DE10325120A1

DE10325120A1 - Simulationssystem für die Beurteilung eines virtuellen Fahrzeuges

Info

Publication number: DE10325120A1
Application number: DE2003125120
Authority: DE
Inventors: Sven-Oliver Dr. Mündemann; Kai Schrader
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2004-12-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Simulationssystem für die Beurteilung eines virtuellen Fahrzeuges (17, 27), wobei das Simulationssystem ein optisches Sensorsystem zum Erfassen eines Abbildes eines Probanden (10) und eine Recheneinrichtung (1) umfasst, auf der das virtuelle Fahrzeug (17, 27) implementierbar ist und mittels der das Abbild (16, 26) des Probanden (10) in dem virtuellen Fahrzeug (17, 27) und/oder in einer Umgebung des virtuellen Fahrzeuges (17, 27) simulierbar ist. Das Simulationssystem umfasst einen Anzug (11) für den Probanden (10), wobei der Anzug eine auf das optische Sensorsystem abgestimmte Oberfläche aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein für die Beurteilung eines virtuellen Fahrzeuges geeignetes Simulationssystem, wobei das Simulationssystem ein optisches Sensorsystem zum Erfassen eines Abbildes eines Probanden und eine Recheneinrichtung umfasst, auf der das virtuelle Fahrzeug implementierbar ist und mittels der das Abbild des Probanden in dem virtuellen Fahrzeug und/oder in einer Umgebung des virtuellen Fahrzeuges simulierbar ist.
Derartige Simulationssysteme gewinnen durch wachsende Kundenanforderungen an Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, zunehmend an Bedeutung. Dies betrifft nicht nur Ausstattungsmerkmale, sondern auch Anwenderfreundlichkeit sowie die Ergonomie eines Fahrzeuges. Entsprechend werden bei der Auslegung von Kraftfahrzeugen im zunehmenden Maße ergonomische Aspekte berücksichtigt. Produktlebenszyklen und Produktentstehungszeit von Kraftfahrzeugen werden immer kürzer. Daher bildet die Simulation einen immer wichtiger werdenden Bestandteil der Fahrzeugentwicklung. Durch den Einsatz virtueller Techniken ist es im zunehmenden Maße möglich, Erprobungen in der Produktentstehung durch die Simulation vorzuziehen. Hierdurch werden Zeit und Kosten eingespart, da der Aufwand für den Aufbau von Hardware reduziert und Fehler frühzeitig erkannt werden. Derartige Simulationen ermöglichen eine frühzeitige Beurteilung eines Fahrzeuges.
Dies gilt auch für die Simulation der Mensch-Maschine-Schnittstelle. Seit dem Einsatz virtueller Techniken in der Produktentstehung von Kraftfahrzeugen werden Menschenmodelle visualisiert. Mit dem Einsatz von 2D-CAD-Systemen wurde zunächst die Methode aus der manuell erstellten technischen Zeichnung übertragen. Es wurden 2D-Schablonen von Menschen in CAD-Zeichnungen positioniert. Durch die Einführung von 3D-CAD-Systemen wurde zunächst die 2D-Funktionalität in den Systemen implementiert. Es wurden zunehmend echte 3D-Menschenmodelle visualisiert. Über die feste Definition von Menschenmodellen, bei denen auch die Anatomie des Körpers berücksichtig ist, wurden Haltungen von Menschen an Aktionsstätten computergestützt berechnet. Basierend auf den 3D-CAD-Systemen wurden zusätzlich Applikationen geschrieben, welche mit den im Menschenmodell vorhandenen Daten weiterführende Simulationen ermöglichten. Als Beispiel sei hier die Berechnung von Griffkreisen, der Lenkradverdeckung, des Gurtverlaufes sowie der indirekten Sicht über Spiegel genannt.
Zur Simulation von Menschenmodellen in virtuellen Fahrzeugen können die Bewegungen von Menschen in Fahrzeugattrappen aufgenommen und in ein virtuelles Fahrzeug abgebildet werden. Zur Aufnahme von Bewegungen von Menschen in Fahrzeugattrappen sind aus der DE 101 37 841 A1 und der DE 101 18 397 A1 mechanische und aus der US 5 235 416 optische Sensoren bekannt. Bei optischen Sensoren, wie sie die US 5 235 416 vorsieht, werden an bestimmten Punkten Markierungen an einem Probanden, also dem abzubildenden Menschen, angebracht. Derartige Markierungen können gemäß der DE 101 37 241 A1 auf ein abzubildendes Objekt projiziert werden. Geräte zum Aufnehmen sind in der US 5 235 416 , DE 101 37 241 A1 und der US 5 969 822 offenbart. Aus dem Aufsatz "3D Live: Real Time Captured Content for Mixed Reality" von Simon Prince, Adrian David Cheok, Farzam Farbiz, Todd Williamson, Nik Johnson, Mark Billinghurst, und Hirokazu Kato, International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR'02), 2002 ist zudem die dreidimensionale Abbildung von Menschen in einer virtuellen Umgebung bekannt, wobei die abzubildenden Menschen mit einem System aus mehreren Kameras aufgenommen werden, deren Bilder zu einem dreidimensionalem Abbild zusammengefügt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Simulation von Menschen in virtuellen Fahrzeugen zu vereinfachen.
Vorgenannte Aufgabe wird durch ein für die Beurteilung eines virtuellen Fahrzeuges geeignetes Simulationssystem gelöst, das ein optisches Sensorsystem zum Erfassen eines Abbildes eines Probanden und eine Recheneinrichtung umfasst, auf der das virtuelle Fahrzeug implementierbar ist und mittels der das Abbild des Probanden in dem virtuellen Fahrzeug und/oder in einer Umgebung des virtuellen Fahrzeuges simulierbar ist, wobei das Simulationssystem einen Anzug für den Probanden mit einer auf das optische Sensorsystem abgestimmten, insbesondere im wesentlichen homogenen, Oberfläche umfasst.
Vorgenannte Aufgabe wird zudem durch einen Anzug für einen in einem virtuellen Fahrzeug und/oder in der Umgebung des virtuellen Fahrzeuges zu simulierenden Probanden gelöst, wobei der Anzug eine auf ein optisches Sensorsystem zum Erfassen eines Abbildes des Probanden abgestimmte, insbesondere im wesentlichen homogene, Oberfläche aufweist.
Vorgenannte Aufgabe wird zudem durch ein für die Beurteilung eines virtuellen Fahrzeuges geeignetes Simulationsverfahren gelöst, wobei ein Abbild eines Probanden in einem Anzug mittels eines optischen Sensorsystems erfasst wird, der eine auf das optische Sensorsystem abgestimmte, insbesondere im wesentlichen homogene, Oberfläche aufweist, und wobei das Abbild des Probanden in dem virtuellen Fahrzeug oder in einer Umgebung des virtuellen Fahrzeuges simuliert wird.
Ein Anzug im Sinne der Erfindung ist ein ein- oder mehrteiliges Kleidungsstück. Ein Anzug im Sinne der Erfindung kann einen, insbesondere eng anliegenden, Overall oder z.B. ein zumindest zweiteiliges Kleidungsset mit einem Oberteil und einer Hose umfassen. Ein Anzug im Sinne der Erfindung kann auch Handschuhe umfassen. Mittels eines Anzuges im Sinne der Erfindung sind in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mindestens 50%, vorteilhafterweise mindestens 80% einer abzubildenden Oberfläche des Probanden bedeckbar.
Eine auf das optische Sensorsystem abgestimmte Oberfläche eines Anzuges kann z.B. die gleiche Oberfläche wie die Oberfläche von Markierungen für Probanden umfassen, wie sie z.B. aus der US 5 235 416 bekannt sind. Die Oberfläche des Anzuges kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung lichtreflektierendes Material umfassen.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das optische Sensorsystem einen Laserscanner. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das optische Sensorsystem zumindest drei Laserscanner.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Simulationssystem ein Display zur Darstellung des Abbildes des Probanden in dem virtuellen Fahrzeug und/oder in der Umgebung des virtuellen Fahrzeuges auf.
Ein Fahrzeug im Sinne der Erfindung kann auch Teile eines Fahrzuges umfassen und ist nicht auf ein Fahrzeug als Gesamtheit beschränkt. Ein Fahrzeug im Sinne der Erfindung kann z.B. auch das Interieur eines Fahrzeuges darstellen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel für ein Simulationssystem,
2 ein Ausführungsbeispiel für ein virtuelles Kraftfahrzeug mit dem Abbild eines Probanden und
3 ein Ausführungsbeispiel für ein Simulationsverfahren.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Simulationssystem. Das Simulationssystem weist eine Recheneinrichtung 1 und ein optisches Sensorsystem mit zumindest drei Laserscannern 6, 7 und 8 auf. Die Laserscanner 6, 7 und 8 sind auf eine Fahrzeugattrappe 2, eine sogenannte Sitzkiste, ausgerichtet. Die Fahrzeugattrappe 2 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel Sitze 3 und 4 sowie ein Lenkrad 5 auf. Auf dem Sitz 4 ist ein Proband 10 platziert. Der Proband 10 trägt einen Anzug 11 mit einer auf das optische Sensorsystem abgestimmten Oberfläche. Der Anzug kann ein ein- oder mehrteiliges Kleidungsstück sein. Der Anzug kann z.B. einen, insbesondere eng anliegenden, Overall oder z.B. ein zumindest zweiteiliges Kleidungsset mit einem Oberteil und einer Hose umfassen. Der Anzug kann auch Handschuhe umfassen. Der Anzug bedeckt zumindest 50% einer abzubildenden Oberfläche des Probanden 10.
Das Simulationssystem weist zudem ein mit der Recheneinrichtung 1 verbundenes Display 15 auf. Mittels des Displays 15 ist ein Abbild 16 des Probanden 10 in einem virtuellen Fahrzeug 17 darstellbar. Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Darstellung eines virtuellen Kraftfahrzeuges mit dem Abbild eines Probanden zeigt 2. Dabei bezeichnet Bezugszeichen 26 das Abbild des Probanden 10 und Bezugszeichen 27 das virtuelle Fahrzeug.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Simulationsverfahren zur Erläuterung der Funktionalität des Simulationssystems gemäß 1. In einer Vorbereitungsphase 30 wird der Proband 10 mit dem Anzug 11 versehen und in der Fahrzeugattrappe 2 platziert. Bei der Vorbereitungsphase 30 bei dem erfindungsgemäßen Simulationssystem entfällt ein vorangehendes Vermessen des Probanden und ein entsprechend dem Ergebnis der Vermessung durchzuführendes Kalibrieren des optischen Aufnahmesystems, wie es z.B. bei einem System gemäß der Lehre der US 5 235 416 notwendig ist.
Der Vorbereitungsphase 30 folgt eine Erfassungs- und Simulationsphase 31. Dabei wird mittels des optischen Sensorsystems mit den zumindest drei Laserscannern 6, 7 und 8 ein Abbild des Probanden 10 erfasst, aus dem in der Recheneinrichtung 1 eine dreidimensionale Darstellung, also ein Modell des Probanden erstellt wird. In der Recheneinrichtung 1 ist das virtuelle Fahrzeug, also ein imaginäres Modell eines Fahrzeuges, gespeichert. Mittels der Recheneinrichtung 1 wird anschließend das Modell des Probanden 10 in dem virtuellen Fahrzeug 17 bzw. 27 simuliert.
Der Erfassungs- und Simulationsphase 31 folgt eine Darstellungsphase 32. Dabei wird ein Abbild 16 bzw. 26 des Probanden 10 in dem virtuellen Fahrzeug 17 bzw. 27 abgebildet. Die Erfassungs- und Simulationsphase 31 und die Darstellungsphase 32 können auch ganz oder teilweise parallel erfolgen.

1: Recheneinrichtung
2: Fahrzeugattrappe
3, 4: Sitz
5: Lenkrad
6, 7, 8: Laserscanner
10: Proband
11: Anzug
15: Display
16, 26: Abbild des Probanden
17, 27: virtuelles Fahrzeug
30: Vorbereitungsphase
31: Erfassungs- und Simulationsphase
32: Darstellungsphase

Claims

Für die Beurteilung eines virtuellen Fahrzeuges (17, 27) geeignetes Simulationssystem, wobei das Simulationssystem ein optisches Sensorsystem zum Erfassen eines Abbildes eines Probanden (10) und eine Recheneinrichtung (1) umfasst, auf der das virtuelle Fahrzeug (17, 27) implementierbar ist und mittels der das Abbild (16, 26) des Probanden (10) in dem virtuellen Fahrzeug (17, 27) und/oder in einer Umgebung des virtuellen Fahrzeuges (17, 27) simulierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Simulationssystem einen Anzug (11) für den Probanden (10) umfasst, wobei der Anzug (11) eine auf das optische Sensorsystem abgestimmte Oberfläche aufweist.
Simulationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Sensorsystem einen Laserscanner (6, 7, 8) umfasst.
Simulationssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Sensorsystem zumindest drei Laserscanner (6, 7, 8) umfasst.
Simulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Anzuges (11) lichtreflektierendes Material umfasst.
Simulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Display zur Darstellung des Abbildes (16, 26) des Probanden (10) in dem virtuellen Fahrzeug (17, 27) und/oder in der Umgebung des virtuellen Fahrzeuges (17, 27) aufweist.
Simulationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Anzuges (11) mindestens 50% einer abzubildenden Oberfläche des Probanden (10) bedeckbar sind.
Simulationssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Anzuges (11) mindestens 80% der abzubildenden Oberfläche des Probanden (10) bedeckbar sind.
Für die Beurteilung eines virtuellen Fahrzeuges (17, 27) geeignetes Simulationsverfahren, wobei ein Abbild (16, 26) eines Probanden (10) mittels eines optischen Sensorsystems erfasst wird, und wobei das Abbild (16, 26) des Probanden (10) in dem virtuellen Fahrzeug (17, 27) oder in einer Umgebung des virtuellen Fahrzeuges (17, 27) simuliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbild (16, 26) des Probanden (10) in einem Anzug (11) erfasst wird, der eine auf das optische Sensorsystem abgestimmte Oberfläche aufweist.
Simulationsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbild (16, 26) des Probanden (10) in dem virtuellen Fahrzeug (17, 27) oder in der Umgebung des virtuellen Fahrzeuges (17, 27) dargestellt wird.
Anzug (11) für einen in einem virtuellen Fahrzeug (17, 27) und/oder in der Umgebung des virtuellen Fahrzeuges (17, 27) gemäß einem Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 zu simulierenden Probanden (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Anzug (11) eine auf ein optisches Sensorsystem zum Erfassen eines Abbildes (16, 26) des Probanden (10) abgestimmte Oberfläche aufweist.
Anzug (11) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Anzuges (11) lichtreflektierendes Material umfasst.