Technische ontwikkelingen bij Porsche deel 5; Porsche Engineering ontwikkelt met game engines het intelligente voertuig van de toekomst

Technologieën uit de game-industrie blijken bijzonder nuttig bij de ontwikkeling van auto’s

In deze rubriek willen we met enige regelmaat technische ontwikkelingen bij Porsche onder de aandacht brengen. Dat kunnen recente ontwikkelingen zijn, of wat oudere ontwikkelingen die in onze ogen best wel innovatief zijn. In deel 5 behandelen we Porsche Engineering, technologiedienstverlener en volledige dochteronderneming van Porsche, die game engines uit de game-industrie gebruikt om het intelligente voertuig van de toekomst te ontwikkelen.

Game engines

Game engines genereren fotorealistische beelden en zorgen voor het fysiek correcte gedrag van objecten in computer- en videogames. Porsche Engineering gebruikt deze softwarepakketten onder meer voor het virtueel ontwikkelen en testen van sterk geautomatiseerde rijfuncties. Dit verkort ontwikkeltijden, bespaart kosten en maakt mobiliteit veiliger. In de Porsche Car Configurator worden game engines toegepast om de klant te ondersteunen bij de configuratie van zijn nieuwe auto.

• 

“We gebruiken een breed scala aan technologieën om de intelligente en verbonden auto van morgen te ontwikkelen en te testen”, zegt Dirk Lappe, CTO van Porsche Engineering. “Game engines spelen hier, naast kunstmatige intelligentie, een cruciale rol. Ze trainen rijhulpsystemen met synthetische sensordata. Zo kan elk scenario en elke situatie tot in detail worden nagebootst. “

• 

De algoritmen van rijhulpsystemen vereisen veel training en tests – en toch vindt niet elke gebeurtenis die moet worden getest tegenwoordig plaats achter het stuur van echte auto’s op de weg. “Rijtests gesimuleerd met behulp van game engines hebben het voordeel dat ze zo vaak als nodig kunnen worden herhaald en tot in het kleinste detail kunnen worden aangepast. Naast echte en virtuele tests maakt Porsche Engineering ook gebruik van combinatievormen: een echte auto kan bijvoorbeeld reageren op virtuele obstakels.

Het gebruik van game engines gaat verder dan het ontwikkelen van rijhulpsystemen: bij het ontwerpen van auto’s worden ze gebruikt om het aantal echte prototypes te verminderen. Dat spaart tijd en kosten. Porsche Engineering maakt hiervoor gebruik van de in eigen huis ontwikkelde Visual Engineering Tool, die op basis van CAD-data en augmented reality (AR) of virtual reality bril (VR) gebruikt kan worden om vragen over bijvoorbeeld de optimale plaatsing van componenten te beantwoorden. Snel en voordelig.

Game engines gaan in de toekomst ook de koopbeleving van de klant nog leuker maken. Porsche test momenteel een zogenaamde Virtual Reality Car Configurator. In de toekomst kan je bij de Porsche Centra een bijna fotorealistische, driedimensionale simulatie van jouw geconfigureerde Porsche zien via een spelcomputer met aangesloten VR-bril.

Nieuw type medewerkers in auto-industrie

Met de nieuwe ontwikkelmethodes ontstaat een nieuw type medewerkers in de auto-industrie. “Softwareontwikkelaars met een gaming-achtergrond, geven vorm aan de toekomst van mobiliteit, net als werktuigbouwkundigen en AI-experts”, vervolgt Lappe. “De intelligente en verbonden auto is ontstaan ​​door het combineren van auto-expertise van wereldklasse met software-expertise. Wij zijn autogekken die graag tegelijkertijd programmeren.

• 

Porsche Engineering

Porsche Engineering Group GmbH is een internationale technologiepartner voor de automobielindustrie. De dochteronderneming van Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG ontwikkelt voor zijn klanten de intelligente en verbonden auto van de toekomst – inclusief functies en software. Ongeveer 1.500 ingenieurs en softwareontwikkelaars zijn toegewijd aan de nieuwste technologieën, bijvoorbeeld op het gebied van sterk geautomatiseerde rijfuncties, e-mobiliteit en hoogspanningssystemen, connectiviteit en kunstmatige intelligentie. Ze dragen de traditie van het ontwerpbureau van Ferdinand Porsche, opgericht in 1931, over naar de toekomst en ontwikkelen de digitale voertuigtechnologieën van morgen. Daarbij combineren ze voertuigexpertise met digitale en software-expertise.

Porsche Egineering over hun rol bij de ontwikkeling van auto’s

Als Tobias Watzl thuiskomt van zijn werk, gaat hij soms achter de Playstation zitten om te ontspannen. De 28-jarige kijkt echter anders naar games dan de meeste spelers. “Soms vraag ik me bijvoorbeeld af hoe de ontwikkelaars erin geslaagd zijn een bepaalde reflectie of textuur te krijgen – in plaats van mijn concurrenten te verslaan”, zegt hij lachend. Er is een reden waarom hij zo goed kijkt: als onderdeel van het Porsche Engineering-team creëert hij elke dag virtuele werelden, waarbij hij digitaal delen van snelwegen nabootst om bijvoorbeeld rijhulpsystemen te trainen.

Het is geen toeval dat de digitale weg er uitziet als een computerspel. Dit komt omdat Watzl in zijn werk Unreal-software gebruikt – een game engine die de afbeeldingen genereert in onder meer het populaire computerspel Fortnite. Waar anders virtuele gevechten op het scherm plaatsvinden, is het alledaags hulpmiddel bij Porsche Engineering: assistentiesystemen inleren of het ontwerpers mogelijk maken om componenten te visualiseren. Dankzij gaming-technologie kan jij straks virtueel plaatsnemen in de Porsche die je net hebt besteld, lang voordat deze de lopende band verlaat.

• 

“Game engines bieden de technologie om de noodzakelijke omgeving te creëren voor het simuleren van rijhulpsystemen als een standaardfunctie”, legt Frank Sayer, Senior Manager Virtual Vehicle Development bij Porsche Engineering, uit. De achtergrond: de algoritmen van Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) hebben veel tests en validatie nodig. Zo moeten ze met behulp van verschillende sensoren razendsnel een verkeerssituatie leren herkennen en over een aantal testkilometers adequaat reageren. Dit zou veel echte testritten vereisen – en lang niet elke gebeurtenis die nodig is voor training zou dan kunnen plaatsvinden.

Iedere situatie kan worden nagebootst

Daarom verplaatst Porsche Engineering het testen naar de virtuele wereld: game-engines simuleren de ritten waarmee het algoritme test. Elk scenario en iedere situatie kan op deze manier worden nagebootst – zelfs deze die om veiligheidsredenen niet in het echt kunnen worden getest: de voorliggende auto remt onverwachts; een dier rent de weg op; de zon verblindt de camera’s aan boord. Ook een combinatievorm is denkbaar: een echt voertuig dat reageert op virtuele objecten.

• 

• 

Sommige van de virtuele testbanen zijn nagebootst van echte “modellen”, bijvoorbeeld de autobaan A8 bij de luchthaven van Stuttgart. “Onze collega’s kennen elke uitgang en elk bord – ook al zijn ze er nog nooit eerder geweest”, lacht Ionut Tripon van Porsche Engineering Romania in Cluj. Hij maakt deel uit van het team dat de digitale testbanen bouwt en is een van het nieuwe type ontwikkelaars die de auto-industrie betreden: softwareontwikkelaars met een gaming-achtergrond en een goede kennis van de auto-industrie geven net zo goed vorm aan de toekomst van mobiliteit als AI.-experts en werktuigbouwkundigen. “Hier wordt passie voor videogames en hun ontwikkeling gecombineerd met conventionele vaardigheden – dit is zeer motiverend, opwindend en van direct belang voor onze projecten”, zegt Tudor Ziman, hoofd van de functieontwikkeling in Cluj.

Wat in werkelijkheid uren duurt, kan worden teruggebracht tot seconden

De met behulp van game engines gesimuleerde testritten hebben het voordeel dat ze zo vaak als nodig kunnen worden herhaald en tot in het kleinste detail kunnen worden aangestuurd. Ze nemen ook minder tijd in beslag dan testen met een echte auto. “Wat in werkelijkheid uren duurt, kan worden teruggebracht tot seconden”, zegt Tripon. De enige beperkende factor hierbij is de rekenkracht van de gebruikte hardware. Maar zelfs deze beperkte factor neemt af. Porsche Engineering is begonnen met het verplaatsen van virtuele ontwikkeling naar de cloud: de rijsimulaties worden uitbesteed aan het datacenter van serviceproviders zoals Amazon Web Services, waar ze parallel draaien op tientallen machines. Wanneer duizenden gesimuleerde auto’s (zogenaamde instances) hun rondjes rijden, wordt de ontwikkelingstijd drastisch verkort.

Virtuele tests in plaats van prototypes

Game engines worden bij het ontwerp gebruikt om zichtbaar te maken wat er nog niet is. Recent voorbeeld: bij de ontwikkeling van de Cayenne Coupé is nagedacht over het versmallen van de zwarte fritband op het glazen dak. Dit gebied aan de rand van het glas voorkomt dat de baan van de zonwering eronder zichtbaar is. Maar hoe breed moet de fritband zijn? Tot nu toe werd in dergelijke gevallen gelast en gezaagd: men bereidt een voertuig voor en probeert meerdere glazen daken met verschillende fritbandbreedtes uit. De virtuele test daarentegen, waarvoor Porsche Engineering de zelf ontwikkelde Visual Engineering Tool (VET) gebruikte op basis van de Unity-game-engine, was veel sneller en kost effectiever. Met behulp van de originele CAD-gegevens hebben de ingenieurs het voertuig virtueel gereconstrueerd, inclusief het glazen dak. Na een paar uur konden ze het model van alle kanten bekijken met een virtual reality (VR) -bril. Het resultaat was dat de zwarte rand correct werd gedimensioneerd. “Om een ​​echte aanpassing uit te voeren, hadden we aanzienlijk meer tijd en geld nodig gehad”, zegt ingenieur Watzl.

De beelden die door game-engines worden gegenereerd, zijn tegenwoordig zo goed dat zelfs professionals goed moeten kijken om het verschil met de werkelijkheid te zien. Dit zal ook de koopbeleving van de klant in de toekomst verder verbeteren: Porsche bevindt zich momenteel in de testfase voor een Virtual Reality Car Configurator, die vervolgens zal worden uitgerold in Porsche Centra. Dit systeem bestaat uit een spelcomputer met aangesloten VR-bril en presenteert de klant ter plaatse een driedimensionale simulatie van hun toekomstige voertuig. Om dit te doen, hoeven ze slechts kort het gewenste model samen met de adviseur samen te stellen – verfkleur, velgen, uitrusting. De Car Configurator gebruikt vervolgens Unreal om een ​​afbeelding te berekenen, die in eerste instantie wordt gepresenteerd op een 65-inch scherm met 4K-resolutie. “Het uiterlijk is veel beter dan bij configurators op internet – bijna fotorealistisch”, zegt Sebastian Oebels, digitale marketingexpert bij Porsche AG, enthousiast.

• 

Klanten kunnen ook een VR-bril opzetten en hun droomauto driedimensionaal bekijken. De game engine berekent vervolgens 60 keer per seconde een ander perspectiefbeeld voor het linker- en rechteroog, waardoor de klant de indruk krijgt dat het voertuig recht voor hem of haar staat. Ze kunnen er omheen lopen, de velgen van dichtbij bekijken, virtueel plaatsnemen en het interieur inspecteren tot aan de naden van de leren stoelen. Het is zelfs mogelijk om in het dashboardkastje te kijken. Indien gewenst kan het landschap worden omgeschakeld van dag naar nacht zodat de verlichting van de koplampen te zien is.

De game engine gebruikt originele ontwerpgegevens als basis. De gegevens moeten wel worden aangepast. “We brengen veel real-time-specifieke verbeteringen aan”, legt Lukas Kays van Mackevision, een in Stuttgart gevestigde specialist voor computer gegenereerde beelden (CGI), uit. Het bedrijf maakt fotorealistische speciale effecten voor film en televisie – ook voor de Game of Thrones-serie – en ontwikkelde samen met Porsche de auto-configurator. Dat CAD-bestanden niet zomaar voor het virtuele voertuig kunnen worden gebruikt, is te wijten aan hun detailniveau. Een ontwerpingenieur beschrijft elk onderdeel tot in het kleinste detail met zijn geometrie. Hieruit 60 keer per seconde een afbeelding berekenen, kan een computer overweldigen en leiden tot flikkeringen in het scherm. De modellen moeten daarom worden vereenvoudigd. In plaats van een luidsprekergrill met al zijn draden te berekenen, gebruiken de 3D-ontwerpers bijvoorbeeld een foto met hoge resolutie van de grill. Het weergeven hiervan kost veel minder rekenkracht en de ongetrainde kijker ziet het verschil sowieso niet.

Realistisch resultaat met weinig inspanning

Het doorslaggevende voordeel van een game-engine is dat deze zonder veel programmeerinspanning kan worden gebruikt. “Unreal 4 maakt het gemakkelijk om materialen te maken”, geeft ontwerper Kays als voorbeeld. “De reflecties op de autolak hoeven bijvoorbeeld niet te worden geprogrammeerd.” Het zou veel te complex en duur zijn om een eigen renderer te programmeren om met dergelijke effecten om te gaan.

Kosteloos gebruik

Game engines zijn ook niet duur. Zakelijke gebruikers zoals Porsche Engineering kunnen Unreal kosteloos gebruiken. Ze ontvangen zelfs de broncode van de software, zodat ze deze kunnen aanpassen aan hun eisen. “We willen dat zoveel mogelijk bedrijven de engine gebruiken”, legt Stefan Wenz, Business Development Manager bij Epic Games, het Amerikaanse gamebedrijf dat Unreal meer dan 20 jaar geleden heeft ontwikkeld, uit. Het bedrijf verdient alleen indirect geld, bijvoorbeeld via betaalde ondersteuning.

Al ongeveer vijf jaar zoeken de makers van de game-engine actief industriële klanten – werktuigbouwkundigen, architecten en autofabrikanten. “B2B belooft de grootste groei”, legt Wenz uit. Om het werk van industriële gebruikers gemakkelijker te maken, heeft Epic Games onlangs een gratis materialenpakket samengesteld: het bevat afgewerkte materialen van Alcantara tot walnotenhout die ontwerpers aan de objecten kunnen toewijzen. Bovendien lanceerde de spelfabrikant vorig jaar een ondersteuningsprogramma genaamd MegaGrants, waarvan elk bedrijf dat met Unreal Engine werkt, kapitaal kan ontvangen. Dus de ontwikkeling van computerspellen en auto’s blijft groeien. In dat opzicht zal de zelfrijdende auto van de toekomst een beetje aan gamers te danken zijn.

Game engine is letterlijk de motor

De game engine is letterlijk de motor van een computerspel. Het is een hele reeks programma’s. De kern is de grafische engine, die het eigenlijke beeld genereert: het neemt eerst het 3D-model van een object dat moet worden afgebeeld (in zijn oorspronkelijke staat bestaat het alleen uit rasterlijnen) en bedekt het met een digitaal oppervlak. Deze textuur, zoals deze wordt genoemd, kan er bijvoorbeeld uitzien als hout of metaal. Vervolgens wordt berekend waar licht valt, welke delen van een object zich in de schaduw bevinden en waar iets wordt gereflecteerd. De berekening van de afbeelding wordt rendering genoemd. De physics-engine zorgt ervoor dat de dingen in het spel zich gedragen zoals in de echte wereld. Het berekent bijvoorbeeld hoe vaak een geworpen steen over de grond stuitert voordat deze stil ligt. Om het werk van de ontwikkelaars gemakkelijker te maken, wordt er ook een soort editor meegeleverd waarmee nieuwe simulaties kunnen worden gemaakt zonder ze helemaal opnieuw te hoeven programmeren. Miljoenen ontwerpers over de hele wereld gebruiken deze modulaire systemen om digitale werelden te creëren – van gsm-games tot Hollywood-actiefilms.

Kort samengevat

Game-engines brengen computerspellen tot leven – en helpen nieuwe rijfuncties te ontwikkelen, bijvoorbeeld door rijhulpsystemen te trainen met synthetische sensorgegevens. Elk scenario en elke omstandigheid kan worden nagebootst. In de Car Configurator van Porsche helpen ze jou als klant zelfs bij het kiezen van een nieuwe Porsche.