3D-Powerwall am Karlsruher Institut für Technologie

Forschung, Lehre und Innovation mit passgenauen IT-Services und einer leistungsfähigen Infrastruktur zu unterstützen – das ist der Anspruch, mit dem das Steinbuch Centre for Computing (SCC) 2008 von Universität und Forschungszentrum Karlsruhe im Rahmen des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gegründet wurde.

In allen drei Bereichen geht man heutzutage mit riesigen Datenmengen um, die das SCC speichert und verarbeitet. Die Visualisierung von Forschungsergebnissen und Simulationsdaten wird dabei immer wichtiger. Für ein neues Visualisierungslabor suchte man daher nach einer Lösung, wie die vom – ebenfalls neuen – Forschungshochleistungsrechner FOHLR II berechneten Daten, pixelgenau im Bild dargestellt werden können. Bei der Planung der 3D Powerwall fiel die Wahl auf ein Rückprojektionssystem mit zwei Christie Mirage D4K2560 Projektoren. Für die Zuspielung des Contents entschied man sich für zwei Christie Spyder X20 Videoprozessoren.

Pixelgenaue Darstellung ohne Schatten

„Uns kam es neben einer großen Bildbreite auf eine sehr hohe Bildqualität mit entsprechend hoher Auflösung an", erläutert Laborleiter Rolf Mayer. Sein Kollege David Seldner ergänzt: „Wir haben hier am Institut sehr unterschiedliche Einsatzszenarien, vom einfachen Vortrag bis zu komplexen 3D-Szenarien ist alles dabei, teils auch in ein und derselben Veranstaltung". Daher sei die leichte Bedienbarkeit beim Wechsel der Szenarien und eine hohe Flexibilität ein weiterer wesentlicher Punkt gewesen, sich für die Mirage D4K2560 in Verbindung mit den Christie Spyder X20 Prozessoren auszusprechen.

Für die Umsetzung arbeitete das SCC mit Christie-Partner Viscon zusammen, einem Spezialisten für komplexe Visualisierungslösungen. Eine außergewöhnliche Systemkomponente war die eingesetzte VISCON Screen Rückprojektionsscheibe mit einer Größe von 6,70 Metern Breite und 2,30 Metern Höhe. Die beiden nativen 4K 3DLP Projektoren mit 25.000 Lumen wurden als Rückprojektion installiert und liefern über oberflächenbeschichtete Spiegel 2D oder 3D Bilder auf die Vorderseite der Bildwand.

Jeder der beiden Christie D4K2560 Mirage Projektoren verfügt bereits einzeln über die Möglichkeit, native 4K-Inhalte mit 60 Hz wiederzugeben. Bei den gestochen scharfen Bilder mit einer Gesamtauflösung von 6.224 x 2.160 Pixeln, ist jedes Pixel kaum größer als 1mm².

„Wir haben uns bewusst für eine Rückprojektion entschieden, weil sie den Vorteil hat, dass kein Schatten geworfen wird, wenn jemand direkt vor der Wand steht, was häufiger vorkommt", so Seldner. Denn bei der Visualisierung von Untersuchungsergebnissen kommt es auf die Darstellung feinster Details an. Dabei ist auch die extrem hohe Auflösungsbandbreite von ca. 20 Mio. Pixel, die der Spyder X20 zur Verfügung hat, ausschlaggebend, denn so können hochauflösenden Signale auf jedem der vorhandenen Ausgänge verarbeitet werden.

3D Powerwall im Praxistest

Derzeit kommt das Visualisierungslabor für Simulationen in 3D und aktiv Stereo rund drei bis viermal pro Woche zum Einsatz. Das Anwendungsspektrum reicht von der Biomolekülforschung über den Städtebau bis hin zur Medizin. Dabei ist das Labor sowohl für interaktives Arbeiten im Team (es stehen drei Visualisierungsrechner als Arbeitsplätze zur Verfügung) als auch zur Präsentation von Ergebnissen vor größeren Gruppen oder Vorträgen geeignet, da es auch über ein angeschlossenes Auditorium mit Sitzplätzen verfügt.

„Eine der ersten Projektionen, die wir realisiert haben, war die Simulation der Nasennebenhöhlen eines Patienten mit Atemwegsproblemen", erinnert sich Seldner. Die vom Computertomographen erstellten Bilder des Naseninneren wurden auf die Bildwand projiziert, um so bis ins kleinste Detail nach möglichen Ursachen zu suchen.

„Wir sind bislang sehr zufrieden mit den erzielten Ergebnissen. Das System kommt gut an und ist auch bei Besucher-Veranstaltungen wie dem Girls' Day, Tag der offenen Tür, Schülerkolloquium oder Schulklassenbesuchen usw. als Demonstrator sehr gefragt" so Mayer. Damit ist das KIT, das auf eine lange Tradition in der Informatik zurückblickt, auch für die Zukunft bestens gerüstet.

Zukunftsthema Visual Simulation

„Wir freuen uns sehr, dass wir dieses anspruchsvolle Projekt für das KIT optimal umgesetzt haben, " so Eric M. Küpper, Geschäftsführer von Viscon. Visual Simulation sei eines der Kernthemen des 21. Jahrhunderts, da gerade Forschung und Entwicklung hiervon profitierten. „Mit den heutigen Systemen lassen sich komplexe Dinge detailgenau darstellen. Wissenschaftler können so wirkungsvoll unterstützt werden."

Einer Ansicht, der auch die Laborleiter des SCC zustimmen können. Mayer: „Bei den konstant wachsenden Datenmengen müssen Berechnungsergebnisse frühzeitig und auch interaktiv bewertet, d.h. visualisiert werden. Visualisierungslösungen wie hier gegeben, erhalten eine zunehmende Bedeutung." Schon jetzt erlaubt die eingesetzte Lösung den Nutzern, in Kombination mit einem Tracking-System direkt mit dem visualisierten Objekt zu interagieren.

Seldner fügt hinzu: „Der deutlich zunehmende Anteil an Simulationen mit konstant wachsenden Datenmengen wird es kurz- bis mittelfristig notwendig machen, dass schon während der extrem rechenzeitaufwendigen und damit lang laufenden Simulation Ergebnisse visualisiert werden müssen, auch um gegebenenfalls frühzeitig in die Simulation eingreifen zu können." 

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© Karlsruher Institut für Technologie (KIT) / Markus Breig
© Karlsruher Institut für Technologie (KIT) / Rolf Mayer