Projektbeschreibung

Entwicklung der animierten Simulationsplattform ‚dysLab‘ für Studierende im Rahmen der Veranstaltung Mechanik III (ETS294)

Idee und Ziel

Derzeit werden die Vorlesungs- und Übungsinhalte in der Dynamik auf eine Art und Weise vermittelt, die nicht mehr zeitgemäß ist. Die Übungsaufgaben werden heute im traditionellen Format als ‚unanimierte, starre‘ Abbildungen präsentiert. Damit werden die dynamischen Probleme ihrer wesentlichen Eigenschaft beraubt: der Bewegung. Zudem lassen sich vektorielle Größen zur Beschreibung komplexer dynamischer Phänomene nur schlecht mit klassischen Präsentationsmitteln darstellen. Das traditionelle Übungsformat besitzt außerdem den Nachteil, dass Aufgaben aus Zeitgründen nur für eine mögliche Zahlenwertkonstellation gelöst werden. Dies führt dazu, dass der Fokus auf die Rechenfähigkeiten der Studierenden und nur beschränkt auf das mechanische Verständnis gesetzt wird. Um den Studierenden die Möglichkeit zu geben, die Auswirkung von Zahlenwertänderungen auf ihr Ergebnis zu studieren und dadurch die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen kinematischen und kinetischen Größen auf spielerische und eigenständige Art nachzuvollziehen, sind animierte Simulationen ein unverzichtbares Instrument.
Ziel des SLA ist es, für die Mechanik-III-Vorlesungen und -Übungen eine intuitiv, einfach zu bedienende, benutzerfreundliche und auf Lehrzwecke zugeschnittene Simulationsplattform im Baukastenformat zu schaffen. Diese wird das Erlernen der Dynamik durch das Erstellen und Simulieren mechanischer Systeme deutlich erleichtern. Die Plattform wird auf PC‘s sowie auf Mobilgeräten wie Smartphones oder Tablets lauffähig sein

Projektverlauf

- Restrukturierung des Quellcodes
- Umgestaltung der graphischen Oberfläche
- Einführung neuer Dialogfenster und Bedienelemente
- Debugging
- Bemühungen zur Implementierung einer mobilen Variante
- Basis zur Implementierung kinetischer Zusammenhänge

Ergebnis

Im Rahmen der Förderzeit ist das Programm dysLab wesentlich verbessert und erweitert worden. Zu Beginn der Projektlaufzeit wurde der Quellcode durch eine Restrukturierung zugänglicher für die Programmierer gemacht. Zudem wurde die graphische Oberfläche stark umgestaltet und die Benutzerfreundlichkeit durch die Einführung neuer Dialogfenster und Bedienelemente für die Erstellung und Bearbeitung von Objekten sowie für die Auswahl von Kameraansichten verbessert.
Die unterschiedlichen Koordinatensysteme können z.B. nun farblich voneinander unterschieden werden und die Bezeichnung der Eigenvektoren wird nun eingeblendet. Dies macht eine Erklärung der Bewegungsvorgänge für die Dozierenden einfacher. Auch der schnelle Wechsel zwischen den Kameraansichten macht es für die Dozierenden einfacher, kinematische Zusammenhänge zu erklären.
Außerdem wurde eine Schnittstelle für das Importieren von Modellen aus Blender geschaffen. Schritte in Richtung der Implementierung einer mobilen Version sind gemacht worden, obwohl eine vollständige Übertragung der PC-Version von dysLab auf Android nocht nicht fehlerfrei durchgeführt werden konnte. Der Quellcode der PC Version folgt einer Ant-basierten Struktur und wird mit dem Build-Management-Tool Apache Ant erzeugt. Anwendungen, die unter Android laufen, werden im Gegensatz dazu mit dem Tool Gradle generiert. Es ist grundsätzlich möglich, ein Ant basiertes Programm in ein Gradle-basiertes Programm umzuwandeln. Zu Beginn wurde ein simples JMonkey-Spiel, bei dem ein beweglicher blauer Würfel in einer 3D-Welt angezeigt wird, auf Android übertragen. DysLab ist ein 3D-basiertes Programm mit mehreren Bilddateien, die für die Darstellung der Objekte und der Bedienelemente benötigt werden. Es wurde festgestellt, dass keine der Bilddateien in die Installationsdateien der mobilen Version geladen wurde. Für eine vollständige Übertragung von DysLab empfiehlt sich, eine Gradle-basierte Struktur aufzusetzen.