Virtuelle Realität am Leibniz-Rechenzentrum

Das Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) in Garching bei München ist das gemeinsame Rechenzentrum der Ludwig-Maximilians-Universität München, der Technischen Universität München sowie der Bayerischen Akademie der Wissenschaften.

Im Oktober 2012 wurde dort das Zentrum für Virtuelle Realität und Visualisierung (V2C) eröffnet. Seitdem steht dort unter anderem eine 5-Seiten-Projektionsinstallation zur Verfügung, die von insgesamt zehn Christie® Aktiv-Stereoprojektoren bespielt wird.

Auch wenn die Eröffnung nun schon einige Monate her ist, für den wissenschaftlichen Mitarbeiter, Herr Dr. techn. Christoph Anthes vom LRZ ist das Ganze immer noch 'Work in Progress': „Wir hatten im Juli 2012 ein erstes Preview, dann im Oktober die Einweihung, aber wir sind noch immer im Aufbau, weil immer wieder neue Fragestellungen aufgeworfen werden. 'Regelbetrieb' kann man jedenfalls auch heute noch nicht sagen."

Die Bandbreite der Anwendungen ist enorm. Mehrmals pro Woche kommen Wissenschaftler aus den verschiedensten Bereichen, Archäologen, Architekten, Informatiker, Bauingenieure, Maschinenbauer oder Zoologen - und sie alle haben etwas programmiert, das sie nun in 3D im eigens eingerichteten Projektionsraum visualisieren wollen. Ausgestattet mit einer aktiven 3D Shutterbrille steigen sie direkt in die Projektion.

Ziel des Systems ist es, dem Nutzer die Möglichkeit zu bieten, ganz in den dreidimensionalen Raum einzutauchen. Aus diesem Grund ist die Installation zusätzlich mit einem AR Trackingsystem ausgestattet, bestehend aus einem Mastercontroller und zwei Controllernodes, das mit vier Kameras bestückt ist und um vier weitere mobile Kameras erweitert werden kann. Damit wird die Position des Nutzers erkannt und die Betrachtungsperspektive des Anwenders in Echtzeit auf die Projektionsdarstellung umgerechnet. Wenn sich der Benutzer in der CAVE (Cave Automatic Virtual Environment) bewegt, dann bewegt sich auch die Darstellung entsprechend.

Realisiert wurde dieses neue VR-Labor von den österreichischen AV-Spezialisten der Firma Kraftwerk Living Technologies GmbH aus Wels unter dem Projektleiter Dipl.Ing. Johannes Schmidmayr. Sein sechsköpfiges Team war rund ein Jahr mit der Planung und dem Projekt betraut.

Der Raum selbst misst 12 mal 13 Meter und ist 12 Meter hoch, was man nicht sieht, denn der darin integrierte Projektionsraum ist ein Würfel mit fünf Projektionsflächen, die jeweils 2,7 mal 2,7 Meter groß sind. Die Raumhöhe von 12 Metern wird dennoch voll ausgenützt, da sich auch über und unter dem Würfel Projektoren befinden.

Insgesamt zehn Christie Mirage WU3 werden für die Rückprojektionen innerhalb eines aktiven 3D-Systems eingesetzt und bespielen hier nicht nur die Front und die beiden Seitenkanäle, sondern auch die Boden- und die Deckenfläche.

Der Christie Mirage WU3 ist ein 3-Chip-DLP® Aktiv-Stereo Projektor mit einer Ausgabe von bis zu 120Hz und einer WUXGA-Auflösung von 1.920 x 1.200 Pixel. Seine Helligkeit von 3.000 ANSI-Lumen ist optimal für Anwendungen dieser Art. Alle Mirage-Projektoren sind mit dem Christie Twist™-Modul ausgestattet, das für die nahtlosen Überblendungen bei den Projektionen sorgt. Wegen der kurzen Distanzen wurden Objektive mit einem Projektionsabstand mit 1.4 - 1.8:1 eingesetzt.

Johannes Schmidmayr sagt zu seiner Projektoren-Auswahl: „Ausschlaggebend war die Anforderung eines Aktiv-3D-Systems, daher unsere Entscheidung für die Mirage-Serie. Unsere Berechnungen hatten zudem ergeben, dass bei der Scheibengröße von 2,7 mal 2,7 Meter die 3 000 Lumen des WU3 die ideale Wahl darstellen, um ein ordentliches Verhältnis aus Helligkeit auf dem Screen und gleichzeitig höchstem Kontrast zu erreichen."

Eine besondere Herausforderung für Kraftwerk Living Technologies war die Befestigung der Projektoren, weil diese von der Konstruktion des Projektionsraums entkoppelt werden musste. Dazu Schmidmayr: „Es hätte auf Grund der beim Betreten der CAVE auftretenden Vibrationen zu einem sichtbaren Zittern kommen können. Nachdem der Projektionsraum auf dem Gebäude selbst steht, mussten wir für die Projektoren spezielle Wandhalterungen planen, bauen und montieren, damit da wirklich keinerlei mechanische Verbindungen bestehen."

Aufgrund der räumlichen Situation werden alle Rückprojektionen mittels Spiegel umgelenkt, wobei jeweils zwei Projektoren eine Projektionsfläche bespielen, horizontal überblendet.

Als Zuspieler dient ein 10:2-Clustersystem von SGI. Hier arbeitet ein Masterrechner als Applikationsrechner mit einem zweiten als Backup sowie zehn Renderknoten, welche die Inhalte für die Projektoren aufbereiten. Zur Signalübertragung wird Crestron Digital Media eingesetzt.

Projiziert wird auf fünf Stewart Filmscreen Projektionsscreens, die begehbare Bodenplatte aus Glas ist 70 mm stark.

Während die Einrichtung der Christie-Projektoren keinerlei Schwierigkeiten machte, war es für Kraftwerk Living Technologies eine weitere Herausforderung, die verschiedenen Software-Pakete am Cluster zu installieren.

Schmidmayrs Fazit fällt entsprechend deutlich aus: „Die Arbeit mit den Christie-Projektoren hat aufgrund der Fülle an Funktionen, die die Mirage-Serie bereitstellt wie integriertes Blending und Warping, Spaß gemacht, denn diese haben die Aufgabe sehr erleichtert. Dazu kommen die brillante Bildqualität und die Verlässlichkeit im Betrieb.

Während der gesamten Zeit der Inbetriebnahme gab es keine technischen Probleme, die Projektoren sind verlässlich gelaufen und laufen nach wie vor. Von daher würden wir die Geräte natürlich auch bei einer ähnlichen Installation wieder so einsetzten. Wir haben diese Geräte ja bereits zuvor in einer ähnlichen Konstellation bei einem namhaften Autohersteller eingesetzt."

Auch Dr. Christoph Anthes vom LRZ ist mit den eingesetzten Projektoren höchst zufrieden: "Die Stereo-Trennung funktioniert perfekt, die Projektionen sind hell genug, der Kontrast und die Schärfe sind enorm - und die Geräte laufen seit der Installation, ohne überhaupt weiter aufzufallen. Das ist für uns natürlich sehr wichtig."