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Analyse zur Eignung von Spiele-Entwicklungsumgebungen als Simulationsgrundlage

Stickel, Sebastian :
Analyse zur Eignung von Spiele-Entwicklungsumgebungen als Simulationsgrundlage.
TU Darmstadt
[Bachelorarbeit], (2016)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Jährlich sterben in Deutschland zwischen 350 und 400 Menschen an den direkten oder indirekten Folgen von Bränden in Gebäuden. Während Building Information Modelling, kurz BIM, als neues Werkzeug im Begriff ist die Planungsqualität der verschiedenen Gewerke entscheidend zu revolutionieren, verlässt man sich bei der Planung und Auslegung von Flucht- und Rettungswegen nach wie vor auf die klassisch analogen Methoden – technische Regelwerke und empirische Erfassungen. Ziel dieser Bachelor-Thesis ist es, einen neuen Weg der frühen Überprüfung von Entfluchtungskonzepten mittels Echtzeit-Simulationen aufzuzeigen. Moderne Entwicklungs- und Laufzeitumgebungen für Videospiele bieten nicht nur nahezu fotorealistische Darstellung virtueller Szenen, sondern auch komplexe künstliche Intelligenz für im Spiel agierende Charaktere. Diese so genannten Agenten können autonom und in großer Zahl den Weg zu einem Ziel in der virtuellen Umgebung suchen, mit dieser und anderen Agenten interagieren und dabei stetig Rückmeldung über ihren aktuellen Status liefern. Damit eignen sie sich hervorragend zur vereinfachten Modellierung von realen Personen in einem Entfluchtungsszenario. Speziell für diesen Anwendungsfall entworfene Agenten verfügen über ein demographisches Modul, das ihre Anatomie, Alter, Gehgeschwindigkeit und weitere Parameter generiert. Somit lassen sich beliebige Szenarien und Populationen mit diverser demographischer Struktur nachstellen. Die für die Funktionalität der Umgebung notwendigen Komponenten wie Treppen, Fluchtpunkte und Räume lassen sich voll parametrisch abbilden. Dadurch kann mit geringem Aufwand aus einem digitalen Gebäudemodell mit zugehörigem Entfluchtungskonzept eine vollwertige Testumgebung generiert werden. Die mittels Simulationen gewonnenen statistischen Daten geben so Aufschluss über die Qualität des Konzeptes. Auf diese Weise kann in Echtzeit und parallel zu den übrigen Planungsvorgängen eine Optimierung und Überprüfung erfolgen. Verifiziert wurde das Simulationstool anhand von den in der Richtlinie für Mikroskopische Entfluchtungsanalysen vorgegebenen Standardtests. Die Tests dienen der Überprüfung der einzelnen Simulationskomponenten sowie ihres Zusammenspiels in unterschiedlich komplexen Szenarien. Diese reichen von einem geraden Gang zur Validierung der Einhaltung einer konstanten Geschwindigkeit bis hin zu dreistöckigen Gebäuden als realistischer Projektmaßstab. Die Durchführung dieser Tests und der Vergleich mit den Resultaten vorangegangener Arbeiten wie dem „Serious Human Rescue Game (SHRG)“ und verifizierter kommerzieller Software (PedGo) zeigt eine gute rgebnisqualität. So läuft die Echtzeitsimulation selbst bei einem Vielfachen der gleichzeitig berechneten Agenten deutlich stabiler als vorherige Ansätze und es kommt nicht zu schwerwiegenden Fehlern wie dem Verlassen der Umgebungsgeometrie. Ansatzpunkte für eine weitere Entwicklung über den Rahmen dieser Bachelorarbeit hinaus werden in einer weiter vereinfachten Erstellung oder dem Import einer vorhandenen 3D-Umgebung gesehen. Denkbar wäre zukünftig die Integration einer IFC-Schnittstelle in die Simulation, mittels derer ein direkter Import von digitalen Gebäudemodellen ohne Umweg über Lösungen von Drittanbietern möglich ist. Weiterhin bietet die Umsetzung der künstlichen Intelligenz der Agenten noch viel Spielraum für die Erweiterung um komplexe V erhaltensmuster und die Untersuchung von deren Auswirkung auf die Entfluchtung.

Typ des Eintrags: Bachelorarbeit
Erschienen: 2016
Autor(en): Stickel, Sebastian
Titel: Analyse zur Eignung von Spiele-Entwicklungsumgebungen als Simulationsgrundlage
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Jährlich sterben in Deutschland zwischen 350 und 400 Menschen an den direkten oder indirekten Folgen von Bränden in Gebäuden. Während Building Information Modelling, kurz BIM, als neues Werkzeug im Begriff ist die Planungsqualität der verschiedenen Gewerke entscheidend zu revolutionieren, verlässt man sich bei der Planung und Auslegung von Flucht- und Rettungswegen nach wie vor auf die klassisch analogen Methoden – technische Regelwerke und empirische Erfassungen. Ziel dieser Bachelor-Thesis ist es, einen neuen Weg der frühen Überprüfung von Entfluchtungskonzepten mittels Echtzeit-Simulationen aufzuzeigen. Moderne Entwicklungs- und Laufzeitumgebungen für Videospiele bieten nicht nur nahezu fotorealistische Darstellung virtueller Szenen, sondern auch komplexe künstliche Intelligenz für im Spiel agierende Charaktere. Diese so genannten Agenten können autonom und in großer Zahl den Weg zu einem Ziel in der virtuellen Umgebung suchen, mit dieser und anderen Agenten interagieren und dabei stetig Rückmeldung über ihren aktuellen Status liefern. Damit eignen sie sich hervorragend zur vereinfachten Modellierung von realen Personen in einem Entfluchtungsszenario. Speziell für diesen Anwendungsfall entworfene Agenten verfügen über ein demographisches Modul, das ihre Anatomie, Alter, Gehgeschwindigkeit und weitere Parameter generiert. Somit lassen sich beliebige Szenarien und Populationen mit diverser demographischer Struktur nachstellen. Die für die Funktionalität der Umgebung notwendigen Komponenten wie Treppen, Fluchtpunkte und Räume lassen sich voll parametrisch abbilden. Dadurch kann mit geringem Aufwand aus einem digitalen Gebäudemodell mit zugehörigem Entfluchtungskonzept eine vollwertige Testumgebung generiert werden. Die mittels Simulationen gewonnenen statistischen Daten geben so Aufschluss über die Qualität des Konzeptes. Auf diese Weise kann in Echtzeit und parallel zu den übrigen Planungsvorgängen eine Optimierung und Überprüfung erfolgen. Verifiziert wurde das Simulationstool anhand von den in der Richtlinie für Mikroskopische Entfluchtungsanalysen vorgegebenen Standardtests. Die Tests dienen der Überprüfung der einzelnen Simulationskomponenten sowie ihres Zusammenspiels in unterschiedlich komplexen Szenarien. Diese reichen von einem geraden Gang zur Validierung der Einhaltung einer konstanten Geschwindigkeit bis hin zu dreistöckigen Gebäuden als realistischer Projektmaßstab. Die Durchführung dieser Tests und der Vergleich mit den Resultaten vorangegangener Arbeiten wie dem „Serious Human Rescue Game (SHRG)“ und verifizierter kommerzieller Software (PedGo) zeigt eine gute rgebnisqualität. So läuft die Echtzeitsimulation selbst bei einem Vielfachen der gleichzeitig berechneten Agenten deutlich stabiler als vorherige Ansätze und es kommt nicht zu schwerwiegenden Fehlern wie dem Verlassen der Umgebungsgeometrie. Ansatzpunkte für eine weitere Entwicklung über den Rahmen dieser Bachelorarbeit hinaus werden in einer weiter vereinfachten Erstellung oder dem Import einer vorhandenen 3D-Umgebung gesehen. Denkbar wäre zukünftig die Integration einer IFC-Schnittstelle in die Simulation, mittels derer ein direkter Import von digitalen Gebäudemodellen ohne Umweg über Lösungen von Drittanbietern möglich ist. Weiterhin bietet die Umsetzung der künstlichen Intelligenz der Agenten noch viel Spielraum für die Erweiterung um komplexe V erhaltensmuster und die Untersuchung von deren Auswirkung auf die Entfluchtung.

Freie Schlagworte: SHRG, BIM, Entfluchtungskonzepte, Echtzeit-Simulationen
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen
Hinterlegungsdatum: 23 Nov 2016 13:33
Zusätzliche Informationen:

Betreuer: Anna Wagner

Datum der Begutachtung bzw. der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 8 November 2016
Alternatives oder übersetztes Abstract:
AbstractSprache
Every year, 350 to 400 people in Germany die by the direct or indirect effects of fires in buildings. While Building Information Modeling, or BIM as a new tool, is about to revolutionize the planning quality of the various trades, the planning and design of escape and rescue routes still relies on the classic analogous methods - technical regulations and empirical observations. The aim of this Bachelor's thesis is to present a new way of checking evacuation concepts in an early stage using real-time simulations. Modern video game development and runtime environments do not only offer a nearly photorealistic representation of virtual scenes, but also complex artificial intelligence for characters acting in the game. These agents can autonomously and in large numbers search their way to a destination in the virtual environment, interact with it and other agents, and constantly provide feedback on their current status. They are therefore ideal for the simplified modeling of real persons in an evacuation scenario. Agents specifically designed for this application have a demographic module that generates their anatomy, age, walking speed and other parameters. Thus, arbitrary scenarios and populations with various demographic structures can be reproduced. The components necessary for the functionality of the environment, such as stairs, evacuation points and rooms, can be represented fully parametrically. As a result, a fully-fledged test environment can be generated from a digital building model and corresponding evacuation concept with little effort. The statistical data obtained by means of simulations thus provide information about the quality of the concept. In this way, optimization and verification can be carried out in real time and parallel to the other planning processes. The simulation tool has been verified using standard tests, which are prescribed in the “Richtlinie für Mikroskopische Entfluchtungsanalysen” (Guideline for Microscopic Evacuation Analysis). These tests are used to check the individual simulation components as well as their interaction in complex scenarios. They range from a straight aisle for validation of compliance with a constant speed up to three-storey buildings as a realistic project scale. The results of these tests and the comparison with the results of previous work such as the "Serious Human Rescue Game (SHRG)" and verified commercial software (PedGo) show a good result quality. Thus, the real-time simulation - even with a multiple number of the concurrently calculated agents - runs much more stably than previous approaches and there are no errors such as agents leaving the environment geometry. Starting points for a further development beyond the scope of this Bachelor's thesis are seen in a further simplified creation or import of an existing 3D environment. In the future, the integration of an IFC interface into the simulation would be conceivable, by means of which a direct import of digital building models is possible without detour via third-party solutions. Furthermore, the implementation of the artificial intelligence of the agents still offers a lot of scope for the expansion around complex behavior patterns and the investigation of their effect on the eviction.Englisch
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