N  A  T  I  O  N  A  L    I  N  S  T  I  T  U  T  E    F O R    A  V  I  A  T  I  O  N    R  E  S  E  A  R  C  H

PLM Virtual Reality/RealPLM Virtual Reality/Real Time Simulation:Time Simulation:PLM Virtual Reality/RealPLM Virtual Reality/Real Time Simulation:Time Simulation:PLM _Virtual Reality/RealPLM _Virtual Reality/Real‐‐Time Simulation:Time Simulation:Helping Lean DevelopmentHelping Lean Development

PLM _Virtual Reality/RealPLM _Virtual Reality/Real‐‐Time Simulation:Time Simulation:Helping Lean DevelopmentHelping Lean Development

Fernando F ToledoFernando F ToledoManager NIAR Virtual Reality CenterManager NIAR Virtual Reality Center

fernando.toledo@niar.wichita.edufernando.toledo@niar.wichita.edu

N  A  T  I  O  N  A  L    I  N  S  T  I  T  U  T  E    F O R    A  V  I  A  T  I  O  N    R  E  S  E  A  R  C  H

Virtual Reality Center Virtual Reality Center –– Main CapabilitiesMain CapabilitiesInteractive Virtual Prototyping and Digital MockupBehavioral and KBE simulations for conception and design reviews of MCAD database

Real‐Time Engineering SimulationReal Time Engineering SimulationVisualization of massive CAE datasets for post‐process analysis and certification

Immersive Ergonomic AnalysisAnthropometrical simulation for cockpit, cabin and manufacturing; Visual Ergonomics (Photometric, Colorimetric, Legibility and Readbility Analysis)

Equipment Additions in 2009/2010Equipment Additions in 2009/2010• Large FOV HMD (123oH 45oV), powerful PC‐based cluster and HDTV 3D• OPTIS SPEOS CAA V5 Based software + portable Gonioreflectometer (capture and 

characterize optical properties of surfaces and light sources)

N  A  T  I  O  N  A  L    I  N  S  T  I  T  U  T  E    F O R    A  V  I  A  T  I  O  N    R  E  S  E  A  R  C  H

Immersive RealImmersive Real‐‐Time Visualization and SimulationTime Visualization and Simulation• Facility

1,842 Sq ft Visualization Room(S t 25 Vi )(Seats 25 Viewers)

• Notable EquipmentDell R5400 based cluster (each host is dual 

d I t l XEON 2 6GH 16GB RAMquad core Intel XEON 2.6GHz, 16GB RAM, NVIDIA QFX5800, G‐Sync card + remote access FX100 PCoIP)*; HP xw9300 PC‐based Cluster using nVIDIA Quadro FX 4500 cards & SGI gOnyx300 (for legacy data only);Panoram’s PanoWall 2K 15x7 ft flat screen, active stereoscopic, rear projection, 2 Ch i ti ’ Mi 5000Christie’s Mirage 5000;Large FOV HMD Sensics xSight (123oH x 45oV), 1920x1200@60Hz per eye, passive stereo, 400 grams             improves human vision g pperception in full immersive simulation of ergonomics and design reviews of cockpits and pax cabins

N  A  T  I  O  N  A  L    I  N  S  T  I  T  U  T  E    F O R    A  V  I  A  T  I  O  N    R  E  S  E  A  R  C  H

Immersive RealImmersive Real‐‐Time Visualization and SimulationTime Visualization and Simulation• Notable Equipment

NVIS VisorSX HMD with 1280x1024_60Hz and 60o diagonal field‐of‐view;60 diagonal field‐of‐view;

Fakespace Lab’s PinchGlove;

Software: DS CATIA/ENOVIA V5, DS 3DVIA Virtools, PTC Division Mockup Reality, EONVirtools, PTC Division Mockup Reality, EON Reality, Right Hemisphere Deep Exploration, CEI Ensight Gold, OpenGL‐based customizations

OPTIS SPEOS for Visual Ergonomics and Light Modeling             engineering based illumination for measurements, analysis, optimization  & validation of cockpits and cabins

Mental Images’ REALITYSERVER webMental Images  REALITYSERVER            web‐based server for interaction of massive 3D database anytime, anywhere, 24/7

Others hardware: 65” HDTV Stereo, wire‐based ,input/navigator VR wand, Two Handed Interface SpaceGrips

N  A  T  I  O  N  A  L    I  N  S  T  I  T  U  T  E    F O R    A  V  I  A  T  I  O  N    R  E  S  E  A  R  C  H

NIAR Approach for PLM_VR/RTS of Aircraft InteriorsNIAR Approach for PLM_VR/RTS of Aircraft Interiors

DS CATIA DS CATIA V5V5

•• Model creationModel creation

DS 3DVIA Virtools;DS 3DVIA Virtools;Mental Images’ Mental Images’ RealityServerRealityServer **

3D XML3D XML

Diffuse TextureDiffuse Texture•• Material LibraryMaterial Library•• RTR2RTR2•• KnowledgewareKnowledgewareAdvisory RulesAdvisory Rules

•• Fitting SimulatorFitting Simulator•• ErgonomicsErgonomics

RealityServerRealityServer **

Virtual RealityVirtual RealityRelated Related Technology:Technology:

EnvMapEnvMap TextureTexture

Mental Mill Mental Mill CgFXCgFXShadersShaders

•• Ergonomics Ergonomics Design & AnalysisDesign & Analysis

•• CgFXCgFX ShadersShaders•• TexturesTextures

desk & laptopsdesk & laptopsKiosksKiosks

* web* web‐‐serverserverPDAs, …PDAs, …

RH Deep Exploration:RH Deep Exploration:•• Polygonal Reduction;Polygonal Reduction;•• NormalsNormals and Windings and Windings NormalizationNormalization

•• 3DS exportation3DS exportation

Autodesk 3DS MAX:Autodesk 3DS MAX:•• Global Illumination Global Illumination Solution (Solution (RadiosityRadiosity))

•• RenderRender‐‐toto‐‐TextureTexture•• Hierarchical TreeHierarchical Tree•• 3DS exportation3DS exportation •• Hierarchical TreeHierarchical Tree

OPTIS SPEOSOPTIS SPEOSCAA plugCAA plug‐‐in:in:

•• Visual ErgonomicsVisual Ergonomics•• Illumination AnalysisIllumination Analysis

N  A  T  I  O  N  A  L    I  N  S  T  I  T  U  T  E    F O R    A  V  I  A  T  I  O  N    R  E  S  E  A  R  C  H

PLM_VR/RTS applied to the PLM_VR/RTS applied to the _ / pp_ / ppConception Phase of Aircraft InteriorsConception Phase of Aircraft Interiors

N  A  T  I  O  N  A  L    I  N  S  T  I  T  U  T  E    F O R    A  V  I  A  T  I  O  N    R  E  S  E  A  R  C  H

RealReal‐‐Time Simulation in DS 3DVIA VirtoolsTime Simulation in DS 3DVIA VirtoolsRealReal Time Simulation in DS 3DVIA VirtoolsTime Simulation in DS 3DVIA Virtools

N  A  T  I  O  N  A  L    I  N  S  T  I  T  U  T  E    F O R    A  V  I  A  T  I  O  N    R  E  S  E  A  R  C  H

RealReal‐‐Time Simulation in DS 3DVIA VirtoolsTime Simulation in DS 3DVIA VirtoolsBehavioral* Simulation: 

Internal and External Events Triggers Actions – Basic Examples  Behavioral* Simulation: 

Internal and External Events Triggers Actions – Basic Examples  

Behavior for interior layouts

B h i fBehavior for material changes

Behavior for toilet’s door

* Similar to MatLab& SimuLink’s Model Based Simulation

N  A  T  I  O  N  A  L    I  N  S  T  I  T  U  T  E    F O R    A  V  I  A  T  I  O  N    R  E  S  E  A  R  C  H

RealReal‐‐Time Simulation in DS 3DVIA VirtoolsTime Simulation in DS 3DVIA Virtools

Mesh Setupt_1 p

CgFXShader

layout

out_2

Material Setup

Layo

out_3

Lighting Map > ShadingLighting Map > ShadingColor Texture > Diffuse colorColor Texture > Diffuse color

CubeMapCubeMap > Reflection> Reflection

Lay

SchematicLevel Manager

N  A  T  I  O  N  A  L    I  N  S  T  I  T  U  T  E    F O R    A  V  I  A  T  I  O  N    R  E  S  E  A  R  C  H

Visual Ergonomics: OPTIS SPEOS CAA V5Visual Ergonomics: OPTIS SPEOS CAA V5‐‐BasedBased

+ BRDF scattering + data from OMS2

DS CATIA V5

SPEOS CAA V5‐Based’s XMP result

N  A  T  I  O  N  A  L    I  N  S  T  I  T  U  T  E    F O R    A  V  I  A  T  I  O  N    R  E  S  E  A  R  C  H

Visual Ergonomics: OPTIS OMSVisual Ergonomics: OPTIS OMS22Portable Gonioreflectormeter for SOP acquisition of scattering (BRDF) and luminance 

N  A  T  I  O  N  A  L    I  N  S  T  I  T  U  T  E    F O R    A  V  I  A  T  I  O  N    R  E  S  E  A  R  C  H

Human Factors Analysis in DS CATIA V5 (Human Human Factors Analysis in DS CATIA V5 (Human Analysis Simulation & Fitting/Kinematics Simulation)Analysis Simulation & Fitting/Kinematics Simulation)Three Approaches:

Traditional DesktopTraditional Desktop + KBEImmersive VR basedImmersive VR‐based A top level infrastructure example:

• PC‐based Clusters or PC multi‐channel graphical cards/GPUs

• Large Field of View HMD• Large Field‐of‐View HMD• Motion Trackers• CAA Middleware (Drives)

Motion AnalysisMechdyne’sCDVI/ConduitCDVI/Conduit

Haption IFC Core

Restrictions on KBE usageThe anthropometric parameters can be exposed if in the Anthropometric List Dialog the Management field is setup tomanual. This means that it’s possible to have User Defined parameters associated with Knowledgeware (Formulas,Rules, Reactions, etc…) for variations on interior layout. In addition, manikin’s end‐effectors  can be constrained toCATParts in DMU Fitting Simulator or Kinematics. This can be useful in real‐time simulations of accessibility,line‐of‐sight and posture.

N  A  T  I  O  N  A  L    I  N  S  T  I  T  U  T  E    F O R    A  V  I  A  T  I  O  N    R  E  S  E  A  R  C  H

Human Factors Analysis in DS CATIA V5 (Human Human Factors Analysis in DS CATIA V5 (Human Analysis Simulation & Fitting/Kinematics Simulation)Analysis Simulation & Fitting/Kinematics Simulation)

Some examples of Traditional Desktop + KBE approach

Seat _height: 12inPopulation lower than 50%

Seat _height: 16inl i hi h h 0%

Real‐time Ergonomics: yoke’s kinematics simulation drives the manikin’s hands end‐effectors and then rotations of fore‐arms, arms and shoulders thru Inverse Kinematics engine.

Population higher than 50%Video: yoke kinematics + manikin’s IK

arms, arms and shoulders thru Inverse Kinematics engine.

Real‐time Ergonomics: KBE + Anthropometry

N  A  T  I  O  N  A  L    I  N  S  T  I  T  U  T  E    F O R    A  V  I  A  T  I  O  N    R  E  S  E  A  R  C  H

PLM_VR/RTS in Manufacturing SimulationPLM_VR/RTS in Manufacturing Simulation_ g_ g• What:  Real‐time product assembly &

disassembly simulation; toolingoperation simulationoperation simulation

• When: Manufacturing analysis• Why:  Traditional CAD/CAM analysis is

time consuming and requirestime consuming and requiresspecialized software expertise.VR + behavioral* apps allow intuitive and fast analysis in 1st Video: Front Fuselage NLG Bayintuitive and fast analysis in 1stperson perspective  

• How: At NIAR VRC we use PC‐cluster +PTC Division Mockup Reality

Video: Front Fuselage NLG Bay

PTC Division Mockup Reality and now moved to DS Virtools

* Behavioral is an event/action simulation approach. In virtual manufacturing each part is unique located in their final assembly even if the selected part is not unique in shape and function. Future code will require Artificial Intelligence approach to buy pass behavioral limitation.  Video: Nacelle Tooling Operation