TeimMotionDX

TeimMotion® DX ermöglicht die gleichzeitige dreidimensionale Darstellung von 3D-Modellen unterschiedlicher Formate (VRML, 3DS, STL, GEO) in einer einzigen virtuellen Umgebung und deren Verknüpfung mit Bewegungsdaten aus Simulationen oder Prüfstandsmessungen. Die daraus entstandene Animation kann aus unterschiedlichen Kamerapositionen (feststehend oder mitgeführt) betrachtet und als AVI-Datei gespeichert werden.


Erstellen einer Animation

In diesem Beispiel soll ein Ventiltrieb dreidimensional animiert werden. Im Internet gibt es viele Quellen an denen technische Objekte (und auch die im Beispiel verwendete Nockenwelle mit Ventilen) im 3DS- oder VRML-Format angeboten werden. Im ersten Schritt wird die Datei  geladen – eine VR-Umgebung wird nicht benötigt und nur die Hintergrundfarbe gewählt.

In der linken Fensterhälfte wird die eingelesene Struktur der geladenen Objekte angezeigt und es können deren Eigenschaften bearbeitet werden. Weiterhin können die einzelnen Objekte durch einfügen von „Bewegungsknoten“ (Datensenke für die Animationsdaten) und Transformationen zueinander positioniert und ausgerichtet werden. Sofern keine Bewegungsdaten vorhanden sind,  müssen diese z.B. mit Ventil berechnet werden. Bewegungsdaten werden Binär oder im Textmodus als Tabelle eingelesen und angezeigt, wobei die erste Spalte den „Zeitkanal“ angibt, sodass die Objekte Zeitsynchron bewegt werden können. Weitere Spalten können dann den o.g. „Bewegungsknoten“ und Transformationen zugeordnet werden und bei Bedarf überzeichnet werden. Die Steuerung der Animation erfolgt über die Bedienelemente am unteren Rand.



Die Animation kann aus verschiedenen definierbaren Perspektiven betrachtet werden, die durch n Kameras repräsentiert werden. Kameras können auch an „Bewegungsknoten“ gebunden werden und dann der Bewegung folgen oder auch einzelne Freiheitsgrade ausblenden.   Sind weitere Daten vorhanden, z.B. auftretende Kräfte sowie Beschleunigungen, können diese zusätzlich zur Bewegungsdatei geladen werden und deren Veränderungen über die Zeit dann mit skalierbaren Standardobjekten (Pfeile, Kreise, ...) visualisiert werden. Die Anbindung an die Animation erfolgt wiederum über den „Zeitkanal“.

Folgende Dateiformate werden unterstützt:

Grafik:

  • VRML (Virtual Reality Modeling Language)
  • 3DS (3D-Studio)
  • STL (STandard Lithographie)
  • GEO

Bewegungsdaten:

  • NDF (Neutrales File)
  • CSV (Excel)
  • DFA (Fortran Binär)


Weitere Datenquellen:

  • Matlab/Simulink

TeimMotion kann Sensordaten aus dynamischen Simulink-Modellen mit realistischen dreidimensionalen Objekten animieren.

  • Am lokalen Rechner per Named-Pipe.

  • Im Netzwerk und von Echtzeitsystemen mit TCP/IP.

Da Echtzeitsysteme in der Regel mehr Daten senden, als in Echtzeit animiert werden können, wird hier zum Renderzeitpunkt jeweils das jüngste vollständige Datum dargestellt.


Alle Grafikformate und Datenquellen sind bei einer Animation kombinierbar. Die Synchronisation der Daten erfolgt über den „Zeitkanal“.

Weitere Daten, z.B. auftretende Kräfte sowie Beschleunigungen, können zusätzlich zur Bewegungsdatei geladen werden und deren Veränderungen über die Zeit dann mit skalierbaren Standardobjekten (Pfeile, Kreise, ...) visualisiert werden. Die Anbindung an die Animation erfolgt wiederum über den „Zeitkanal“.

Das Beispiel zeigt ein Fahrzeug welches eine Linkskurve fährt, wobei die gelben Kreise die Radaufstandskräfte und der grüne Pfeil die Querbeschleunigung darstellt.



Ein weiteres Beispiel aus der Praxis:

Bei einem Automobilhersteller sollte für eine Präsentation eine Animation bzw. ein Video-Clip mit einem fahrenden PKW erstellt werden. Die Fahrwerksentwicklung verwendet aufgrund verschiedener Software-Anforderungen ein anderes Dateiformat wie die Designer, die die Daten für die Karosserie liefern.

TeimMotion® DX kann diese Welten zusammenführen, daraus die gewünschte Animationssequenz erstellen und als AVI-Datei speichern.


Externe Datenquellen

Neben der internen (lokalen) Datenquelle, die in tabellarischer Form mit Zeitkanal vorliegt, bietet TeimMotion® DX externe Schnittstellen über „TCP/IP“ und „Named Pipe“.

Datei wird zu jedem Zeitschritt genau ein Datentuppel (Vektor der Bewegungsdaten und aktuelle Zeit) über die externe Schnittstelle gesendet.
Hierzu sind geeignete DLLs gür Windows im Lieferumfang enthalten, die in eigene Programme eingebunden werden können (Sourcecode bzw. weitere Betriebssystem auf Anfrage.

Anbindung an Simulink / SimMechanics

TeimMotion® DX kann über die externe Schnittstelle „Named Pipe“ Simulationsdaten von Simulink / SimMechanics empfangen und online darstellen. Die Anbindung wird hier anhand des SimMechanics Beispiels „Four Cylinder IC Engine“ kurz erläutert:

  1. Das 3D-Modell kann aus der VRML-Datei „mech_fourcylniceng.wrl“ direkt importiert werden.

  1. Die Animation in TeimMotion® DX erfolgt über Gelenke, deren Bewegungsdaten direkt im Simulink-Modell durch Joint-Sensoren abgegriffen werden. Diese Gelenke können in TeimMotion® DX an entsprechenden Stellen in das 3D-Modell eingefügt werden.

  1. Analog werden im SimMechanics Modell die entsprechenden Joint-Sensoren an die Gelenke eingefügt.

  2. Die Joint-Sensoren senden Ihre Daten an eine S-Funktion, die diese Daten sammelt und nach jedem Simulationsschritt über die Schnittstelle "Named Pipe" an TeimMotion DX weiterleitet.

TeimMotion® DX animiert Online und zeichnet die empfangenen Daten auf.  

Die aufgezeichnete Animationssequenz kann beliebig oft (verlangsamt oder beschleunigt) wiederholt werden, oder als AVI gespeichert werden. 
Einzelne Bewegungen können überzeichnet (vergrößert) werden, um auch kleine Gelenkbewegungen sichtbar zu machen.