3D-Visualisierung: Die dritte Dimension

Seit Jahren versuchen Automatisierer, ihre realen Maschinen möglichst detailgetreu in der Visualisierung nachzubilden. Mit der Windows Presentation Foundation kann ihnen das künftig auch gelingen.

Gestern noch war die Prozessvisualisierung ein geeignetes Werkzeug, mechanische Eingabe- und Anzeigeinstrumente durch Pendants auf einem Bildschirm zu ersetzen. Dabei wurde die Funktion einer Maschine auf Bildschirmmasken abstrahiert, wobei der Projekteur für Gestaltung und funktionale Verknüpfung zuständig war. Dem Endanwender wurde und wird auch heute noch zugemutet, dieses mehr oder minder gelungene Abbild einer Anlage zu verstehen und zu bedienen. Dabei sind detaillierte und interaktive 3D-Abbilder längst keine Zukunftsvision mehr. Die Spiele-Industrie macht es schließlich seit Jahren vor. Speziell bei der Gestaltung von Visualisierungen erhofft sich die Automatisierungsbranche eine qualitative Verbesserung durch ein realitätsnahes und verständlicheres Abbild. Mit Einführung von Windows Vista Anfang 2007 waren auf dem Bildschirm neue Effekte wie transparente und schräg gestellte Fenster zu sehen. Niemand dachte daran, dass hier etwas ganz Neues im Hintergrund anlief: die Windows Presentation Foundation (WPF).

Design und Logik sind getrennt

Hinter dem unglücklich gewählten Namen WPF verbirgt sich im Grunde die Ablösung des in die Jahre gekommenen Graphic Device Interface (GDI), auf dem alle grafischen Anwendungen früherer Windows- Versionen aufbauen. Das Grafikinterface WPF setzt einen Meilenstein für alle künftigen Windows-Anwendungen, da mit der Trennung von Design und Logik ein völlig neuer Ansatz verfolgt wird. Mit GDI musste beispielsweise die Bewegung eines Roboters ausprogrammiert werden, da Design und Logik miteinander verschmolzen waren. Dagegen sind bei der Windows Presentation Foundation das Design – der mit einem Vektorgrafik-Programm gezeichnete Roboter – von dessen programmierten Achsenbewegungen – der Logik – getrennt.

 Um Design und Logik verbinden zu können, hat Microsoft mit der eXtensible Application Markup Language, kurz: XAML, ein XML-basierendes Grafikformat entwickelt. XAML erfüllt die gehobenen Ansprüche von Designern mit Funktionen wie 3D, Multimedia, Spiegelungen, Animationen und Dokumentationen. Mehr oder weniger jedes Designtool erzeugt direkt oder über Konverter Grafiken im XAML-Code. Solche XAML-Grafiken lassen sich direkt in Microsoft Visual Studio ansprechen, da jeder Vektor einer Gra fik nach dem Laden der Datei in einer Objekthierarchie abgebildet wird. Darüber können die Eigenschaften wie Farbe, Position oder Winkel mit dynamischen Werten verknüpft werden.

Microsofts Windows Presentation Foundation ermöglicht neue Darstellungsformen, beispielsweise eine Maskenführung als „Cover Flow“. Bildquelle: © Inosoft

Microsofts Windows Presentation Foundation ermöglicht neue Darstellungsformen, beispielsweise eine Maskenführung als „Cover Flow“.

Das Windows-Grau hat ausgedient

Bisher sind Visualisierungsapplikationen vom alten Windows-Look geprägt. Hier hat WPF einen neuen Ansatz gefunden, um Anwendungen optisch ansprechender aussehen zu lassen. Die Grundlagen dafür bilden Templates, Styles und neue Bedienungsmöglichkeiten. Templates sind grafische Vorlagen für Bedienelemente und Bediengruppen, deren Funktionsweise sich am besten anhand eines Beispiels darstellen lässt: Ein einfacher Button hat ein Aussehen (Design) und eine Funktion (Logik). Die Funktion eines Button – nach der Betätigung eine Aktion auszulösen – ist einfach und verlangt keine Variationen. Ganz anders die Optik: Bei der grafischen Darstellung kann die Notwendigkeit entstehen, diesen Button einem vorgegebenen Firmen-Standard (Style-Guide) anzupassen. Dafür sind die Templates gedacht, mit denen sich das Aussehen eines beliebigen Controls verändern lässt.

Allein durch die Zuweisung eines Templates kann aus einem viereckigen Button ein ovaler entstehen, ohne diesen neu zeichnen zu müssen. Ein typisches Anwendungsszenario wäre eine Fertigungsstraße mit Maschinen und Aggregaten unterschiedlicher Hersteller, die dennoch eine identische Visualisierungsoberfläche haben sollen. Einem Serienmaschinenbauer helfen Templates, unabhängig von den verwendeten Steuerungs- und HMI-Plattformen über alle Maschinentypen hinweg identische HMIDesigns durchzusetzen. Styles sind dagegen Vorlagen, die Farben, Schriften oder Größen bestimmen und für eine gesamte Applikation festlegen. Mit einem Knopfdruck kann der Style geändert werden und gibt einer Applikation ein völlig neues Erscheinungsbild. Durch das Konzept der WPF lassen sich auch völlig neue Benutzerführungen im industriellen Umfeld erstellen, beispielsweise eine Maskenführung als „Cover Flow“, wie es ein Mobile-Phone-Hersteller realisiert hat.