Virtuelle Realität im Kabinsystementwurf: Entwicklung einer Methodik zur Integration, Optimierung und Vernetzung von Kabinenmodellen für die Darstellung in Unreal Engine

Abstract

Die Luftfahrtindustrie steht vor einem Wandel, der das Potenzial birgt, das Verkehrsflugzeug nachhaltig zu verändern. Alternative Antriebstechnologien, die zur Erreichung der Klimaziele notwendig sind, sowie veränderte Passagiererwartungen in Bezug auf Nachhaltigkeit und Komfort treiben diese Entwicklung voran. Darüber hinaus erfordern disruptive Konzepte und neue Technologien für die Kabine innovative Methoden und Lösungen, um Effizienzsteigerungen im Entwurfsprozess zu erzielen und den Flugverkehr zukunftsfähig zu gestalten. Eine zentrale Herausforderung ist der Ausbau der Digitalisierung des Kabinensystementwurfs im Sinne des Digitalen-Fadens. Dafür müssen neue Methodiken und Modelle entwickelt werden, die eine end-to-end Vernetzung ermöglichen. Dadurch sollen frühzeitig Subsysteme und Komponenten in den Flugzeugentwurf eingebunden werden. Eine weitere Herausforderung liegt in der Interoperabilität, um Ergebnisse aus verschiedenen Fachbereichen zu verknüpfen und ganzheitliche Bewertungen neuer Technologien oder Konfigurationen zu ermöglichen. Die virtuelle Realität (VR) wird dabei als unterstützende Entwicklungsplattform eingesetzt. Mit Hilfe von VR ist es möglich, Wechselwirkungen und Synergien zwischen Systemkomponenten zu identifizieren und Konzepte frühzeitig zu bewerten. Durch immersive Analysen und das Vernetzen von Experten kann die Entwicklung beschleunigt werden. VR kann dabei weit über die geometrische Systemauslegung hinausgehen. Sie bietet das Potenzial, Simulationsergebnisse aus Analysen direkt mit der geometrischen Systemdarstellung zu verknüpfen. Die gewonnenen Erkenntnisse können so auch fachfremden Experten durch die immersive Visualisierung leicht zugänglich gemacht werden. Zudem eröffnet sich die Möglichkeit, in einem frühen Entwicklungsstadium Probandenstudien in VR durchzuführen. Die Integration von VR bringt jedoch Herausforderungen mit sich, da große Datenmengen und komplexe 3D-Modelle nicht direkt nutzbar sind. Deshalb sind optimierte 3D Modelle, eine Reduktion der Modellgröße und automatisierte reproduzierbare Übertragungsverfahren zwischen den einzelnen Tools in der Prozesskette erforderlich, um eine effiziente Visualisierung zu ermöglichen. In dieser Arbeit wird eine Methodik entwickelt, die auf der einen Seite die parametrische und modulare Auslegung von Kabinensystemen weiterentwickelt und auf der anderen Seite mit einer Visualisierung in VR über die Unreal Engine verbindet. Der Ansatz erweitert dabei bestehende automatisierte Auslegungsprozesse für Kabinensysteme am DLR. Anschließend wird eine Schnittstelle zur Unreal Engine geschaffen, die im letzten Schritt des Workflows eine Visualisierung und Interaktion der Kabine mit ihren Systemen in VR ermöglicht. So wird generiertes Wissen immersiv nutzbar gemacht und für Experten sowie Probandenstudien bereitgestellt. Ein zentraler Aspekt dieser Arbeit ist die entwickelte Schnittstelle sowie die optimierte 3D-Modellgröße, die die Interoperabilität zwischen verschiedenen Disziplinen sicherstellt, den Datenaustausch vereinfacht und die generierten Modelle effizient handhabbar gestaltet. Die Reduktion der 3DModellgröße ist dabei entscheidend, da große Datenmengen für VR-Anwendungen nachteilig sein können und eine optimierte Modellbasis für die Visualisierung von Vorteil ist. Durch eine Reduzierung der Datengröße besteht die Möglichkeit, die Fidelität der 3D-Objekte für die VR-Anwendung zu erhöhen, was einen Einfluss auf die Realitätsnähe sowie die Immersion der VR-Darstellung hat. Die beschriebene Methodik wird am Anwendungsfall eines disruptiven Kabinenkonzept demonstriert.