Entwicklungsgeschichte von CSoft Laseranimation


Jedes Projekt hat einen Anfang und oft ist es die Faszination für ein bestimmtes Medium, die als Antriebsmotor dient. Durch meinen Verleih für Veranstaltungstechnik kam ich früh in Kontakt mit Lasern und bald wurde mir klar, daß ich mit diesem Medium viel Zeit verbringen werde. Die ersten Lasershows an die ich mich erinnern kann habe ich 1990 in einem Club in Auggen gesehen und 1995, noch während meines Studiums, habe ich dann beschlossen einen Laser anzuschaffen und selbst Lasershows im Rahmen meines Verleihs anzubieten.

Leider hat mir keine der seinerzeit am Markt angebotenen Softwarelösungen gefallen. Am meisten hat mich gestört, daß ich in keinem der Produkte meine eigenen Vorstellungen einbringen konnte. Entweder gab es gar keine Schnittstellen oder sie scheinen das bestgehütetste Geheimnis zu sein. Da blieb dann nur der Weg ganz von vorne anzufangen - und es besser zu machen. Auf den folgenden Seiten habe ich die grossen Meilensteine in der Entwicklungsgeschichte des Projekts festgehalten. Leider gibt es viele Lücken weil die an diesem Projekt beteiligten durch freiberuflichen Tätigkeiten teilweise sehr wenig Zeit haben. Was letztendlich aber für uns zählt ist Spass zu haben und weiter zu machen an einem System das technisch betrachtet zu den leistungsfähigsten Laseranimationssystemen weltweit gehört.

Es war viel Designarbeit nötig um eine modulare Architektur zu schaffen, die flexibel, schnell, offen und erweiterbar ist. Besonderen Wert wurde auf folgende Punkte gelegt:

  • Die Editier- und Animationssoftware soll PC-basiert arbeiten, um vom technologischen Fortschritt der PCs profitieren zu können.
  • Ein ebenfalls PC-basierter Server soll als Drehscheibe für den Datenverkehr dienen. Server-Plugins sollen die Verbindung zur Datenversorgung herstellen.
  • Weitgehender Einsatz von Standardschnittstellen und Standardkomponenten zur Kommunikation der Komponenten untereinander.
  • Eine Ausgabeeinheit musste entwickelt werden, die die Daten entgegennimmt und die Berechnungen für die Laserstrahl Ablenkung übernimmt.
  • Ein offenes System soll entstehen, prinzipiell durch jeden Anwender/Entwickler erweiterbar.
  • Einfache und anschauliche Bedienung.
  • Auswahl zwischen mehreren Benutzerschnittstellen.
  • Verlustfreie, digitale Datenübertragung war und ist noch immer einer der wichtigsten Punkte. Der erste autonom arbeitende, digitale Projektor ist hier entstanden !!!
  • Ein fehlertolerantes System. Tolerant gegenüber Benutzerfehlern und Fehlern der Technik. Das ist viel realistischer als davon auszugehen, dass ein System fehlerfrei ist (Man zeige mir eines).
  • Das System soll nahezu beliebig skalierbar sein - In Anzahl an Projektoren, Licht, Pyrotechnik, Nebel und Lasern.
  • Unterstützung von Audio, Video, extern synchronisierbar.
  • Hierachische 3D-Animationspipeline.
01/2007 bis 01/2009 TopMark

Entwicklung eines Doppelkopf-Projektors für Industrieanwendungen im Bereich Marking. Der Projektor ist nach IP54 staub- und spritzwassergeschützt und besitzt eine wassergekühlte Bodenplatte, auf die alle Komponenten aufgebracht sind. Er eignet sich damit insbesondere für die textilverarbeitende Industrie, da hier Staub beim Zuschnitt entsteht und Reinigungsaufwand von Filtern, Lüftern, Kühlkörpern und Austrittsfenstern entfällt. Für maximale Scanleistung sorgen DC900 Digital-Treiber und 6210 Scanner von CTI mit optimierter Stromversorgung und Wärmeableitung. Herz des Projektors ist ein ScanMaster3 Board der neuesten Generation. Die Daten der darzustellenden Teile werden über Ethernet an dem geometrisch korregierten Projektor geschickt. Aktuelle Betriebsparameter können jederzeit abgerufen und durch ein Kontrollsystem dargestellt werden. Zur Sicherheit stehen drahtbruchsichere Kreise für Schlüsselschalter und Not-Aus zur Verfügung. Entwicklung aller mechanischen und elektronischen Teile sowie projektbezogener Firmware vom Prototypen bis zur Serienreife. Der Projektor hat beim vorgesehenen Betrieb eine Laser Klasse 1 Zertifizierung.
07/2008 bis 12/2008 ScanMaster3 Firmware 3.4.0
Entwicklung einer präzisen, schnell anhand einer Vorlage parametrierbaren Geometrie-Korrektur. Im Abstand von 3m und bei einem Auslenkwinkel von 30° optisch lässt sich ein Abgleich im Bereich von Millimetern in kürzester Zeit manuell mit einer Schablone durchführen.
Entwicklung eines Frameraten-Limiters und einer Dimmer-Rampe. Beide können zur Begrenzung der abgegebenen Laser-Leistung eingesetzt werden. Der Frameraten-Limiter garantiert, daß eine parametrierte Framerate auf keinen Fall überschritten wird. Dies ist wichtig bei MZB-Messungen des TÜV oder anderen Prüfstellen. Der Dimmer kann eingesetzt werden, um die Leistung vor der Begrenzung abhängig von der Wiederholrate zu reduzieren.
Entwicklung eines Verfahrens für Blank-Lines minimaler zeitlicher Länge. Zwischen Linienzügen werden Wege mit maximaler Beschleunigung und maximaler Geschwindigkeit berechnet. Beide Achsen werden unabhängig voneinander betrachtet und hängen nur über die Zeit zusammen.
02/2007 bis 06/2008 ScanMaster3 Board rev 2.0 - 2.4

Weiterentwicklung der ScanMaster3 Hardware und Software. Implementierung von zwei unabhängigen analogen X/Y/Color Ports und zwei unabhängigen digitalen X/Y/Color Ports. Ein weiterer digitaler Hochgeschwindigkeitsport kann applikationsspezifisch verwendet werden. Analoge Farbsignale können mit einer Auflösung von 250ns gegeneinander verschoben werden. Die eingesetzten FPGAs wurden aktualisiert und vergrößert. Spannungspegel und ESD-Schutz für Schnittstellen wurden überarbeitet.
Die Software sieht derzeit 2 simultane, unabhänige Scan-Engines und ein flexibles Routing auf die Ausgabe-Ports vor. Jede Scan-Engine kann mit bis zu 200k Samples pro Sekunde und unterschiedlichen Timings innerhalb eines Frames arbeiten. Farbkanäle können über eine Lookup-Tabelle linearisiert werden. Für Scanner ist eine einfache Geometrie-Korrektur vorgesehen. Die Konfigurationsmöglichkeiten des Systems wurden verbessert und erweitert.
07/2006 bis 10/2006 Laser Profiler
Entwicklung von Bediensoftware und projektspezifischer ScanMaster3-Firmware für ein im Bergbau eingesetztes Vermessungssystem. Dargestellt werden in Maßstab und Geometrie korrekte Schablonen als Orientierungshilfe beim Bohren von Sprenglöchern im Stollen. Die Bediensoftware läuft auf einem für den Bergbau modifizierten PDA (IPAQ) und kommuniziert über eine Funkverbindung mit der Projektor-Firmware. Über die Firmware-Erweiterungen können dargestellte Frames gespeichert werden und ein Distanz-Messgerät abgefragt werden. Desweiteren schaltet eine Temperaturüberwachung den Projektor bei Übertemperatur in den Standby-Mode.
01/2006 bis 03/2006 ScanMaster3 Board rev 1.2 - 1.4

Überarbeitung der ScanMaster3 Hardware. Über 40 Änderungen primär das Platinenlayout betreffend wurden eingepflegt, Fehler wurden beseitigt. Um eine bessere Linearisierung von Halbleiterlasern zu ermöglichen wurden 10 Bit D/A-Wandler für die 8 Farbkanäle eingesetzt. Eine Color Lookup-Table (LUT) wird im DSP implementiert und eine beliebige zeitliche Verschiebung der Farbkanäle untereinander wird im FPGA des DSPs implementiert. Die Color-LUT wird beim Start automatisch aus den Messdaten des Beampower A/D-Wandlers berechnet. Zur einfacheren Integration von Projektor Hardware wird ein separater I²C-Bus mit Spannungsversorgung über einen 4-poligen MicroMatch Stecker geführt. Der Bus kann dann zur Kommunikation mit Komponenten wie Messfühler oder Tastaturen eingesetzt werden.
10/2005 bis 03/2006 Horizon/LT
Thomas Hafner hat auf der Laser2005 den Cosmo vorgestellt. Das erste mini Weisslicht-Modul mit 500mW. Basierend auf den miniaturisierten Komponenten hat er mir ein gegenüber der Serie verändertes Sondermodell entwickelt. Die digitalen Scanner Amps von Randolf (SmartMove, Vertrieb über CTI/Optilas) haben mittlerweile eine sehr hohe Qualität erreicht (5 µRad Positioniergenauigkeit). Das sind die Komponenten, von denen ich seit Beginn des Projekts geträumt habe. Der neue Projektor soll präzise, schnell, klein und leistungsstark werden. Er soll neben etwas Reisegepäck, Notebook und Verkabelung in einen Rucksack passen!
Über 4 Wochen wurden immer kleinere Komponenten ausgesucht, Bauteile verschoben, Grössen geändert und Kühlung berechnet. Die Grundfläche des Projektors ist etwas kleiner als A4 (207 x 295) geworden und die Höhe beträgt 115mm. Da ist wirklich kein Platz mehr drin!

Anfang Dezember wurde dann das Gehäuse in Auftrag gegeben und an Sylvester hatte 'der kleine' dann seinen ersten Einsatz. Er brauchte zwar noch etwas Starthilfe (Ein externes Netzteil weil die Scanneramps die Schaltnetzteile in die Knie gezwungen haben) hat aber seinen Auftritt mit Beifall der Anwesenden bestanden. Der zweite Einsatz war dann am 11.02.2006, Stand-Alone mit Strombegrenzung und Kondensatorbatterie.
08/2005 bis 12/2005 ScanMaster Firmware 3.2.0
Das Betriebssystem leistet nun seit langer Zeit gute Dienste. Nun war es Zeit für ein paar Erweiterungen. Die ScanMaster3-Plattform stellt neue Anforderungen an die Skalierbarkeit was eine Überarbeitung der Lademechanismen erforderlich machte. Implementiert wurde unter anderem auch ein vollständiger Priority-Inheritance Algorithmus für die Mutex-Semaphoren und eine neue Architektur für das Kommando-Interface. Kernel Strukturen wie Thread Stacks, Thread Anchor Blocks oder Process Control Blocks werden nun statisch allokiert. Die Diagnosefunktionen wurden um einen flexiblen Logging-Mechanismus erweitert. Mehrere Heaps können nun angelegt werden und das Betriebssystem verwendet einen geschützten Kernel-Heap.
03/2004 bis 11/2004 Horizon/XL

Der neue Projektor ist fertig. Ein Entertainer von LaserQuantum (600mW grün) sorgt für gute Beleuchtung, CTI 6210 Scanner tun getrieben von analogen CTI-Treibern ihr Werk in der X/Y Ebene und gesteuert wird alles vom ScanMaster3. Der Projektor hat einen optionalen Glasfaser-Input, der bei inaktivem internen Laser eingeschaltet wird. Weitbereichs-Netzteile rüsten den Projektor für einen weltweiten Einsatz.
06/2004 bis 07/2004 ScanMaster3 Board rev 1.1

Überarbeitung des ScanMaster3 Boards nach Erkenntnissen aus dem Betrieb im neuen Horizon/XL Projektor. Hinzufügen einer RTC, Überarbeitung der Schnittstellen, Wandlerbeschaltungen und Pinbelegungen von Prozessormodul und FPGAs.
2001-2003
1999-2000
1995-1998

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