Was VR-Brillen dem Elektronikentwickler bringen

| Autor / Redakteur: Tobias Best * / Kristin Rinortner

Virtuelle Realität beim Wämemanagement: Der übliche Weg CFD-Ergebnisse zu visualisieren und auszuwerten, ist die Darstellung von Schnittflächen mit aufprojektierten Variablen wie Temperatur, Druck oder Luftgeschwindigkeiten.
Virtuelle Realität beim Wämemanagement: Der übliche Weg CFD-Ergebnisse zu visualisieren und auszuwerten, ist die Darstellung von Schnittflächen mit aufprojektierten Variablen wie Temperatur, Druck oder Luftgeschwindigkeiten. (Bild: Alpha Numerics)

In diesem Artikel zeigen wir die Meilensteine bei der Entwicklung von Systemen der virtuellen Realität und erörtern die Möglichkeiten von VR-Systemen für die Konzeption von Elektronikkühlungen.

Im Jahr 1956 konkretisierte der Visionär und Filmemacher Morton Heilig mit der Sensorama-Maschine den Versuch ein System zu entwerfen, das eine virtuelle Realitär (Virtual Reality, VR) für jedermann zugänglich machen sollte. Dabei handelte es sich um einen Simulator für ein bis vier Personen, der die Wirklichkeit in einem 3-D-Kinofilm mit Geruch, Stereosound, Vibrationen der Sitze und Wind in den Haaren nachbildete.

Zwölf Jahre später, 1968, veröffentlichte der Harvard-Student Ivan Sutherland das Buch „A Head-Mounted Three Dimensional Display“, welches grundlegend für die Entwicklung von Head-Mounted-Displays (abgekürzt als HMD; häufig auch VR-Brillen genannt) war. Das HMD verwirklichte Sutherland durch das sogenannte „Sword of Damocles”, ein am Kopf getragenes visuelles Ausgabegerät, das am Rechner erzeugte Bilder auf einem augennahen Bildschirm darstellte und damit das Fenster in eine virtuelle Welt war.

Das erste Objekt, das in einer virtuellen Realität dargestellt wurde, war ein im Raum schwebender Drahtgitterwürfel. Das am Kopf befestigte Display war jedoch so schwer, dass es nicht von einem Menschen getragen werden konnte, sondern mit Hilfe eines Gestells unter der Raumdecke angebracht wurde.

Die nächsten erwähnenswerten Schritte wurden erst in den 1990er Jahren gemacht. Thomas Zimmermann prägte erstmals den Begriff „VR“ und gründete 1987 das Unternehmen VPL. Der Datenhandschuh DataGlove, mit auf dem Handrücken verlaufenden Glasfasern, war sein erstes Produkt.

Eine Alternative zu den am Kopf befestigten HMDs wurde 1992 mit der Visual Experience CAVE an der University of Illinois entwickelt. Aufgrund der hohen Kosten, des hohen Platzbedarfs, des hohen Rechenaufwands und der eingeschränkten Bewegungsfreiheit des Nutzers kamen sie jedoch nur bei großen Unternehmen bei der Produktentwicklung zur Anwendung.

Nintendo versuchte es 1995 mit dem „Virtual Boy“. Doch die eingeschränkte Grafikleistung führte schon ein Jahr später zum Produktionsende.

Erst im Jahr 2012 wurde das aktuelle Zeitalter der VR-Brillen eingeläutet. Ein kleines Startup-Unternehmen namens Oculus VR nutze die aktuell vorliegende Rechen- und Grafikkartenpower, um ein bezahlbares, auf den Konsumgütermarkt ausgerichtetes Bild- und Audiosystem namens Oculus Rift vorzustellen. Dies war der Startschuss für weitere Software- und Hardwarehersteller, sich der Technik anzunehmen. Nach kurzer Zeit waren weitere Tech-Unternehmen bei der Entwicklung von „Virtual Reality“ tätig.

VR-Technik für die Wärmesimulation

Auch der Softwarehersteller FutureFacilities aus London setzt auf diese Technik und integriert ab dem Release 12 der Softwaresuite 6SigmaDCX eine Schnittstelle zum VR-System Oculus Rift. Somit hält auch im Bereich der CFD-Simulation diese neue Technik Einzug. Maßgeblich werden zwei Simulationswerkzeuge mit dieser Schnittstelle ausgestattet:

6SigmaET (ElectronicThermal): Mittels Datenimport von Leiterplatten-Layout-Programmen und mechanischen CAD-Daten können virtuelle Modelle aufgebaut und durch die Zuweisung von Materialdaten, Oberflächen-Emissivität und Verlustleistungen kann das thermische Verhalten eines kompletten Elektroniksystems simuliert werden. Hierbei werden die Wärmetransportwege über Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung sowie Multifluidsysteme berücksichtigt. Auf Basis von detaillierten Projektdaten werden Ergebnisse mit einer Genauigkeit von weniger als 3 K im Vergleich zu späteren Messungen mit vertretbarem Zeitaufwand erreicht. Neben dem eingeschwungenen Zustand kann auch das zeitliche Verhalten von getakteten Komponenten berechnet werden.

6SigmaROOM (Datacenter): Dieses 3D CFD-Werkzeug wurde für die Simulation der Luft- und Wärmewege in Rechenzentren entwickelt. Der Raum wird auf Basis von Architekturplänen in drei Dimensionen erstellt und mit dem typischen Equipment für einen Raum in einem Rechenzentrum bestückt. Hierzu greift man auf eine umfassende Bibliothek zu, welche neben Klimageräten, typischen Bodenaufbauten, Datenschränken und IT-Equipment auch Möglichkeiten zur Konstruktion von Rohrlaufplänen, Kabelkanälen und anderen Luft-Störquellen hat. Der Raum entsteht in einer sehr realistischen 3-D-Umgebung und bietet durch die CFD-Berechnung Einblicke in die Luft- und Wärmewege.

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