Flugsimulation ist meine Leidenschaft

Hallo. Mein Name ist Horst. Ich bin Simulant :)

Ich simuliere nicht nur beruflich das Verhalten von allen möglichen Maschinenbau-Komponenten, sondern auch, wenn die Zeit es erlaubt, das Flugzeugfliegen per Flugsimulation. Das hat mich schon seit meiner frühen Jugend fasziniert! Aus TRIZ-Sicht ist dabei sehr spannend, welche technischen Entwicklungs-Sprünge ich in den letzten 30-40 Jahren zum Thema Flugsimulation miterleben durfte. Daraus lässt sich sicher eine ganze Beitragsreihe schreiben…

Nun aber zunächst ein aktuelles Thema, das in den letzten Wochen und Monaten für Aufsehen bei den „Armchair-Pilots“ gesorgt hat.

Gestochen scharfe Bilder beim Simulationsfliegen trotz „langsamer“ Rechner ?

Grundsätzlich ist ja ein Rechner für eine Flugsimulation nie schnell genug. Um in den Genuss aller atemberaubenden grafischen Details zu kommen, ist ein High-End „Gaming PC“ wünschenswert, für dessen Gegenwert sich ein Mittelklassewagen finden ließe. Aus diesem Grund suchen die Simulanten natürlich immer wieder nach Tweaks und Tricks, wie man die Bildwiederholrate – die Bilder pro Sekunde oder auch Frames per Second (FPS) – noch etwas höher schrauben kann. Je mehr FPS desto flüssiger der Eindruck des Fliegens am PC.

Dem gegenüber stehen dann die Auflösung der Bildausgabe (je höher die Auflösung desto realistischer der Eindruck der umgebenden Landschaft etc.) sowie verschiedenste Einstellungen, die die virtuelle Welt erst so richtig lebendig machen: Bäume, Gras, Wasser, andere Flugzeuge, Wolken, Regen,….

All das will man natürlich in höchster Auflösung und Detailtreue erleben! Doch mit zunehmenden Details und steigender Auflösung leidet wieder die „Flüssigkeit“, also die Bildwiederholrate.

Steigende Anforderungen durch Virtual Reality Brillen

Nutzt man zum Flugsimulieren auch noch eine Virtual Reality Brille, erfordert es nochmal mehr Rechenleistung, da der PC gleich zwei hochauflösende Bilder generieren muss. Der gewiefte TRIZer erkennt schon – Widersprüche „en masse“, z.B.:

Die Auflösung des Bildes soll hoch sein, um eine möglichst realistische Flugerfahrung zu bekommen,
die Auflösung des Bildes soll aber auch niedrig sein, damit die Rechenleistung für eine flüssige Bildwiedergabe ausreicht (quasi „viele FPS“).

Also was tun?

Die Bildauflösung soll hoch UND niedrig sein?

Die oben beschriebene Situation ist ein physikalischer Widerspruch. Eine Situation, die es eigentlich „nicht geben darf“: Die Bildauflösung soll hoch UND niedrig sein? Wie soll das gehen? TRIZ zeigt uns für solche Situationen Lösungsstrategien, die wir alle sicher unbewusst schon genutzt haben, um solche Widerspruchssituationen erfolgreich zu meistern: Die Separationsprinzipien!

Mit Hilfe dieser Denkrichtungen eröffnen sich uns plötzlich Lösungswege aus dem Dilemma:

• Kann ich die widersprüchliche Anforderung zeitlich trennen?
  Wann brauche ich eine hohe Auflösung, wann eine niedrige?
• Oder die Separation im Raum:
  Wo soll die Auflösung hoch sein, wo niedrig?

Bedürfniserfüllung durch Widerspruchslösung

Genau diese letzte Strategie, die Separation im Raum, ist die Grundlage für ein Verfahren, das sich „foveated rendering“ nennt.

Mit dieser Technik wird bei der Flugsimulation nur der Ausschnitt in hoher Auflösung dargestellt, der direkt im Sichtfeld des Nutzers liegt. Bereiche, die eher im peripheren Sichtfeld liegen, werden hingegen in relativ grober Auflösung dargestellt. Somit reicht eine geringere Rechenleistung aus, dennoch ist der Eindruck einer hochaufgelösten Umgebung dennoch vorhanden.

Diese Technologie wird seit kurzer Zeit in Flugsimulationen über Plugins für VR-Brillen-Nutzer zur Verfügung gestellt und lässt manchen Simulanten aufatmen:
Endlich ein schönes, flüssiges Bild, ohne den Rechner teuer aufrüsten zu müssen. :-)

Eine echt clevere, TRIZ-mäßige Lösung durch Separation im Raum :)

But wait, there is more! There are Trends of Engineering System Evolution!

Ist damit schon alles erreicht? Es heisst ja: Nichts ist so gut, als daß es nicht noch verbessert werden könnte.

Wenn wir als TRIZer überlegen, wie es – über die gefundenen guten Lösungen hinaus – weitergehen könnte, kommen die Entwicklungstrends technischer Systeme (TESE – Trend of Engineering System Evolution) ins Spiel.

Sie beschreiben die typischen und sich wiederholenden Ausprägungen menschgemachter Systeme über die Zeit. Das sind erfolgreiche Entwicklungsstrategien, die von Problemlösern, Innovatoren und Erfindern bewusst oder unbewusst immer wieder genutzt wurden, um System erfolgreich weiter zu entwickeln und damit auch Patente zu generieren.

Entwicklungstrend der zunehmenden Dynamisierung

Einer dieser Trends ist der Trend der zunehmenden Dynamisierung. Systeme haben über ihren Lebenszyklus wiederholt an „Beweglichkeit“ und „Anpassungsfähigkeit“ gewonnen: Von statisch zu gelenkig, von gelenkig zu flexibel, von flexibel zu feldbasiert.

Und was hat das mit dem Beispiel des Foveated Rendering zu tun?

Die Abbildung oben zeigt, dass mit der aktuellen VR-Brille der Nutzer nur geradeaus einen „scharfen“ Bereich mit hoher Auflösung im Blick hat. Unsere Augen können sich aber unabhängig von der Kopfposition nach rechts und links bewegen. Dadurch nehmen wir auch immer wieder die unscharfen Bildbereiche wahr. Die Lösung könnte leistungsfähiger sein, wenn sich der scharfe Bildbereich der Augenposition anpasst.

Und tatsächlich: Nach dem „fixed foveated rendering“ ist das „eye tracked foveated rendering“ ein naheliegender Schritt: Hier wird mit Verfolgung der Augenposition der scharfe Bereich sofort auf die Blickrichtung angepasst.

TRIZ bietet mit seinem umfangreichen Methodenbaukasten das nötige Handwerkszeug sowohl für die Problemlösung hin zur strategischen Planung zukünftiger Entwicklungsrichtungen.

Wenn Du mehr über Separationsprinzipien in scheinbar ausweglosen Widerspruchssituationen wissen willst, dann schau doch mal bei uns vorbei. Der TRIZ Level 1 Kurs vermittelt die wichtigsten Grundlagen für zielgerichtete, erfinderische Lösungsfindung!

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