AV-views.de AV-views 2011/6 3D für Profis

3D-Workbench für Fluglotsen im Test

3D für Profis

Neue Technologien bieten nahezu immer neue Möglichkeiten. Ob das Neue sich allerdings in der Praxis bewährt und ausreichend Zusatznutzen gegenüber dem Etablierten bietet, das sollte beim professionellen Einsatz – insbesondere bei sicherheitsrelevanten Produkten – im Vorfeld ausgiebig getestet werden. Das DLR in Braunschweig ist eine Forschungseinrichtung, die sich gemeinsam mit der Deutschen Flugsicherung GmbH auch mit dem Einsatz stereoskopischer Darstellungen im Bereich der Luftraumüberwachung befasst. AV-views konnte sich vor Ort ein Bild vom Stand der Technik machen.

Mal eben nach Mailand zum Einkaufsbummel oder für ein Wochenende nach Paris – Billigflieger machen es möglich. Wir wollen jetzt nicht über ökologische Umweltaspekte sprechen, die die dramatische Zunahme des Flugverkehrs mit sich bringt. Vielmehr geht es hier um den Aspekt der Flugsicherung. Im Luftraum speziell im Herzen Europas und in Nähe der großen Flughäfen wird es immer enger. Starts, Landungen und Überflüge müssen mit allen dazu gehörigen Manövern beständig beobachtet und gelenkt werden. Dazu sind bei der Deutschen Flugsicherung GmbH (DFS) ca. 2000 Fluglotsen damit beschäftigt. Deutschlandweit kontrollieren sie bis zu 10.000 Flugbewegungen pro Tag - sicher und zuverlässig. Ein großer Teil der Fluglotsen sitzt dabei in Kontrollzentralen vor großen, hochauflösenden Bildschirmen, die ein um Flugdaten ergänztes Radarbild darstellen – die so genannte „Luftlage“. Es bedarf langer Ausbildung und intensiver Übung, bis der Fluglotse schließlich die einzelnen Symbole als exakte Flugbahnen im dreidimensionalen Luftraum einzuschätzen vermag und daraus sein „Picture“ baut – die räumliche Vorstellung aller zu kontrollierenden Flugpfade, die für eine Entflechtung des Verkehrs nötig ist.

3D-Projekt

Nachdem die Möglichkeiten der stereoskopischen Darstellung, landläufig als „3D“ bezeichnet, technisch immer besser realisierbar sind, lag die Idee nahe, das Verbesserungspotential stereoskopischer Darstellungen gegenüber den seit Jahrzehnten verwendeten 2D-Radardarstellungen auszuloten. Forschungsansätze dieser Art hatte es in der Vergangenheit immer wieder gegeben – es mangelte aber stets an der Qualität der Darstellung. Die DFS griff in Zusammenarbeit mit dem zum EADS-Konzern gehörigen Luftfahrtunternehmen Cassidian Air Systems und dem DLR in Braunschweig die Idee auf und setzte zusammen 3Dims – einer Spezialfirma für 3D-Simulationen - innerhalb kürzester Zeit ein konkretes Forschungsprojekt um.
Im April 2011 begann mit der Auftragserteilung die Realisierungsphase. Formuliertes Ziel der Projektbeteiligten Dr. Jörg Bergner und Christoph Schmand von der DFS war, einen Einzelarbeitsplatz zu testen, an dem der Fluglotse den durch ihn zu beobachtenden Luftraum wie ein dreidimensionales Modell ständig mit den aktuellen Daten übersichtlich vor sich hat. Eine hohe Auflösung der Darstellung war dazu erforderlich, da zu jedem symbolisch dargestellten Flugzeug auch dessen Flugdaten sowie weitere Angaben am dargestellten Objekt in der Form eingeblendet werden sollen, wie es der Fluglotse von seinem bisherigen Arbeitsplatz kennt. Damit verbunden war auch die Anforderung, dass das 3D-Bild bis in den Rand scharf abzubilden ist. Zudem solle die Darstellung jeder Kopfbewegung des Lotsen folgen, so dass dieser in natürlicher Weise immer den optimalen Blickwinkel wählen kann.

Realisierung der Hardware

Den Auftrag für die Realisierung der Workbench erhielt das Frankfurter Unternehmen 3Dims GmbH. Für die Spezialisten rund um Friedhelm Birk stand schnell fest, dass sich die Anforderungen nur mit zwei Rückprojektionen realisieren ließen. Man wollte zwei Projektionsschirme in einem Winkel von 60° zueinander montieren, die jeweils von einem Projektor von der Rückseite bedient werden sollten.
Die Anforderungen an die Projektoren waren daher: Sie sollten eine Auflösung von 1920 x 1200 Bildpunkten liefern, Aktiv Stereo unterstützen und es mussten Ultra-Weitwinkelobjektive zur Verfügung stehen. Die Frankfurter entschieden sich für zwei Christie-Modelle vom Typ Mirage WU7K-M. Deren maximale Lichtleistung von 6300 Lumen ist natürlich für die Projektionsflächen von 70 x 50 cm deutlich überdimensioniert, weswegen die Geräte mit reduzierter Lichtleistung arbeiten sollten.
Hohe Anforderungen wurden an den kompakten Aufbau gestellt. Um eine präzise und stabile Ausrichtung zu ermöglichen, wurden die beiden Projektoren in Racks auf Aluplatten befestigt, die über drei Achsen verstellbar sind. Eine große Bedeutung kam der Abfuhr der Wärme in der Workbench zu. Es galt, die Luftströme so zu lenken, dass nicht warme Luft in den Lichtweg geriet, was zu flimmernden Bildern geführt hätte. Ein entsprechender Schlauch mit einem zusätzlichen Ventilator musste die Warmluft nach außen führen. Für ein sicheres Nachkühlen und kontrolliertes Ausschalten sorgt eine von 3Dims entwickelte Steuerung. Mit nur einem Knopfdruck lässt sich damit die Workbench so runterfahren, dass alle Komponenten ausreichend nachgekühlt werden.
Nicht einfach war auch die Auswahl der Projektionsscheiben. 3Dims setzt Plexiglasscheiben ein, die um eine besondere Projektionsfolie ergänzt wurde. Problematisch ist besonders der Übergang von einer Scheibe zur anderen. Hier muss möglichst ein pixelgenauer Anschluss der beiden Projektionen realisiert werden, damit auf keinen Fall Textinformationen verloren gehen. Ein anderes Problem entsteht dadurch, dass die beiden Scheiben durch ihre Winkelstellung das Umgebungslicht unterschiedlich verarbeiten. Die daraus resultierenden unterschiedlichen „Schwarzwerte“ können das stereoskopische Sehen behindern, da der Übergang zwischen den beiden Scheiben im realen Raum liegt, der zum simulierten Raum in Widerspruch steht.

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