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Virtuell ist die Marslandung schon geglückt

Noch ist eine Expedition zum Mars Zukunftsvision – aber in Moskau probt ein internationales Team im Rahmen des Projekts Mars-500 bereits den Flug zu unserem Nachbarplaneten. Flug und Aufenthalt auf der Marsoberfläche werden per Virtueller Realität (VR) so realistisch wie möglich gestaltet – unter Einsatz von Nvidias Quadro-Grafiklösung. Deren Parallel-Rechen-Fähigkeiten lassen sich insbesondere auch in Simulationsanwendungen nutzen.
Die virtuelle Reise zum Mars wird auf zwei 26-Zoll-Displays dargestellt, die von einer Nvidia-Quadro-Workstation angesteuert werden.

Um Erfahrungen mit langen Raumflügen zu sammeln und eine zukünftige Expedition zum Mars vorzubereiten, startete im Juni 2010 das Mars-500-Projekt – eine internationale virtuelle Raumfahrtexpedition. Bei dem auf 520 Tage angelegten Experiment des staatlichen Forschungszentrums des Instituts für medizinisch-biologische Fragen (IMPB) an der RAS (Russian Academy of Sciences) in Moskau wird ein bemannter Flug zum Mars simuliert. Sechs Kosmonauten aus Russland, der EU und China nehmen daran teil. Auf diese Weise will man Details über die medizinischen, biologischen, psychologischen, organisatorischen und technischen Aspekte einer solch langen Expedition zum Mars erkunden.

Verständlicherweise will man dabei der Realität möglichst nahe kommen – per Virtueller Realität wird deshalb der Flug zum Mars in Echtzeit modelliert und dargestellt. 240 Tage nach dem Start begann die virtuelle Landung auf dem Roten Planeten – eines der Kernelemente des Projekts. Als sich die Expedition dem Mars-Orbit im Februar 2011 virtuell näherte, begaben sich drei der Crew-Mitglieder in den Start- und Landeteil, von wo aus sie die Landung auf der Marsoberfläche steuerten. Nach der Landung blieben sie vier Wochen lang auf dem Planeten, um dort zu forschen.

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Unterstützt wird das Projekt von der JCSI Group, Russlands größtem Anbieter von Computergrafik- und Digitalfilm-Dienstleistungen. Das Unternehmen entwickelt und installiert unter anderem Echtzeit-3D- Visualisierungstechniken sowie Virtual-Reality-Anwendungen (VR). Um Start und Landung sowie die Aktivitäten der Kosmonauten auf der Marsoberfläche abzubilden, modellierte JCSI ein dreidimensionales, interaktives, 10 x 10 km großes virtuelles Modell der Oberfläche. Außerdem rüstete man eines der Module zur Simulation der Marsreise mit einem VR-Modeling-System aus. Dieses leistungsfähige System setzt auf einer professionellen Workstation auf, in der zwei Nvidia-Quadro-GPUs arbeiten. Die Grafikprozessoren berechnen die komplexen interaktiven Szenen und geben sie dann auf zwei 26-Zoll-Monitoren mit einer Auflösung von je 1920 x 1200 Pixel aus. Abhängig von der Anwendung zeigen die Monitore 3D-animierte Modelle der Raumfahrer sowie Bedienfelder für bewegliche Objekte wie die Start- und Landekabine oder automatische beziehungsweise bemannte Mars-Rover. Außerdem sind auf den Displays noch Informationen über die äußere Umgebung zu sehen, die die wichtigsten Eigenheiten der Marslandschaft wiedergeben: geringes natürliches Licht, Staubstürme und andere, dem Mars eigene atmosphärische Phänomene.

„Nvidias Quadro-Grafiklösung wurde ausgewählt, um die komplexen Probleme der Echtzeitverarbeitung von 3D-Umgebungen zu lösen“, sagt JCSI-Geschäftsführer Evgeny Chernyakov. „Das von uns erzeugte Modell hat zum Ziel, gleichzeitig komplexe Landschaften und verschiedene Spezialeffekte wie Staubstürme oder Meteoritenschauer zu rendern sowie sich bewegende Objekte wie den Mars-Rover korrekt zu manövrieren.“ Solche Probleme ließen sich nur mit einer Visualisierungslösung wie der Nvidia Quadro angehen. „Dabei haben wir die Grenzen der Visualisierung ein Stück verschoben“, freut sich Chernyakov.

Die Workstation ist auch an ein Farbdisplay-System in einem Helm angeschlossen. Der Helm hat einen Sensor für die Position des Kopfes, so dass der Anwender das Gefühl hat, sich in einem Raumanzug zu befinden. Verschiedene interaktive Aufgaben werden mit Hilfe zweier Joysticks erledigt. Dazu gehören die Auswahl notwendiger Werkzeuge, die Wahl von Bodenproben und das Platzieren von Forschungsinstrumenten auf der Oberfläche.

Auch die im Orbit befindlichen Kosmonauten konnten übrigens an der Marslandung des Projekts teilnehmen. Ein Teil des für das 3D-VR-Modell aufbereiteten Materials wurde dazu auf ihre Notebooks kopiert. So konnten qualitativ hochwertige, stereoskopische 3D-Bilder erzeugt werden, um den für das Experiment notwendigen Grad an psycho-physiologischer Belastung bei den Probanden zu erzeugen.


http://mars500.imbp.ru

http://mars500.jcsi.ru

Nvidia GmbH, Würselen Tel. 02405/478-0, http://www.nvidia.com

PNY Technologies, Haar b. München Tel. 089/4545979-0, http://www.pny.de

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