MPM wählt Digital Projection für innovative CAVE in führendem französischem Forschungszentrum

Mit der SIRCE genannten Einrichtung können die Nutzer dank einer Kombination von fortschrittlichen Technologien über die Grenzen der CAVE-Wände hinaussehen.

Der Integrationsspezialist MPM Equipement hat sich für eine temporäre CAVE-Installation in einem der Labore von CEA Tech – dem Technologie-Forschungszweig der CEA, der französischen Behörde für Atomenergie und alternative Energien, für den E-Vision Laser 10K von Digital Projection entschieden.

Das sich über 3.300 m² erstreckende Labor der CEA in Grenoble – auch als Y.SPOT bekannt – ist ein sogenanntes offenes Innovationszentrum, das vor allem für die Entwicklung eines breiten Technologie-Portfolios für die IKT, die Energiebranche und das Gesundheitswesen genutzt wird, aber auch zur Verbreitung neuer Technologien für die Industrie und somit eine Brücke zwischen Forschung und Wirtschaft schlägt. Durch seine Arbeit im Y.SPOT (das die Zusammenarbeit mit der Industrie, KMUs, Studenten, Architekten und Designern begrüßt) kann CEA Tech Unternehmen auch den Zugang zu Schlüsseltechnologien verschaffen, die u. a. von anderen CEA-Unternehmensbereichen entwickelt werden.

Ähnlich wie CEA Tech ist auch MPM Equipement daran gewöhnt, in den unterschiedlichsten Bereichen tätig zu sein, da das Unternehmen mit Theater-, Konzertsaal- und Museumsinstallationen begann und anschließend zu Konferenzsälen, Tagungsräumen sowie MICE- und Sportstätten überging.

Die als SIRCE („Smart Immersive Room for Circular-Vision Experiment“) bekannte Installation wurde von dem Ingenieur und Szenographen Frédéric Ravatin von CREATIME in Form von drei gestutzten Pyramiden mit einer Grundfläche von 5 Quadratmetern (+/-10 % Variable je nach Prototyp und Konfiguration des Raums) entworfen. Im Inneren dienen der Boden und drei der Seitenflächen als 3D-Reliefbildschirme, auf denen Umgebungen und Objekte reproduziert werden und sogar 3D-Videokonferenzen stattfinden können.

Obwohl in der CAVE bis zu 25 Personen Platz haben können, wird sie normalerweise von fünf bis zehn Personen genutzt. Alle Besucher werden für ein absolut immersives Erlebnis dazu aufgefordert, eine XPAND-3D-Brille zu tragen, wenn auf die vier synchronen, aufeinander ausgerichteten Bildschirme stereoskopische Inhalte projiziert werden.

Da die Seitenwände von SIRCE mit einem Winkel von 26° nach innen geneigt sind, kann es bei der Stereoskopie zu gravierenden Verzerrungen der Perspektive und zu Überhöhungen kommen, wodurch die virtuelle Umgebung viel größer erscheint, als sie tatsächlich ist. So hat der Benutzer das Gefühl, über die Grenzen der CAVE hinausblicken zu können – in eine größere Welt, deren Dimensionen und Raum dennoch „normal“ erscheinen (ein als „Orthostereoskopie“ bekanntes Phänomen).

Projektionswahrnehmung

„Der Szenograph des Projekts gewann die Ausschreibung für die Renovierung von CEAs Y.SPOT, in dem die CAVE installiert ist“, so Jeanselle. „Die Idee war, ein virtuelles Umfeld zu schaffen, in dem beliebige Medien und Inhalte auf immersive Art und Weise gezeigt werden können.“ MPM hat bereits mit Frédéric Ravatin an einigen Produkten gearbeitet, u. a. am Schweizer Aquatis Aquarium-Vivarium, dem größten Süßwasser-Aquarium und Museum in Europa.

Nach einer umfangreichen Testphase kam MPM zu dem Schluss, dass die einzige Methode, die durch die geneigten Bildschirme verursachten Deformationen auszugleichen, darin bestand, den Weg des Lichts vom betrachteten Objekt zu den Augen des Betrachters nachzuahmen. Dazu wurde auf den Bildschirmen auf den Pixel genau simuliert, wo der Lichtstrahl verlaufen müsste, wenn sich der Betrachter wirklich in dieser Umgebung befände, die hier virtuell erzeugt wird.

Wie Jeanselle es kurz und bündig formulierte: „Im Grunde projizieren wir die Wahrnehmung der Leute.“

Das Team stellte somit für jeden Bildschirm ungefähr dort zwei virtuelle Kameras auf, wo sich die Augen des Betrachters befinden würden, in diesem Fall etwa 1,60 Meter vom Boden entfernt – eine für das linke Auge (rot eingezeichnet) und eine für das rechte Auge (blau eingezeichnet). Für jede der vier Projektionsflächen (links, vorne, rechts und der Boden) wurden zwei Kameras benötigt, insgesamt also acht, die man in vier „Rigs“ mit jeweils zwei Kameras gruppierte. Die linken und rechten Kamera jedes Rigs waren 6,5 cm voneinander entfernt (der durchschnittliche Abstand zwischen den Augen des Menschen) und perfekt parallel, ohne Konvergenz.

„Diese Informationen werden aufgezeichnet und ermöglichen uns, ein künstliches Modell von SIRCE im richtigen Maßstab zu erstellen, da die genommenen Maße und Winkel mit einem Lasermessgerät erfasst werden“, so Jeanselle. „Anschließend verwenden wir die gleichen Kameras, als wären sie Projektoren, und verleihen den Innenseiten der CAVE eine Struktur. Alles, was noch übrig bleibt, ist, die Strukturen der Seiten zu erfassen, so dass sie im realen SIRCE abgebildet werden können – und für den realen Betrachter die Illusion erzeugen.“

Sobald die Informationen aufgezeichnet worden sind, müssen sie in Echtzeit – mithilfe des TouchDesigners von Derivative – an fünf E-Vision Laser 10K von Digital Projection gesendet werden, um sie mit SIRCE zu projizieren.

„Wir brauchten ein wartungsarmes Gerät, das 10.000 Lumen erzeugen kann, mit einer Linse mit sehr kurzer Gegenstandsweite, die auf einer Achse mit dem Zentrum der CAVE sein konnte“, sagt Jeanselle. „Laser waren aus Umweltgesichtspunkten ebenfalls Pflicht, genau wie eine geringe Geräusch- und Wärmeentwicklung in dem relativ kleinen Zelt zu garantieren. Die Projektoren von Digital Projekten erfüllten all diese Kriterien und mehr, während sie gleichzeitig ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis aufwiesen. Wir hatten mit dem Unternehmen auch einen Partner, der uns während der gesamten Konzeptionsphase und darüber hinaus begleiten konnte.“

Für diese Anwendung musste der Videoprojektor mit zwei 120-Hz-Videoströmen gespeist werden (mithilfe eines Anschlussmodus namens Dual Pipe), damit jedes Gerät mit einer bestimmten Frequenz sehr schnell zwischen zwei Videoquellen – in diesem Fall dem linken und rechten Auge – hin- und herwechseln konnte. Dieser Aspekt zusammen mit der Tatsache, dass die Projektoren viele verschiedene Arten von 3D verarbeiten können mussten, machte die Kalibrierungsphase für das Team äußerst komplex.

„Es war ein langer Prozess, aber die Qualität der industriellen Kalibrierung, die vorgenommen wurde, bevor wir die Projektoren erhielten, war sehr beeindruckend“, so Jeanselle. „Es gab keine Diskrepanzen zwischen den einzelnen Geräten, auch wenn sie nicht von genau derselben Charge waren.“

Obwohl die letzten Arbeiten an der Installation wegen der ständigen Unterbrechungen durch Corona verschoben werden mussten, konnte Jeanselle bestätigen, dass der Kunde mit dem Projekt soweit sehr zufrieden ist.

„Wenn ein Betrachter genau in der Position der Kameras steht, ist die Illusion perfekt, selbst bei der Stereoskopie“, sagt er. „Die Erfahrungen, die wir während der Prototyp-Phase sammelten, haben uns – in Kombination mit der erstklassigen Hard- und Software – ermöglicht, die höchste Immersionsqualität zu erhalten. Selbst mit einem halben Dutzend simultaner Betrachter ist die Wirkung nach wie vor unglaublich beeindruckend.“

Das letzte Wort hatte Tiana Delhome, Hospitaliy Manager von CEA Y.SPOT: „Wir wurden bei diesem sehr komplexen, innovativen Projekt von MPM ausgesprochen gut angeleitet”, sagt sie. „MPM hat sich bei vielen Gelegenheiten super flexibel gezeigt und stand zur Verfügung. Außerdem hat es jeden Termin eingehalten und das Projekt von Anfang bis Ende geleitet. Wir sind sehr zufrieden mit der fertigen Einrichtung und freuen uns darauf, noch viele Jahre davon zu profitieren.“

Bilder mit freundlicher Genehmigung von ©CEA Grenoble / Y.SPOT.