Der Volkswagen-Konzern beschleunigt 3D-Datenaufbereitung und Remote-Rendering für VR auf AWS

Der globale Automobilhersteller Volkswagen Group (Volkswagen) entwickelt Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR)-Anwendungen, um Zeit und Kosten zu sparen und die Leistung für Anwendungsfälle über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg zu verbessern, von der Konstruktionsprüfung über Schulungssimulationen bis hin zur Fernsteuerung in der Fertigung. Bei seinen Anstrengungen, AR/VR zu skalieren, benötigte Volkswagen eine schnellere, einfachere und effizientere Methode zur Vorbereitung und Bereitstellung von 3D-Inhalten im gesamten Unternehmen. Das Unternehmen hat eine Cloud-Architektur entwickelt, mit der es zwei Dinge umsetzen kann: die Automatisierung seiner 3D-Datenvorbereitungspipelines für eine schnellere und einfachere Optimierung von 3D-Modellen und das Testen der Fähigkeit, 3D-Grafiken per Fernzugriff auf AR/VR-Headsets zu rendern und zu streamen, um von Headsets wegzukommen, die durch eine Bindung an teure Workstations eingeschränkt sind.

Um dies zu erreichen, nutzt Volkswagen Amazon Web Services (AWS), um spezifische VR-Rendering- und 3D-Datenoptimierungs-Workloads in die Cloud zu verlagern. Das Unternehmen verwendet außerdem eine eigene Anwendung namens Innoactive Portal, die gemeinsam mit dem VR-Softwareunternehmen Innoactive entwickelt wurde, um VR-Anwendungen bereitzustellen und zu verwalten. Mit verschiedenen AWS-Services, darunter Amazon Elastic Container Service (Amazon ECS) – ein vollständig verwalteter Container-Orchestrierungs-Service, der die Bereitstellung, Verwaltung und Skalierung von containerisierten Anwendungen vereinfacht – macht Volkswagen seine 3D-Datenaufbereitungspipeline effizienter und erhöht die Rendering-Leistung und -Geschwindigkeit in der Cloud.

Das in Deutschland ansässige und weltweit tätige Unternehmen stellt in fast 120 Produktionsstätten 10 bedeutende Automarken her. Das Unternehmen wollte die VR-Technologie für verschiedene Anwendungsfälle nutzen, darunter Qualitätssicherung, Mitarbeiterschulung und Vorplanung von Produktionslinien. Mit mehr als 600 000 Mitarbeitern, die von der VR-Technologie profitieren könnten, brauchte Volkswagen eine effiziente, flexible Architektur, die die Beschränkungen herkömmlicher VR-Systeme aufhebt: Workstations, Anbindungen und externe Tracking-Geräte. Auch wenn Volkswagen mit den kabellosen AR/VR-Headsets seinem Ziel näher kommt, mehr Menschen mit Headsets auszustatten, stellt die begrenzte Rechenleistung dieser Geräte eine zusätzliche Herausforderung dar. „Die Menge an 3D-Daten, die wir verarbeiten mussten, war zu groß für alle derzeit erhältlichen kabellosen VR-Headsets, um damit umzugehen“, sagt Adrian Staude, Business Partner Manager für den Volkswagen Digital Realities Hub.

Um diese Herausforderung zu meistern, begann das Unternehmen im Jahr 2021 mit der Umgestaltung seiner Architektur und konzentrierte sich dabei auf zwei Initiativen: die Optimierung der Datenvorbereitungspipeline, um die Dichte der 3D-Daten, die von den Geräten gerendert werden müssen, zu reduzieren, und die Verlagerung von echtzeitnahen Rendering-Workloads in die Cloud, um den Benutzern mehr Verarbeitungsleistung, Verfügbarkeit und Flexibilität zu bieten. Volkswagen hatte bereits zuvor AWS-Services genutzt und wusste, dass AWS seine Hardware-Anforderungen unterstützen konnte - beispielsweise dedizierte Grafikprozessoren für VR-Workloads auf Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2), die sichere, anpassbare Rechenkapazitäten zur Unterstützung praktisch aller Workloads bietet. „AWS bietet eine große Auswahl an GPUs auf Amazon-EC2-Instances“, sagt Staude. „Wir können immer die richtige Hardware für den anfallenden Workload auswählen.“

Volkswagen hat außerdem den Volkswagen Digital Realities Hub implementiert, ein VR-Software-Management-System, das gemeinsam mit Innoactive entwickelt wurde. Mit diesem VR-Inhaltsverwaltungs-System kann Volkswagen den Benutzern einen Katalog verfügbarer Anwendungen zur Verfügung stellen, der verschiedene Anwendungsfälle unterstützt und die Datenpipeline von der Speicherung bis zur Anwendung besser verwaltet.

Der Schlüssel dazu, die Technologie zugänglicher, effizienter und erschwinglicher zu machen, liegt in der Reduzierung der Menge an 3D-Daten, die das Unternehmen rendern und an VR-Geräte übertragen muss. „Wir haben früher einen Großteil unserer 3D-Datenaufbereitung manuell durchgeführt“, sagt Staude. „Es brauchte etwa 5 Stunden pro 3D-Komponente.“ Jetzt beschleunigt das Unternehmen diesen Prozess in der Cloud, in dem es Amazon ECS nutzt, um die Geschwindigkeit ihrer 3D-Datenoptimierungsanwendung zu erhöhen. Die Auslagerung der 3D-Datenaufbereitung in die Cloud entlastet Computer, die andernfalls für Stunden am Tag blockiert wären. Darüber hinaus wird die gesamte Pipeline schneller und zugänglicher. Eines der wichtigsten 3D-Datenaufbereitungstools von Volkswagen ist der Pixyz Scenario Processor, der komplexe 3D-Daten automatisch in optimierte 3D-Komponenten umwandelt, die mit Unity verwendet werden können. Das Tool ist auf dem AWS Marketplace verfügbar – wo Unternehmen Software finden, testen, kaufen und bereitstellen können, die auf AWS läuft. Es läuft in einem Serverless-Container auf Amazon ECS, sodass Volkswagen es als Teil einer dynamischeren und vernetzten Pipeline auf AWS nutzen kann. Das Unternehmen verwendet auch AWS Lambda, einen Serverless-Computing-Service, mit dem Benutzer Code ohne Verwaltung von Servern ausführen können, um die Bereitstellung von Daten und die Reaktion des Systems auf neue Daten im Speicher zu automatisieren.

In der Zwischenzeit werden durch den Ersatz großer, teurer On-Premises-Workstations durch flexibles Cloud-Computing wichtige Hindernisse für die Einführung von VR beseitigt. Volkswagen testet seine Fähigkeiten, Rendering in der Cloud mit Amazon-EC2-G4-Instances durchzuführen, die von NVIDIA-T4-GPUs angetrieben werden. Amazon-EC2-G4-Instances sind kostengünstige GPU-Instances für Machine Learning und grafikintensive Anwendungen und liefern skalierbare GPU-Leistung in der Cloud. Das Proof-of-Concept-System des Unternehmens kann Pixel mit NVIDIA CloudXR, einem AR/VR-Streaming-Protokoll, nahezu in Echtzeit direkt an VR-Geräte streamen. „Mit dieser Lösung müssten wir keine Verarbeitung mehr On-Premise vornehmen“, sagt Staude. „Wir könnten die Anwendung einfach von einem leistungsstarken Computing-Cluster auf AWS streamen.“

Die Skalierbarkeit der AWS-Services bedeutet, dass Volkswagen nahtlos herunterskalieren kann, wenn es nötig ist. Dies gilt auch für die Backend-Speicherung und das 3D-Komponenten-Management von Volkswagen. Das Unternehmen verwendet Amazon Simple Storage Service (Amazon S3), einen Objektspeicher-Service mit branchenführender Skalierbarkeit, Datenverfügbarkeit, Sicherheit und Leistung, um seine 3D-Daten für Geräte an allen Standorten hochverfügbar zu machen. Mit einer Kombination aus leistungsstarken Amazon-EC2-Instances, flexibler Container-Leistung, skalierbarem Cloud-Speicher, High-Performance-Streaming und der Software von Innoactive arbeitet Volkswagen daran, die VR-Technologie für seine Beschäftigten zugänglicher zu machen und die Zeit und Kosten für das 3D-Rendering zu reduzieren. „Es ist einfach und effektiv für uns, AWS zu nutzen, weil es so viele native Services gibt, die unsere Ziele und Architekturentwürfe unterstützen“, sagt Jan-Paul Brückmann, Product Owner für den Volkswagen Digital Realities Hub. „Es ist alles klar über die Nutzung der Services und die Erstellung von Anwendungen auf AWS.“

Volkswagen arbeitet daran, das VR-Erlebnis zu vereinfachen und zu verbessern und dabei seine Infrastruktur in der Cloud effizienter, leistungsfähiger und flexibler zu gestalten. „In den nächsten 5 Jahren wollen wir viele weitere Services in den Volkswagen Digital Realities Hub bringen und die Benutzererfahrung weiter verbessern“, sagt Brückmann.

Auf AWS bereitet sich Volkswagen auf eine Zukunft vor, in der seine Mitarbeiter mit Leichtigkeit auf die historisch komplexe AR/VR-Technologie zugreifen und VR-Umgebungen nutzen können, die die Produktivität und Zusammenarbeit von jedem Gerät aus verbessern – überall und zu jeder Zeit.