auflösungen geht, ist eine Hardware-Lösung eine schöne Sache. In Kombination mit dem Compositor ist die SGI-Maschine ein wirklich attraktives Package."
Maßgeblich für die Wahl des SGI-Systems waren einerseits die technologie-führende Shared-Memory-Architektur, die den Forschern hohe Performanz und relativ einfache, vielseitige Einsatzmöglichkeiten bietet, zum anderen die Möglichkeit, Graphik-Leistung über eine Compositor-Hardware zu skalieren.
-----------------------
Die beispielhafte Flexibilität, die sich dem IAO mit dem Prism-System erschließt, ist wesentlich, da das Institut die Ressource außer zur Entwicklung von Methoden und Werkzeugen für zukunftsweisende VR-Anwendungen auch als Plattform im Sinne eines Infrastruktur-Dienstleisters und ASPs (Application Service Providers) einsetzen möchte - und insbesondere mittelständischen Firmen, die bisher kaum oder keinen Zugang zu solchen Ressourcen haben, die Produktiv-Vorteile anhand einer Referenzumgebung zugänglich machen möchte. Das IAO stellt Visualisierungseinrichtungen z.B. für kleinere Fertigungsunternehmen zur Verfügung und erstellt auch Pilot-Projekte für sie.
Die Anwendungen, die das Fraunhofer-Institut auf dem Prism-System fährt, laufen unter der am IAO entwickelten VR-Software-Umgebung ´Lightning´.
Virtual Drive - Schneller, kostengünstiger zum Fahrzeugentwurf
Forscher des IAO sind seit geraumer Zeit mit der Entwicklung von Techniken und Verfahren der klassischen Fahrsimulation befasst, bei der der Testant zwar nach einer computer-simulierten Sicht agiert, aber in einem realen, komplett ausgestatteten physikalischen Prototypen oder Mockup sitzt. Das Projekt Virtual Drive sucht die Möglichkeiten drastisch flexibler zu gestalten, indem es auch das Fahrzeug-Mockup virtualisiert. Physikalisch real sind nur noch ein einfacher Sitz und die Eingabekomponenten Lenkrad plus Gas- und Bremspedal - das komplette Fahrzeug-Interieur erfolgt als computer-generierte Darstellung auf den 4 Cave-Seiten, d.h. auf Front- und Seitenwänden plus Boden.
Die gesamte Innenraumausstattung inklusive der hier wesentlichen Karosserie-Geometrien wie etwa Anordnung von A- und B-Säulen braucht nur als CAD-Datensatz und dann in virtueller Realität vorzuliegen. Auf reale Prototypen kann verzichtet werden - die Testfahrten à la Virtual Drive lassen sich in einem sehr frühen Stadium des Fahrzeug-Entwicklungsprozesses durchführen, und das mit einer Vielzahl von Varianten. Das spart Kosten, beschleunigt den Workflow und führt zu ausgereifteren Produkten.
Realitätsnähe plus VR-Interaktivität
"Virtual Drive stellt erhebliche Herausforderungen an die Visualisierung," erklärt Matthias Bues, der das Projekt am IAO vorantreibt. "Einerseits ist Darstellungsqualität mit hochwertigem Rendering und hoher Auflösung erforderlich, wenn wir mit feinen Texturierungen und Schattierungsmethoden den Innenraum mit allen Polster- und Cockpitdetails wiedergeben; andererseits brauchen wir für die Sichtsimulation hohe Frameraten, um den Blick in das Aussenwelt-Szenario genügend flüssig für eine interaktive Fahrsimulation darzustellen. Drittens, und das ist ein entscheidender neuer Ansatz: Der Testant soll während der Fahrsituation mit diversen virtuellen Steuerungs- und Bedienelementen etwa zur Handhabung von Kommunikations-, Klima- und anderen Geräten interagieren können. Das Prism-System dient uns als Plattform, auf der wir eine ambitionierte VR-Umgebung zur funktionalen Evaluierung von virtuellen Fahrzeug-Prototypen entwickeln."
Shared-Memory, Single-System-Image, Skalierbarkeit
Bues: "Wir haben uns für das SGI-System aufgrund seiner Shared-Memory-Architektur und der Single-System-Image-(SSI)-Fähigkeit entschieden - und, ganz wichtig, weil wir denken, dass es auch eine wachsende Zahl industrieller Kunden geben wird, die auf diese Maschine setzen. Die Architektur ist so attraktiv, dass sie in VR-Umgebungen bei potenziellen Projekt-Partnern guten Zuspruch finden kann. Wir setzen für verschiedenste Zwecke im Hause auch eine Reihe von Cluster-basierten Visualisierungssystemen ein, Prism ergänzt unserer Möglichkeiten wesentlich. Auf der Plattform können wir sehr viele Dinge recht schnell, unkompliziert, teilweise erstmals oder auch mit geringerem Aufwand realisieren."
Sämtliche Ressourcen sind bei der SGI-Maschine unter einer einzigen Linux-Partition verfügbar, alle Ressourcen arbeiten auf einen großen zusammenhängend adressierbaren Hauptspeicher zu, auch sehr komplexe Problemstellungen lassen sich in unzerstückelter Weise abarbeiten.
"Datensätze und Modelle werden immer größer, die Verfahren detaillierter, die Rendering-Prozesse aufwändiger", erklärt der IAO-Forscher. "Dabei erweist sich die Shared-Memory-Architektur der SGI-Maschine als ein klares Plus bei allen Fällen, wo es auf intensive Inter-Prozess-Kommunikation ankommt. Das gilt sowohl hinsichtlich der Performanz - denn durch die hohe Bandbreite und geringe Latenzzeit der Architektur werden die traditionellen Engpässe bei Cluster-Vernetzungen vermieden. Das gilt ebenso hinsichtlich der Programmierung - denn die Interprozess-Kommunikation ist einfacher zu strukturieren, zu organisieren, sie braucht weniger Overhead als bei Distributed-Memory-Architekturen."
Skalierbare Graphik - Mit Compositor zu mehrfacher Leistung
Wesentlicher Punkt bei der Entscheidung für die SGI-Plattform war zudem die Verfügbarkeit eines Compositor-Moduls. Mit der Hardware-Option ist es möglich, die Leistungsfähigkeit von bis zu 4 Graphik-Pipelines zusammenzufassen und das unter dynamischen Lastverteilungskonzepten ermittelte Renderingergebnis auf einem Ausgangskanal zu konzentrieren.
"Das bringt uns zusätzliche Möglichkeiten und weitere Flexibilität für unsere Entwicklungsarbeit", sagt Bues. "Alternativ zur Cave-Konfiguration können wir die 4 Pipes auf diesem Wege beispielsweise einsetzen, um auf einer 1-Wand-Projektion die Sichtsimulation mit erhöhter szenischer Komplexität durchzuführen. Auch wenn es beim Compositing um richtig hohe Auflösungen geht, ist eine Hardware-Lösung eine schöne Sache. In Kombination mit dem Compositor ist die SGI-Maschine ein wirklich attraktives Package."
