602 (KBE):
DS CATIA V5 and 
Virtools: Applying
KBE and Behaviors in 
Cockpit and Cabin
Fernando Toledo
The National Institute for Aviation Research … 
      provides research; certification 
      testing; technology transfer...
Dassault Systemes Products at NIAR …
• DS CATIA has been our primary MCAD for several years
• DS CATIA/ENOVIA V5 is used i...
NIAR Virtual Reality Center: Real Time VizSim for…
Virtual Prototyping
Behavioral and KBE simulations for
conception and d...
Aircraft Interior at Conception Phase
                                    (A potential route for aircraft manufacturers an...
Virtual Aircraft Interior Tools at Conception Phase
Virtual Aircraft Interior Tools at Conception Phase
Virtual Aircraft Interior Tools at Conception Phase
Virtual Aircraft Interior Tools at Conception Phase
Virtual Aircraft Interior Tools at Conception Phase
Differences between DS CATIA V5 and DS 3DVia Virtools
  when focusing Real‐Time Aircraft Interior Simulation
   Selected F...
NIAR Approach to Real‐Time Aircraft Interior Simulation
                                                  3D XML
    DS CA...
Example: a DS CATIA V5 R18SP4 model using Imagine & 
Shape, Generative Shape Design and Part Design
A simple Imagine & Shape demo for a seat cushion

step 1                       step 2

step 3                       ...
A simple Imagine & Shape demo for a seat cushion

step 5

                             step 6

step 7
Appling KBE simulation in DS CATIA V5 (Knowledgeware + 
    RTR2) for variations in layout, seat type and color

Appling KBE simulation in DS CATIA V5 (Knowledgeware + 
    RTR2) for variations in layout, seat type and color
DS CATIA V5 Cabin Layout Validation at NIAR*
              CAE Crash Dynamic Analysis Route 
      * Analyzed by Dr. Gerar...
DS CATIA V5 Cabin Layout Validation at NIAR*
FE Models to validate seat structural performance under static and dynamic FA...
Human Factors Analysis in DS CATIA V5 (Human Analysis 
    Simulation & Fitting/Kinematics Simulation)
 Two Approaches:
Advanced Shaders in DS CATIA V5: NVIDIA CgFX
Mental Images’ Mental Mill: example of a simple OpenGL Diffuse_LightMap_Cubic...
Real‐Time Simulation in DS CATIA V5R18: a live demo
Global Illumination (GI) for Real‐Time Simulation
                       Shading and Lighting equation for one local light...
GI Process for Real‐Time Simulation in 3DVIA Virtools
Global Illumination on Autodesk 3DS MAX 2009 – Light Setup   Current...
GI Process for Real‐Time Simulation in 3DVIA Virtools
                                    • 3DS MAX offers two global illu...
GI Process for Real‐Time Simulation in 3DVIA Virtools
  Environment Cubic Map creation on Adobe Photoshop
Real‐Time Simulation in DS 3DVIA Virtools 4.1
Real‐Time Simulation in DS 3DVIA Virtools 4.1
                  Key material information used in the cabin simulation
Real‐Time Simulation in DS 3DVIA Virtools 4.1
      Schematic Area for Behavioral Simulation: Events triggering Actions – ...
Real‐Time Simulation in DS 3DVIA Virtools 4.1

                                       Mesh Setup

Real‐Time Simulation in DS 3DVia Virtools 4.1: a live demo
DS Virtools 4.1 VR Pack:
PowerWall Active Stereo
   PC‐based Cluster 
                           Thank You!
Upcoming SlideShare
Loading in …5

DS CATIA V5 and Virtools: KBE & Behavioral Simulation


Published on

Published in: Technology, Business
1 Like
  • Be the first to comment

No Downloads
Total views
On SlideShare
From Embeds
Number of Embeds
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

DS CATIA V5 and Virtools: KBE & Behavioral Simulation

  1. 1. 602 (KBE): DS CATIA V5 and  Virtools: Applying KBE and Behaviors in  Aircraft Cockpit and Cabin Fernando Toledo fernando.toledo@wichita.edu Virtual Reality Center National Institute for Aviation Research Wichita State University
  2. 2. The National Institute for Aviation Research …  provides research; certification  testing; technology transfer &  training to… aerospace industry; aviation‐related  companies; non‐aviation  companies; federal aviation  research sponsors Some facts about NIAR…  • Ranks # 3 among US universities in Aeronautical R&D according to NSF in 07 • Funding of $35.8M for FY08 (FAA, NASA, DOD, Industry and State/WSU) • Staff of +300 (includes 60 PhDs, 17 Masters, 102 Bachelors, +100 students) • 16 Laboratories totalizing 135,000 sq. ft. in facilities
  3. 3. Dassault Systemes Products at NIAR … • DS CATIA has been our primary MCAD for several years • DS CATIA/ENOVIA V5 is used in professional courses offered by  CADCAM Lab and in any research or commercial project related to  PLM/Virtual Prototyping and Digital Ergonomic Simulations at NIAR • DS 3DVIA Virtools is used in real‐time visual and behavioral  simulations to address R&D and services to aircraft conception,  customer services and 3D‐based marketing areas • Currently NIAR Virtual Reality Center uses DS CATIA V5R19SP2 for 3D  modeling and 3DVIA Virtools 4.1 for run‐time simulations in full  immersion, semi‐immersion and desktop systems
  4. 4. NIAR Virtual Reality Center: Real Time VizSim for… Virtual Prototyping Behavioral and KBE simulations for conception and design reviews of  MCAD/CAID database Engineering Multi‐CAE dataset for pre & post processes analysis and certification Ergonomic Analysis Anthropometrical analysis for  assembly, accessibility and training Digital Manufacturing Interactive Work Cell and Process Plan Bio‐Science Simulation Mocap data collection and gait  analysis,DICOM data tessellation,  remote collaboration, advanced visual  simulation
  5. 5. Aircraft Interior at Conception Phase (A potential route for aircraft manufacturers and partners) Sub‐Phase Enablers or Tools Current and Future  Existing and Potential Clients Interviews,  Very Cyclical and Dynamic Market Requirements Competitors, Style Tendency, etc… Subject of this session Conception Study and  DS CATIA V5 or CAID (only surfaces or mix of  Layout Analysis surface/solid), ERGONOMICS; FAA/EASA rules; etc… DS CATIA V5 (KBE,RTR2, PhotoStudio, CAA plugins)   3D Visual Simulation and DS 3DVIA Virtools  Final Decision for  Physical Mockup; Virtual Reality; Design Selection Collaboration Rooms; Desktop Computers Detail Design  Engineering Analysis Certification Manufacturing Marketing Customer Service
  6. 6. Virtual Aircraft Interior Tools at Conception Phase
  7. 7. Virtual Aircraft Interior Tools at Conception Phase
  8. 8. Virtual Aircraft Interior Tools at Conception Phase
  9. 9. Virtual Aircraft Interior Tools at Conception Phase
  10. 10. Virtual Aircraft Interior Tools at Conception Phase
  11. 11. Differences between DS CATIA V5 and DS 3DVia Virtools when focusing Real‐Time Aircraft Interior Simulation Selected Feature Comparison DS CATIA V5 DS 3DVIA Virtools Model Size Limitation 64‐bit / 32‐bit 32‐bit Surface and Solid Yes No Modeling and Modification  Interactive Simulation Technique Knowledge Based Engineering Behavioral Based Scene Graph and No  Yes Hierarchical Occlusion Tree (Z‐Buffer Occlusion no hierarchy tree) No Yes Global Illumination Aware (available only for non real‐time thru (reads baked‐material of radiosity and ra‐ Photo Studio WB or CAA plug‐ins) tracing renderings from majors CAID)   Native Multi‐Texture Material No Yes NVIDIA CgFX (OpenGL)  Advanced Shaders NVIDIA CgFX (OpenGL) Microsoft's HLSL (DirectX9) Ergonomics Simulation Yes No Virtual Reality Aware (multi‐channel, stereo, cluster and  Limited to CAA plug‐ins Yes interactive devices aware)
  12. 12. NIAR Approach to Real‐Time Aircraft Interior Simulation 3D XML DS CATIA V5 • Model creation Diffuse Texture • Material Library EnvMap Texture • RTR2 • Knowledgeware Mental Mill CgFX DS 3DVIA Advisory Rules Shaders Virtools • Fitting Simulator • Ergonomics  Design & Analysis RH Deep Exploration: Autodesk 3DS MAX: • CgFX Shaders • Polygonal Reduction; • Global Illumination  • Textures • Normals and Windings  Solution (Radiosity) Normalization • Render‐to‐Texture • 3DS exportation • Hierarchical Tree
  13. 13. Example: a DS CATIA V5 R18SP4 model using Imagine &  Shape, Generative Shape Design and Part Design
  14. 14. A simple Imagine & Shape demo for a seat cushion step 1 step 2 step 3 step 4
  15. 15. A simple Imagine & Shape demo for a seat cushion step 5 step 6 step 7
  16. 16. Appling KBE simulation in DS CATIA V5 (Knowledgeware +  RTR2) for variations in layout, seat type and color User Defined Parameters shown on the Specification Tree An example of a layout  configuration rule from Knowledgeware Advisor workbench
  17. 17. Appling KBE simulation in DS CATIA V5 (Knowledgeware +  RTR2) for variations in layout, seat type and color
  18. 18. DS CATIA V5 Cabin Layout Validation at NIAR* CAE Crash Dynamic Analysis Route  * Analyzed by Dr. Gerardo Olivares and his team at NIAR Computational Mechanics Lab . Pre‐Processor: . Post‐Processor: . Design Table approach • Altair Hypermesh • Motion View • CEI Ensight DS CATIA V5 . (used in VR rooms) • 3D Model Solver: ATD/Seat Model: • Material Library FE : LS_DYNA • Multibody MADYMO •Knowledgeware MB: MADYMO Advisory Rules ??? ??? Post‐Processor: . Pre‐Processor: • DS CATIA CAA KBE approach • DS CATIA CAA  Altair HyperCrash Altair HyperCrash
  19. 19. DS CATIA V5 Cabin Layout Validation at NIAR* FE Models to validate seat structural performance under static and dynamic FAR *.561 , *.562 FE Model (8 to 10 hours CPU) t= 0 ms t= 300 ms Facet/MultiBody Model (8 to 10 min CPU) Revolute Joint Revolute/Translational Joint
  20. 20. Human Factors Analysis in DS CATIA V5 (Human Analysis  Simulation & Fitting/Kinematics Simulation) Two Approaches: • Traditional Desktop • Immersive VR‐based  A top level infrastructure example: PC‐based Clusters or PC  multi‐channel graphical  cards/GPUs Large Field‐of‐View HMD Motion Trackers CAA Middleware (Drives) • Motion Analysis • Mechdyne’s CDVI/Conduit • Haption IFC Core Restrictions The anthropometric parameters can be exposed if the in Anthropometric List Dialog the Management field is setup to manual. This means that it’s possible to have User Defined parameters associated with Knowledgeware (Formulas,Rules, Reactions,etc…) for variations on interior layout. In addition, manikin’s end‐effectors  can be constrained to CATParts in DMU Fitting Simulator or Kinematics. This can be useful in real‐time simulations of accessibility,  line‐of‐sight and posture.
  21. 21. Advanced Shaders in DS CATIA V5: NVIDIA CgFX Mental Images’ Mental Mill: example of a simple OpenGL Diffuse_LightMap_CubicEnv_Shaders • Alternative Shaders creation for programmers: NVIDIA FX Composer • DS CATIA V5 is not compatible to Microsoft’s HLSL • CgFX Shaders now does work in stereoscopic mode in DS CATIA V5R19 !! • 3DXML still does not support CgFX Shaders
  22. 22. Real‐Time Simulation in DS CATIA V5R18: a live demo
  23. 23. Global Illumination (GI) for Real‐Time Simulation Shading and Lighting equation for one local light source Simple equation:  itotal = iamb + idiff + ispec DS CATIA V5 RTR2 and several others wb Complete equation: itotal = aglobal x mamb + memi + cspot (iamb + d(idiff + ispec)) DS CATIA V5 PhotoStudio, CAA Plug‐ins (OPTIS, etc…), DS 3DVIA Virtools + Global Illumination results where :  aglobal = parameter used in OpenGL or Direct3D APIs for global ambient lighting for constant background light coming everywhere  mamb = ambient material parameter mamb = emissive material parameter  sexp cspot =  spot light factor = max (‐l x sdir,0) where l = light vector; sdir = direction of the spot light; sexp = factor fall‐off control 2 d =  1/(sc + sl(spos – p) + sq(spos‐p) where  (spos – p) = distance from the light source position “spos” to the point “p” that is to be shaded sc = constant attenuation parameter sl = linear attenuation parameter sq = quadratic attenuation parameter  for physically correct distance attenuation sc = 0, sl = 0, sq = 1
  24. 24. GI Process for Real‐Time Simulation in 3DVIA Virtools Global Illumination on Autodesk 3DS MAX 2009 – Light Setup Current aircraft passenger’s  interior cabin reading lights are  based on two types of  technologies: Incandescent/Halogen  LED General recommendations *: * CCT: 3600 to 5200 K * Illuminance at beam center: ‐ Gaussian: 220 to 400 lx ‐ Top‐hat: 160 to 400 lx 3DS MAX can replicate real    light real conditions by using appropriated parameters and global illumination render solution *  SAE Subcommittee A‐20A/C, Interior and Crew Rest  Lighting, LED Reading Light Study by Nadarajah Narendran, Lighting Research Center, Rensselaer  Polytechnic Institute, Troy, NY
  25. 25. GI Process for Real‐Time Simulation in 3DVIA Virtools • 3DS MAX offers two global illumination  algorithms: Ray‐Tracing and Radiosity; • Radiosity produces accurate photometric  simulations of light by using radioactive  thermal analysis techniques. Rather than  determining the color for each pixel on a  screen (i.e. ray‐tracing) radiosity calculates  the intensity for all surfaces in the  environment.  • Radiosity solution can be export to 3DVIA  Virtools by lighting maps or vertex color; • Lighting maps works by having 3DS MAX  render out radiosity solution as textures, by  using Render‐to‐Texture command in 3DS  MAX; • 3DVIA Virtools is material multi‐texture  aware and it combines diffuse maps,  lighting maps, normal maps and  environment maps; • Units in 3DS MAX must match the units of  the interior model because radiosity engine  always uses an inverse square falloff for  lights.
  26. 26. GI Process for Real‐Time Simulation in 3DVIA Virtools Environment Cubic Map creation on Adobe Photoshop •Joint the environment cubic map images from 3DS MAX (or from DS CATIA V5 PhotoStudio) to be used in 3DVIA Virtools  env cubic map by using the following reference: Front view Back view Top view Bottom view Left view Right view • Save the jointed file to DDS format using NVIDIA DDS plug‐in * for Adobe Photoshop selecting Cube Map and No MIP maps *http://developer.nvidia.com/object/ph otoshop_dds_plugins.html
  27. 27. Real‐Time Simulation in DS 3DVIA Virtools 4.1
  28. 28. Real‐Time Simulation in DS 3DVIA Virtools 4.1 Key material information used in the cabin simulation table Lighting Map > Shading Color Texture > Diffuse color CubeMap > Reflection floor Color Texture > Diffuse color Lighting Map > Shading
  29. 29. Real‐Time Simulation in DS 3DVIA Virtools 4.1 Schematic Area for Behavioral Simulation: Events triggering Actions – Simple Examples   Behavior for interior layouts Behavior for  material changes Behavior for toilet’s door
  30. 30. Real‐Time Simulation in DS 3DVIA Virtools 4.1 layout_1 Mesh Setup CgFX Shader Layout_2 Material Setup Layout_3 Lighting Map > Shading Color Texture > Diffuse color CubeMap > Reflection Level  Schematic Manager
  31. 31. Real‐Time Simulation in DS 3DVia Virtools 4.1: a live demo
  32. 32. DS Virtools 4.1 VR Pack: PowerWall Active Stereo PC‐based Cluster  Thank You!