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Virtual Engineering Terminal:
Mithilfe von Tangible User Interfaces (TUIs) lassen sich Fahrzeugfunktionen intuitiv testen. Das rot markierte Audi-Modell auf dem Table-Touchdisplay repräsentiert das Auto des jeweiligen Benutzers, die anderen stellen weitere Verkehrsteilnehmer dar.

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Text
Julian Fritsch

Fotos
Ulrike Myrzik

Pilotiertes Fahren der Zukunft
Nicht nur Spieleentwickler arbeiten heute mit virtuellen Welten. 
Auch Audi nutzt Simulationstechnologien – etwa wenn es um 
die Entwicklung elektronischer Assistenzsysteme geht. Eine Begegnung am Vir­tual Engineering Terminal der Audi Electronics Venture GmbH.

Andreas Kern steuert seinen Audi A6 auf eine breite Kreuzung zu. Ein mehrstöckiges Hochhaus aus grauem Beton versperrt ihm die Sicht. Plötzlich leuchtet ein roter Doppelpfeil im Cockpit auf – begleitet von einem eindringlichen Ton. Der Audi warnt vor einer drohenden Gefahr. Für das menschliche Auge noch nicht sichtbar, haben die Radarsensoren ein Auto erkannt, das hinter dem Hochhaus ebenfalls auf die Kreuzung zufährt. Der Audi kann rechtzeitig den Bremsvorgang einleiten und so eine Kollision verhindern.

Der Entwickler für virtuelles Umfeld bei der Audi Electronics Venture GmbH (AEV) sitzt allerdings nicht real am Steuer, sondern am sogenannten Virtual Engineering Terminal. Hier führen die Audi-Ingenieure vor, wie pilotierte Systeme funktionieren. Auch bietet es die Möglichkeit, Neuentwicklungen prototypisch und virtuell zu testen. Im Moment wird die Simulation des Kreuzungsassistenten erprobt.

Kern bewegt ein Modellauto auf einem waagerechten Touchscreen, der die Kreuzungssituation und die Sensorenaktivität stilisiert darstellt. Beim Verschieben des Modells verändert sich die Darstellung auch auf einem vertikal platzierten 65-Zoll-Monitor. Er gibt dem Benutzer den Blick ins virtuelle Cockpit und in eine computergenerierte Landschaft frei. Sie passt sich den Bewegungen präzise an.

Ralph Stock beobachtet das Szenario mit großem Interesse. Seit nunmehr 30 Jahren entwickelt der 47-Jährige Computerspiele. Als er nun das Audi-Modell über die glänzende Oberfläche bewegt, schiebt Kern einen Miniatur-Lkw an die simulierte Kreuzung. Die virtuellen Sensoren reagieren sofort. Kern kommentiert die Vorteile der Entwicklung mit virtuellen Werkzeugen: „Bei Kreuzungssituationen mit mehreren pilotiert fahrenden Autos wird es schwierig, denn ich muss den Test einer bestimmten Konstellation genau reproduzieren können. Daher werden wir in Zukunft noch stärker mit virtuellen Welten arbeiten.“

Und hier kommen die Game-Entwickler ins Spiel. Stock weiß, wie rege der Austausch zwischen den Branchen mittlerweile ist: „Wir sind für die Automobilindustrie deshalb so interessant, weil wir uns schon seit langer Zeit mit Verkehrssimulationen beschäftigen.“ Sie liegt vielen Spielen als Basis zugrunde. Für die hochpräzisen Simulationen der Automobilindustrie besteht an diesen Erfahrungen großes Interesse. Denn um alle notwendigen Tests mit realen Autos zu realisieren, sind die vernetzten Systeme mittlerweile viel zu komplex. „Unser Ziel ist es, reale Testfahrten zu reduzieren, auch wenn wir diese weiter benötigen werden“, erläutert Kern.

Und so rücken die Erkenntnisse aus der Spiele- und Automobilwelt immer enger zusammen – auch wenn die zukünftige Realität des pilotierten Fahrens das Erlebnis am Virtual Engineering Terminal noch um ein Vielfaches übersteigen wird.

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Expertendiskussion:
Audi-Entwicklungsingenieur Andreas Kern und Spieleentwickler Ralph Stock erproben am Virtual Engineering Terminal den in der Vorentwicklung befindlichen Kreuzungsassistenten.

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Pilotiertes Parken:
Die interaktive Installation ermöglicht auch erste erlebbare Einblicke in sehr komplexe technische Neuerungen wie das pilotierte Parken in einem dafür vorgesehenen Parkhaus.

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Andreas Kern
Als Entwickler bei der Audi Electronics ­Venture GmbH arbeitet Andreas Kern an computerbasierten Systemen zur Simulation eines virtuellen Fahrzeugumfelds, 
zu denen auch das Virtual Engineering Terminal gehört. Ziel ist es, die Analyse und Validierung vorausschauender Funktionen in einer integrierten Fahrzeug- und 
Umfeldsimulation zu ermöglichen.

Im Hinblick auf pilotiertes Fahren ist die Simulation unerlässlich. Nur so können wir hochvernetzte Systeme reproduzierbar testen. Früher waren reale Tests ausschlaggebend. Künftig können wir in der Realität aber nicht mehr alle Situationen darstellen.

 

Andreas Kern
Entwickler für virtuelles Umfeld, Audi Electronics Venture GmbH

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Audi erprobt die Entwicklung neuer Modelle und Technologien zunehmend in Simulationen, die denen aus Computerspielen ähneln. Ein Gespräch über das Verhältnis von virtueller und realer Welt – und wie wir damit in die automobile Zukunft steuern.

Herr Kern, wieso brauchen wir Computer­simulationen, um intelligente Autos zu entwickeln?

Kern: Die enorme Komplexität im Straßenverkehr zeigt sich heute besonders in der Stadt. Alleine kulturell sind europäische Städte komplett anders als südamerikanische oder chinesische. Dort überall real zu testen, ist nicht machbar. Wir müssen sichere, serienreife Systeme entwickeln, die weltweit funktionieren und mit denen sich der Kunde wohlfühlt. Dazu brauchen wir die Simulation.

Ohne Simulation können wir also gar keine neuen Technologien entwickeln?

Kern: Gerade im Hinblick auf pilotiertes Fahren ist die Simulation unerlässlich. Nur so können wir hochvernetzte Systeme reproduzierbar testen. Früher waren reale Tests ausschlaggebend. Künftig können wir in der Realität aber nicht mehr alle Situationen darstellen.

Herr Stock, Sie entwickeln seit dreißig Jahren Computerspiele. Wo liegen die Grenzen zwischen Simulation und Spiel?

Stock: Für viele unserer Spiele ist eine Simulation des realen Verkehrs die Grundlage. Das heißt, wir bauen in unserer Welt die Straßennetze, die Verkehrsregeln oder auch das Verhalten von Fußgängern nacheinander auf. Dann bleiben Passanten auch mal an Schaufenstern stehen. Das macht die Welt noch realistischer. Am Ende haben wir dann eine „Weltsimulation“ – und das in Echtzeit. Erst darauf setzen wir dann das eigentliche Spiel mit seinen Regeln auf. Denn der Spieler erwartet ja nicht nur eine schöne Simulation, sondern den ganzen Spielspaß – mit Punktelisten und Fortschritts­möglichkeiten.

Gibt es ähnliche Vorgehensweisen auch in der Automobilindustrie?

Kern: In gewisser Weise ja. Als Entwicklungsabteilung für Softwaremethoden stellen wir anderen Abteilungen bei Audi Simulationswelten zur Verfügung. Die Kollegen, die Assistenzfunktionen entwickeln, bekommen von uns also die Basistechnologie, um ihre Funktionen in die Simulation zu integrieren. Die Funktionen können auf diese Weise sowohl im realen Auto als auch in der Simulation entwickelt werden.

Warum ist die Spieleindustrie dabei für die Autobranche so interessant?

Stock: Wir sind für andere Industrien interessant, weil wir uns seit Jahren mit der Simulation von Verkehr beschäftigen. Das macht unsere Spiele glaubwürdig und schön.

Kern: Ja, das Spannende an Computerspielen ist für uns die physikalisch korrekte Simulationswelt. Auch die Verhaltensmodelle der jeweiligen Simulations­teil­nehmer sind in der Spiele- und Autoindustrie ähnlich: Im Spiel wird meist dem Mensch eine Aufgabe gestellt. Bei Audi ist es das Auto, das eine Aufgabe lösen muss – zum Beispiel den Fahrer warnen. Genau da wird es spannend. Denn die Spieleindustrie hat in diesem Kontext zum Beispiel die Erfahrung, wie die Verhaltensweise von Fußgängern korrekt simuliert wird. Diese Informationen brauchen wir auch.

Das geht nur mit externen Partnern?

Kern: Die Automobilindustrie arbeitet mit teurer Spezialsoftware. Die Spieleindustrie hingegen macht mit ihrer Technologie viel mehr Umsatz und hat sich über die Jahre viel Know-how aufgebaut. Da macht es Sinn, einen Blick in diese Branche zu werfen und Synergien zu nutzen.

Meinen Sie damit den Einsatz von Game-Engines?

Kern: Ja, zum Beispiel. Mithilfe von Game-Engines können wir ganz neue Anwendungen in unsere Entwicklerwelt einführen.

Was bedeutet der Begriff in der Spieleentwicklung?

Stock: Gemeinhin versteht man unter einer Game-Engine eine Grafik-Engine. Ein System also, mit dem wir 3D-Welten möglichst realistisch zum Leben erwecken. Aber es gibt noch andere Aspekte: Eine Physik-Engine sorgt zum Beispiel dafür, dass in der simulierten Welt Schwerkraft herrscht. Sound ist ein weiteres Beispiel. Wenn ich mich umdrehe, ist eine Tonquelle auf einmal vor und nicht mehr hinter mir. Die Sound-Engine muss den Ton so auf die Lautsprecher verteilen, dass es real klingt. Und dann gibt es natürlich die Künstliche Intelligenz. Daran haben wir je nach Anwendung unterschiedliche Anforderungen. Bei der Simulation von Verkehrsströmen brauchen wir zum Beispiel eine Schwarmintelligenz, bei anderen Produkten steht die Simulation von Reaktionen einzelner Personen im Vordergrund. So baut man mit geeigneten Engine-Komponenten Stück für Stück die Architektur einer Simulation auf.

Und was lernen die Gamer von Audi?

Stock: Wenn es darum geht, die Präzision bis ins physikalische Detail zu treiben, können wir dazulernen. Für ein Spiel genügt es, dass eine Simulation für die Spielwelt plausibel erscheint. Die Kollegen aus dem Automobilbau müssen aber die Realität abbilden. Denn das Auto muss ja nachher tatsächlich fahren.

Kern: Für das vernetzte und automatisierte Fahren brauchen wir – über die realen Testfahrten hinaus – viele zusätzliche Testkilometer. Das ist im realen Leben nicht abbildbar. Deshalb müssen unsere Simulationen so präzise wie nur möglich sein.

Wie wissen die Autos in den Simulationen, was sie machen?

Kern: Wir setzen auf eine hochkomplexe Simulations-Engine, die nach offenen Standards gewisse Szenarien abfährt. Dabei definieren wir das Drehbuch. Für uns ist es essenziell, genau zu definieren, was passiert. Darauf müssen wir uns verlassen. Und wir müssen auch dem TÜV erklären, dass wir die Sicherheitssysteme nach dieser Methode entwickelt haben. Teilweise lassen wir Dinge aber auch ganz bewusst zufällig entstehen – wie im Computerspiel.

Spielt Künstliche Intelligenz dabei eine Rolle?

Kern: Wir haben in unserer Simulation die Möglichkeit zu einem „Fahrer“ zu sagen: „Du fährst nach Verkehrsregeln.“ Der Fahrer kennt die Regeln und weiß, wann er bremsen sollte. Man gibt diesen Modellen auch Eigen­schaften mit wie „hält die Geschwindigkeit ein“. Das heißt, der Fahrer in unserer Simulation trifft mithilfe einer Künstlichen Intelligenz Entscheidungen, wie er sich im Straßenverkehr verhalten muss. Künftig übertragen wir diese Fähigkeiten auch auf unsere pilotiert fahrenden Autos.

Und wie leiten Sie aus der Simulation das Wissen für die reale Welt ab?

Kern: Für die Software macht es keinen Unterschied, ob sie in einem realen Audi fährt oder in der Simulations­welt. Fahrzeugfunktionen testen und optimieren wir in der Simulation, denn dort gefährden wir niemanden.

Stock: Außerdem macht die Simulation die Ergebnisse reproduzierbar. Im allerbesten Fall – das ist aber Zukunftsmusik – lernt die Software in der Simulation und optimiert sich selbst.

Gibt es Entwicklungen in der Automobilindustrie, die ohne Simulation gar nicht machbar wären?

Kern: Es geht vor allem um Schwarmfunktionen. Wir wollen dem Kunden einen Mehrwert bieten, in dem wir eine Flotte auf der Straße haben, die sich austauscht, Informationen aggregiert und verteilt. Das kann nur in der Simulation getestet werden.

Schwarmintelligenz ist also das Zukunftsthema?

Stock: Absolut! Zunehmende Vernetzung und die Ver­mischung von Spiel und Realität – wie bei Pokémon GO – sind für uns ganz wichtig. Die Realität verschmilzt immer mehr mit den parallelen Datenwelten. Die Herausforderung dabei ist, realistisch zu modellieren. Wenn wir in der Simulation relevante Einflüsse unberücksichtigt lassen – zum Beispiel, weil wir deren Bedeutung unterschätzen – kann das am Ende die Eigenschaften des zu entwickelnden Produkts negativ beeinflussen. Deshalb müssen wir natürlich besonders bei sicherheitsrelevanten Systemen sehr sorgfältig sein.

Kern: Zukünftig werden wir gerade in der Stadt besser werden. Um dort pilotiert zu fahren, braucht es entsprechende Entwicklungsmethoden. Da ist die Simulation mit den Verhaltensmustern der verschiedenen Verkehrsteilnehmer unersetzlich.

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Sensor-Visualisierung:
Die Aktivität der für das pilotierte Fahren notwendigen Sensoren – etwa zur Fußgängererkennung – wird am Virtual Engineering Terminal mittels intuitiv verständlicher Zeichen und Symbole erlebbar gemacht.

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Ralph Stock
Noch als Schüler entwickelte Ralph Stock 1984 sein erstes Computerspiel für den Commodore 64: Der Stein der Weisen war als erstes deutsches Game international erfolgreich. Nach vielen weiteren Erfolgen konzentriert er sich heute in der von ihm geleiteten ­Serious Games Solutions GmbH auf Systeme für den Einsatz etwa in der Gesundheitsaufklärung oder in der Mitarbeiterschulung.

Für viele unserer Spiele ist eine Simulation des realen Verkehrs die Grundlage. 
Das heißt, wir bauen in unserer Welt die Straßennetze, die Verkehrsregeln oder auch das Verhalten von Fußgängern nacheinander auf. Am Ende haben wir dann eine „Weltsimulation“ – und das in Echtzeit.

 

Ralph Stock
Spieleentwickler

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