Augmented Reality
Zusätzliche Daten einbinden
- "Augmented Reality": Zusatzinformationen beim Sehen
- CoSpaces
- Zusätzliche Daten einbinden
- Professor Dr. Gudrun Klinker
Zusätzliche Daten einbinden
Die überwiegende Zahl der Forschungsansätze richten sich darauf, in das Sichtfeld zusätzliche Daten einzuspielen. Andere Sinne wie etwa das Ohr oder die Haptik sind nicht einbezogen. Dementsprechend findet man wenig Geräte, die nur virtuell existieren, aber auf echte Berührungen reagieren und auf diese Weise künstliche Sinneserweiterungen schaffen.
Techniken der Erweiterten Realität könnten in praktisch allen Bereichen des Alltags eingesetzt werden: Monteure lassen sich den nächsten Arbeitsschritt direkt in ihr Sichtfeld einblenden, Katastrophenhelfer sehen Gefahrenzonen im Gelände und Designer arbeiten mit tatsächlich und virtuell anwesenden Kollegen am gleichen dreidimensionalen Modell.
Mit fortschreitender Technologie sind auch futuristische Anwendungsszenarien denkbar: Elektronische Geräte, die nur virtuell existieren, aber auf echte Berührungen reagieren, künstliche Sinneserweiterungen wie einen Röntgenblick und Computerspiele in freiem Gelände.
Für viele dieser Techniken forschen Institute bereits heute: Seien es Flug- oder Autosimulatoren, in der Konstruktionstechnik oder Medizin und Chirurgie - jenseits der Unterhaltungsindustrie warten viele Anwendungszwecke auf den Einsatz von Augmented Reality.
Aber auch auf der Schnittstelle zwischen Ernst und Unterhaltung gibt es interessante Einsatzszenarien: Science Center, in denen lerninteressierte Menschen alle nur erdenklichen Wissenschaften erforschen, bald sogar von Zuhause aus.
Lernen mit Augmented Reality
Das Fraunhofer FIT erforscht im Projekt Exploar, wie in Lernumgebungen virtuelle Informationen eingespielt werden können. Eine Software errechnet die exakte Position des Betrachters sowie seine Blickrichtung und blendet perspektivisch akkurat Zusatzinformationen zu den Exponaten in sein Sichtfeld ein.
Dadurch werden etwa elektromagnetische Wellen, Stromlinien oder Kräfte, die ansonsten unsichtbar wären, auf eine neue Art erfahrbar. "In einem nächsten Schritt werden wir die Daten über das Internet zugänglich machen", erläutert Hagen Buchholz, Projektleiter Exploar beim Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT, das Projekt.
"Dann kann jeder einen Nachbau des Exponats zuhause vor die Webcam halten und auf dem Bildschirm die Effekte der Augmented Reality betrachten."
Die kommerziellen Möglichkeiten, die in der Entwicklung stecken, sind Hagen Buchholz durchaus bewusst. "Manche Projekte laufen sich tot und verstauben am Ende in der Ecke. Aber lieber ist es uns natürlich, wenn die Forschungsarbeit einen Nutzen entwickeln kann. Die Ergebnisse aus dem Projekt Connect wurden in Exploar übernommen, diese werden im nächsten Projekt genutzt. So macht Forschung einen Sinn."
Auslöser für die Zusatzinformation
Bereits seit den Anfängen der Augmented Reality (AR) benutzt die Forschung spezielle Marker, die vom Computer gut in Kamerabildern zu erkennen sind, um Position und Lage eines Objektes zu vermessen. Mehrere Komponenten des Markers liefern dem Augmented-Reality-System die benötigten Informationen zur Orientierung.
Ein hoher Schwarzweiß-Kontrast ermöglicht, den Marker leicht im Videobild wieder zu finden. Die vier Außenkanten dienen mit einer definierten Größe - in unserem Beispiel von 16x16 Zentimetern - als Referenz. Über die Größe des Markers und des Blickfeldes kann der Abstand des Markers zur Kamera bestimmt werden.
Im nächsten Schritt wird über die Winkel der Außenkanten im Kamerabild die Neigung gegenüber der Kamera gemessen. Die Drehung kann allerdings nur bis maximal 90 Grad bestimmt werden, da die quadratische Form der Außenkanten sich danach wiederholt: Der Marker hat Rotationssymmetrien. Um diesem Missstand abzuhelfen, ist auf den Marker ein eindeutiges Muster aufgedruckt.
Werden nun mehrere Marker getrackt, muss neben Position und Lage jedes Markers auch eine ID vergeben werden, um Objekte im Rechner damit zu assoziieren. Das Muster in unserem Beispiel beinhaltet einen vier mal vier Bit langen Code, den das System der TU München verarbeitet.
Der Code wird binär von oben nach unten gelesen und hexadezimal dargestellt. Damit ergibt sich der Wert 0x018f. Er könnte aber auch ganz anders lauten! Wäre der Marker zum Zeitpunkt der Messung um 90 Grad nach rechts gedreht, bekäme er den Wert 0xc88a. Damit die ID des Markers im Raum erkannt werden kann, gilt die Regel, dass der niedrigste Wert zugrunde gelegt wird.
Neben steigender Rechenleistung versuchen die Forscher mit neuen Algorithmen, besonders im Echtzeitumfeld, ganz auf Marker zu verzichten und das Referenzobjekt selbst in der Umwelt zu suchen.
