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J. Donabauer:
"VR-Client for Scenario-basedResponse Training in DisasterManagement";
Betreuer/in(nen): E. Gröller, J. Waser, H. Steinlechner; Visual Computing and Human-Centered Technology, 2019; Abschlussprüfung: 23.01.2019.

Bei Naturkatastrophen wie Überflutungen zählt für das zuständige Personal jede Sekundeum Menschenleben zu retten und Gebäudeschäden zu minimieren. Um sich für denErnstfall vorzubereiten, wird das zuständige Personal durch reale Trainingseinheitengeschult. Diese Trainingseinheiten können sowohl sehr kosten- als auch zeitintensiv sein.Eine mögliche Alternative dazu bietet Virtual Reality (VR). In der Vergangenheit habenbereits viele verschiedene Trainingsbereiche die Technologie für sich entdeckt. Zu denerhofften Vorteilen zählt eine flexiblere Gestaltung verschiedenster Trainingsszenariensowie eine Kosten- und Zeitersparnis. Zusätzlich können VR Applikationen im Bereich derÖffentlichkeitsarbeit eingesetzt werden, um das öffentliche Bewusstsein zu stärken. Ausdiesen Gründen ist das Ziel dieser Arbeit die Entwicklung einer VR Trainingsapplikation,um eine entfernte Überflutungssimulation zu steuern. Dadurch kann eine sichere undrealistische Trainingsumgebung für das verantwortliche Personal geschaffen werden. MitHilfe verschiedener Szenarien können unterschiedliche Überflutungssituationen simuliertund trainiert werden. Um eine Überflutung zu verhindern oder zu mildern, könnenSchutzmaßnahmen gesetzt werden. Diese werden im weiteren Verlauf der Simulationberücksichtigt. Durch einen Operator-Trainee Aufbau können auch zwei Personen ge-meinsam an einem Schutzplan arbeiten. Ein Experte arbeitet als Operator am PC,während der/die Auszubildende von diesem Instruktionen erhält und die Aufgaben in dervirtuellen Welt erledigt. Um ein immersives VR Erlebnis zu bieten, werden eine hoheBildfrequenz und zwei hochauflösende Bilder benötigt. Dafür muss der PC bestimmteHardwareanforderungen erfüllen. Zusätzlich wird auch für die Überflutungssimulationeine hohe Rechenleistung benötigt, um diese schnell durchzuführen. Aus diesem Grundwird bei der implementierten VR Applikation auf eine Client-Server Architektur zurück-gegriffen. Der Server ist für die Simulation zuständig. Der Client kümmert sich um dieVisualisierung der Simulationsdaten in VR, sowie die schnelle und effiziente Verarbeitungder Daten. Um die benötigte Leistung zur Visualisierung zu gewährleisten, wird zusätzlichauf eine leistungsstarke Rendering Engine zurückgegriffen und mit passenden Grafik-befehlen, die auf die verfügbaren Daten abgestimmt sind, kombiniert. Die Evaluierungdieser Arbeit basiert auf der Messung der erreichten Wiedergabegeschwindigkeit, da diese maßgeblich für ein immersives VR-Erlebnis ist. Dafür werden zwei unterschiedlicheImplementierungsstrategien verglichen. Da die Update-Geschwindigkeit des Wasserflussesvon wesentlicher Bedeutung für die Überflutungssimulation ist, werden eine CPU undeine GPU Implementierung innerhalb der Evaluierung verglichen.

In times of natural disasters like floods, the fast action of domain experts saves humanlives and reduces high damages of the urban infrastructure. The training of differentresponse plans of the responsible personnel should help in making the right decisionsin time critical situations. As the creation of various physical training environmentstakes plenty of time, the use of virtual reality (VR) is a possible alternative. In recentyears, different application domains with training purpose have been shifted to makeuse of the new developments in the field of VR. The desired benefits are a more flexiblegeneration of different realistic training environments with low budget and materialresources. Additionally, the VR application can serve as a public communication toolto raise the sense of awareness. Based on these considerations, the aim of this workis to create a VR training application to steer a remote flood simulation. The goal ofthe application is to provide a safe and realistic environment to train the responsiblepersonnel. Through providing different scenarios, multiple flood events can be simulatedand trained. The placement of barriers through interacting with the virtual environmentoffers possibilities to mitigate the results of the simulated floods. An Operator-Traineesetup enables the collaborative work between experts and trainees. While the expertworks as an operator with a PC client, the trainee is able to perform instructions givenby the operator within the virtual environment. VR applications demand for highand steady frame rates as well as two high resolution images for both eyes to providean immersive VR experience. Based on these conditions, appropriate PC hardware isneeded to run a VR application in general. Additionally, high computational poweris needed to perform the different flood simulations in a fast way. In order to achievethe performance requirements, the VR application is implemented within a client-serverarchitecture. The server is responsible for performing the flood simulation, while theclient deals with the VR-related tasks. These tasks comprise the visualization of thesimulation data in VR and a fast and efficient processing of the data. In combinationwith a high performance rendering engine and graphic commands suitable for the givendata, the desired performance can be achieved. As the feeling of immersion is highlydepending on the provided frame rates, the evaluation of this first prototype is basedon the achieved rendering performance. This is measured and evaluated based on twodifferent implementation strategies. Another important measurement is the update timeof the water flow. A comparison of a CPU and a GPU implementation is presentedwithin the evaluation.

https://publik.tuwien.ac.at/files/publik_283619.pdf