NVIDIA und Quantum3D:
Tragbare Grafik- und Simulationssysteme

 
 
With workstation-level graphics, compute performance, and connectivity in a mil-spec, long-battery life, man-wearable TVC, THERMITE enables military and civilian teams to bring the power of PC-based workstations to battlefield and mobile applications. Real-time NVIDIA 3D GPUs are applied to gain an informational advantage for tactical situations. - Ross Q. Smith, President and Co-founder, Quantum3D, Inc.

Simulation und Training: Mehr als ein Spiel


Panzer, Hubschrauber, Düsenjäger, Flugzeugträger – die moderne Rüstungsindustrie liefert hochkomplizierte Systeme, die nach ganz besonderen Ausbildungslösungen verlangen. Denn von gut geschulten Einsatzkräften hängt der Erfolg ganzer Missionen ab. Um möglichst großen Lernerfolg bei möglichst niedrigen Kosten zu erreichen, setzen viele Unternehmen auf ausgefeilte grafische Simulationssysteme. Quantum3D, ein führender Hersteller und Entwickler von interaktiven, offenen Grafiksystemen, bietet für diesen Zweck innovative Bildgenerierungs-Technologien an, auf deren Basis sich vielfältige Lösungen im Bereich visuelle Simulation und Training (VST) entwickeln lassen. Auch für den Embedded-Training-Markt (ET) lässt sich die Hard-. und Software von Quantum3D gebrauchen – beispielsweise für mobile Simulatoren, die sogar direkt im realen Einsatz verwendet werden können.

Um die virtuellen Grafikwelten möglichst realistisch simulieren zu können, setzt Quantum3D auf Grafiktechnologie von NVIDIA®. Professionelle Grafiklösungen und Shadertechnologie von NVIDIA ermöglichen es Quantum3D, selbst komplexe Effekte wie Rauch, Wellen und Schatten in Echtzeit in seine virtuellen Welten zu integrieren.

Eine „tragbare“ Lösung

Eines der neuen Produkte von Quantum3D ist etwa Quantum3D® THERMITE™, der erste Mehrzweck-TVC für 2D/3D-Grafik, der von Soldaten direkt als Teil der Ausrüstung am Körper getragen werden kann. Hinter dem Kürzel „TVC” verbirgt sich ein “Tactical Visual Computer”, also ein System, das seinem Nutzer Ausbildungsinhalte auf Knopfdruck liefert, virtuelle Einsatzübungen anbietet und die Übermittlung von Befehlen, Kommunikation, Steuerungs- und Aufklärungsinformationen (zusammengefasst unter dem Begriff C4ISR für Command, Control, Communications, Computer, Intelligence, Surveillance, Reconnaissance) ermöglicht. Mit THERMITE steht die Rechen- und Grafikleistung einer PC-Workstation direkt im Feld zur Verfügung – beispielsweise, um vor Ort an einem ruhenden Panzer bestimmte Ausbildungsinhalte zu vermitteln.

Die fertigen THERMITE Systeme passen in ein solides, gegen Umwelteinflüsse abgedichtetes Leichtmetallgehäuse, das etwa so groß wie ein Zigarrenkistchen ist. Damit eignet es sich für die widrigen Einsatzbedingungen, denen sich Soldaten, aber auch zivile Beamte wie Polizei- und Feuerwehrkräfte ständig ausgesetzt sehen. Die integrierte NVIDIA Grafikhardware umfasst unter anderem einen Videodecoder und unterstützt verschiedene Ausgabemöglichkeiten wie etwa eine Displaybrille. Durch die Anbindung an Kreiselsensoren und andere Datenkanäle simuliert das System mit seiner NVIDIA Grafiktechnologie eine virtuelle Welt, in der beispielsweise ein Soldat verschiedenste Einsatzsituationen beliebig oft üben kann – damit sie im Ernstfall perfekt sitzen.
Eine der schwierigsten Herausforderungen bei der Entwicklung von THERMITE war es, hohe 3D-Grafikleistung mit möglichst niedrigem Stromverbrauch zu verbinden. Um eine realitätsnahe Grafiksimulation zu erreichen, musste die Grafikqualität mindestens auf dem Niveau moderner PC-Spiele liegen. Dies durfte jedoch nicht auf Kosten des Akkus gehen – mit einer einzigen Akkuladung muss das THERMITE System schließlich einen ganzen Tag lang Hochleistungs-3D-Grafik bieten. Jamey Dobbins, Leiter der Systementwicklung bei Quantum3D, erklärt, warum sich das Unternehmen für NVIDIA als Partner entschied: „Den Anstoß für unsere Zusammenarbeit mit NVIDIA lieferten ursprünglich NVIDIAs Stellung als Marktführer und die OpenGL-Bibliothek. Außerdem waren wir der Meinung, dass sich NVIDIA in die richtige Richtung bewegt – man konzentrierte sich eben nicht nur auf den Spielemarkt, sondern auch auf professionelle Grafik. So konnte uns NVIDIA Lösungen anbieten, die komplexe 3D-Effekte auch noch mit der Präzision bewältigen, die wir in unseren Anwendungen brauchen. Dank NVIDIA können wir heute hochwertige, Strom sparende Lösungen für innovative Produkte wie THERMITE entwickeln.“

Von ganz klein bis ganz groß
Application Highlights
Quantum3D
  • Ein führender Anbieter von interaktiven Grafiklösungen, Bildgeneratoren und Embedded-Grafiksystemen
  • Zielmärkte: Grafiksimulation, Training, Embedded-Systeme
Die Herausforderungen
  • Skalierbarkeit: mehrere Grafikprozessoren und Bildschirme
  • Hohe Performance bei niedrigem Stromverbrauch (für Mobillösungen)
Die NVIDIA Lösung
  • Mehrere NVIDIA® Grafikprozessoren im Synchronbetrieb als Hochleistungs-Grafiksystem für mehrere Bildschirme
  • NVIDIA Grafikprozessoren in mobilen Embedded-Echtzeitsystemen zur Ausbildung von Einsatzkräften
Das Ergebnis
  • Teure Simulatoren lassen sich durch deutlich preisgünstigere Lösungen auf PC-Basis ersetzen
  • Realistischere Grafik dank NVIDIA Shadertechnologie und Echtzeit-Rendering


Der VST- und ET-Markt hat in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung erlebt – im Kleinen wie im Großen. Selbst große Simulatoren, die früher nur auf teuren Workstation-Clustern mit proprietärer Grafikhardware liefen, lassen sich heute durch preisgünstige Lösungen auf PC-Basis ersetzen. Um die letzten technischen Probleme anzugehen, hat Quantum3D in Zusammenarbeit mit NVIDIA innovative Entwicklungsarbeit in mehreren Bereichen geleistet:
  • Skalierbarkeit: In komplexen Simulatoren kommen mitunter Racks mit Dutzenden von Grafikprozessoren zum Einsatz. Gemeinsam mit NVIDIA arbeitet Quantum3D seit einiger Zeit erfolgreich an neuen Lösungen für die Synchronisierung und Kommunikation der Prozessoren untereinander. Auch beim „heißen Thema“ der Kühlung derartiger High-Density-Lösungen hat man Fortschritte gemacht.
  • Mehrere Bildschirme: In Anwendungen wie etwa einem Panzersimulator müssen mehrere Bildschirme kombiniert werden, um zum Beispiel die Sicht aus einem Fenster zu simulieren. In gemeinsamer Arbeit haben Techniker von NVIDIA und Quantum3D Lösungen für bis zu 40 Bildschirme entwickelt. Hierbei werden mehrere Grafikprozessoren zu einem einzigen Ausgabekanal kombiniert, der die Vielzahl von Bildschirmen ansteuern kann.
  • Mobillösungen: Zuverlässige, Strom sparende NVIDIA Komponenten werden bei Quantum3D in kompakte, robuste, batteriebetriebene Lösungen integriert, die vom Soldaten direkt am Körper getragen oder in Fahrzeuge eingebaut werden können.
  • Formfaktoren: Quantum3D bietet NVIDIA Technologie in kleinsten Formfaktoren für individuelle Embedded-Systeme und kompakte Mobillösungen an.
  • Treiberunterstützung: Parallel zum Aufkommen neuer Betriebssysteme in der VST- und ET-Welt haben Quantum3D und NVIDIA in gemeinsamer Arbeit sichergestellt, dass die neuesten NVIDIA Grafiktreiber auch für den Simulationsmarkt verfügbar sind.
„Grafiksimulation ist ein ziemlich aufregender Markt, die Arbeit macht richtig Spaß“, kommentiert Dobbins. „Durch die Zusammenarbeit mit NVIDIA brechen wir immer neue Leistungsgrenzen, machen teure Spezialhardware überflüssig und können unseren Kunden 3D-Grafik in Workstation-Qualität bieten.“

Große Perspektiven

Quantum3D kombiniert hochwertige Standardkomponenten – wie etwa NVIDIA Grafiklösungen – mit eigenem Know-how in Hardware- und Softwaretechnologien. So entstehen Grafik- und Simulationssysteme für eine Vielzahl von Anwendungsfeldern. 2D/3D-Grafiklösungen von Quantum3D werden unter anderem in folgenden Branchen eingesetzt:
  • Luftfahrt und Rüstung – Instrumentendisplay-Technologie, Cockpit-Anzeigesysteme, virtuelle Bedienkonsolen, dynamische Karten, integrierte Schulungssysteme
  • Industrieautomation – Überwachung, Entwicklung und Test neuer Systeme, bessere Bedieneroberflächen
  • Fahrzeugbau – Rapid Prototyping von Displaykonzepten, schnellere Entwicklungszyklen mit früher Prototypentwicklung, bessere Bedienerkonzepte und -oberflächen für Fahrzeugsysteme
  • Medizinische Geräte – Entwicklung und Test realistischer Echtzeit-Anzeigen
Dobbins fasst die Vorteile der Zusammenarbeit wie folgt zusammen: „Die Rechenleistung und die Shadermöglichkeiten der NVIDIA Hardware sind für uns sehr attraktiv. Der Erfolg einer Traininglösung hängt zum Beispiel maßgeblich von der realistischen Grafikdarstellung ab – und dank dem Echtzeit-Rendering der NVIDIA Lösungen können wir unseren Kunden in diesem Punkt optimale Qualität bieten. Genau so verhält es sich in anderen Märkten, in denen Hochleistungs-Grafikanzeige in 2D und 3D gefragt ist. Unsere langfristige Beziehung mit NVIDIA trägt also deutlich zu unserer Marktführerschaft und unserem Erfolg als Unternehmen bei.“

Kontakt

Nähere Informationen zu NVIDIA Lösungen: www.nvidia.de.
Nähere Informationen zu Quantum3D Lösungen: www.quantum3d.com.

 
 
 
 
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