3D-Zeichnungen mit Gesten und Stift

Beschreibt man einen Gegenstand, benutzt man oft die Hände. Mit dem Stift schmückt man die Beschreibung genauer aus. Mit dieser Idee hat das Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST einen neuen Workflow für 3D-Skizzen entwickelt. 

Er vereint in sich die Stärken von Hand und Zeichenstift. Das Verfahren soll die Ideenfindung in 3D vereinfachen -- und damit auch das Produktdesign, was Zeit und Kosten anbelangt. Damit die Zeichnung eines Konstrukteurs zu einem realen Produkt führt, muss sie oft erst einmal von 2D in 3D umgewandelt werden. Doch die genauen 3D-Formen aus der ursprünglichen Konstruktionsabsicht einer 2D-Skizze herzuleiten, gestaltet sich schwierig. Denn dafür braucht es Informationen, die nicht verfügbar sind.  Andererseits gehen Tiefeninformationen verloren, wenn eine 3D-Form als 2D-Zeichnung mit perspektivischen Mitteln wiedergegeben wird.

Um diese Lücke in der Konvertierung zu schließen, hat man Verfahren für das Erstellen von 3D-Skizzen ausführlich untersucht. Sie sollen Konstrukteure vor allem darin unterstützen, die fehlenden 3D-Informationen in eine 2D-Zeichnung einzubetten. Zeichne man etwa zwei symmetrische Kurven aus einer einzigen Perspektive und zeichne dieselben Kurven alsdann aus einer anderen Perspektive, könne man die geometrischen Informationen, die sich daraus ergeben, sammeln und mathematische interpretieren, um eine korrekte 3D-Kurve zu definieren. Letztlich kann ein Konstrukteur auf diese Weise eine 3D-Skizze verwenden, um die 3D-Form direkt wie mit Stift und Papier zu zeichnen.

Unter den verschiedenen Methoden für das Zeichnen in 3D, sticht das Skizzieren per Handgesten, besonders in VR-Umgebungen, hervor, weil es schnell und einfach erscheint. Aber ein Design lässt sich nicht allein mit eher fahrigen Handbewegungen ausdrücken, zumal diese schwerlich auf das Produktdesign übertragbar sind. Hinzu dürfte eine gewisse Übermüdung kommen, die sich über den gesamten Prozess einstellt.

Um die Gestik in den Dienst ausgefeilterer Entwürfe zu stellen, haben Professor Seok-Hyung Bae und seine Gruppe vom Department of Industrial Design die Handbewegungen und das auf dem Zeichenstift beruhende Skizzieren miteinander kombiniert und diesen Rollen entsprechend ihren Stärken zugewiesen. Sie nennen das neue Verfahren Agile 3D Sketching with Air Scaffolding, also ein Skizzieren mit einem Gerüst in der Luft. Konstrukteure benutzen ihre Hände, um die groben 3D-Umrisse im Raum zu schaffen, die dann als Gerüste herhalten, um dann anschließend Details mit dem stiftbasierten 3D-Skizzieren am Tablett-PC einfügen zu können.

Die Forscher haben außerdem einen Rechenweg entwickelt, um beschreibende Handbewegungen von Übergangsbewegungen zu unterscheiden und nur die beabsichtigten Formen aus den ungezwungenen Gesten zu ermitteln, basierend auf den Gerüsten der identifizierten Bewegungen.  

Anhand von Tests konnte das Team dem Verfahren einfache Erlernbarkeit und Bedienung attestieren. Wichtiger noch sei, dass die Anwender Zeit sparen und dabei gleichzeitig Produkte in ihren Proportionen und Abmessungen genauer definieren können.

Die Wissenschaftler können sich Anwendungen im Automobilbau, für die Entwicklung von Haushaltsgeräten, für Animationen, für die Filmbranche und die Robotik. Das Verfahren kann auch in intelligenten Produktionstechnologien zum Einsatz kommen, etwa dem 3D-Druck, um den Fertigungsprozess zu straffen und flexibler zu gestalten.

PhD-Kandidat Yongkwan Kim, Leiter des Projekts, sagt: „ Ich denke, die Lösung wird die Produktqualität und die Arbeitseffizienz verbessern, weil Konstrukteure ihre Ideen in 3D schnell und dennoch genau ausdrücken können, ohne dabei auf komplexe 3D-CAD-Modellierungssoftware angewiesen zu sein.“

Professor Bae und sein Team vom Department of Industrial Design haben sich in die Entwicklung besserer 3D-Zeichnungstools vertieft. Angefangen haben sie mit einer Lösung zum Zeichnen von 3D-Kurven namens ILoveSketch. Der nächste Schritt war SketchingWithHands, eine Software, mit der sie ein Produkt mit Handhaltungen entworfen haben, die per Sensor erfasst wurden. Schließlich entstand Agile 3D Sketching with Air Scaffolding, der neue 3D-Zeichnungsworkflow, der Handgesten und Stiftzeichnungen zusammenbringt. Die Arbeit wurde als eine der besten an der CHI (Conference on Human Factors in Computing Systems) 2018 von der Association for Computing Machinery ausgewählt.

Artikel: http://dx.doi.org/10.1145/3173574.3173812

Video: https://www.youtube.com/watch?v=Nh1cD9woB2M

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