1 Augmented Reality
Dieses Dokument zeigt die Vorteile von Augmented Reality (AR) auf und beschreibt die bisherigen Fortschritte auf diesem Gebiet in Wissenschaft und Industrie. Weiterhin werden die fundamentalen Elemente eines AR-Systems dargestellt und zu einem Konzept zusammengefasst. Das Konzept spiegelt die wesentlichen Herausforderungen zur Realisierung eines AR-Systems wider und kann somit als generelles Framework für die Architektur eines AR-Systems betrachtet werden.
2 Einführung
Dieser Abschnitt leitet die Thematik AR ein, indem ein Beispiel einer AR-Anwendung einige Vorteile dieser Technologie aufzeigt. Im Anschluss werden bestehende AR-Systeme durch eine Unterteilung in verschiedene Aspekte in einen Überblick gebracht.
2.1 Motivation
Seit dem letzten Jahrzehnt erweckt AR großes Interesse in Wissenschaft und Industrie. AR stattet eine reale Umgebung mit virtuellen digitalen Informationen aus. Somit können Benutzer zusätzliche Informationen zu einem Gegenstand oder zu einer Umgebung abrufen.
Beispielsweise könnte eine AR-Anwendung bisherige Anleitungen zur Montage von Maschinen ersetzen und bereichern. Ein Problem bisheriger Anleitungen ist, dass eine Projektion der Inhalte auf die Realität nicht möglich ist. Somit sind Leser der Anleitung dazu gezwungen die Anweisungen über ihre Vorstellungskraft auf die reale Umgebung zu übertragen. Weiterhin können genannte Komponenten der Anleitung nicht direkt in der Realität auffindbar sein oder es fehlt eine geeignete Visualisierung, um diese Komponenten exakt und schnell zu lokalisieren.
Eine AR-Anwendung könnte Arbeiter in der Montage von Maschinen unterstützen, indem ein Monteur Projektionen von virtuellen Komponenten auf einer realen Maschine angezeigt bekommt. Darüber hinaus könnten diese virtuellen Komponenten so animiert werden, dass sie die Art und Weise der Anbringung repräsentieren. So lassen sich die Inhalte der Anleitung für die Montage direkt in der realen Umgebung visualisieren. Dem Monteur wird das Arbeiten durch entsprechende Projektionen erleichtert und der Prozess der Montage wird durch ein besseres Verständnis beschleunigt.
Weiterhin können neue Mitarbeiter durch intuitive AR-Anwendungen besser und schneller geschult werden. Neben den oben genannten animierten Visualisierungen können AR-Anwendungen jegliche Form von virtuellen Informationen annehmen, zum Beispiel auch reine textuelle Informationen. Dadurch lassen sich Begrifflichkeiten leicht mit den entsprechend visualisierten Prozessen verknüpfen. Folglich ist das Erlernen der Begrifflichkeiten für neue Mitarbeiter intuitiver und direkt mit der praktischen Erfahrung verbunden.
Das obige Beispiel durchleuchtet nur grob einige Vorteile von AR-Systemen und dient zur Veranschaulichung. Im Folgenden werden verschiedene Aspekte von bestehenden AR-Systemen beleuchtet.
2.2 Stand der Technik
AR wird besonders in den Bereichen Gaming, Navigation, Guiding und in interaktiven Medien verwendet [1, 2]. Bestehende AR-Systeme unterscheiden sich grundsätzlich in der Verwendung von Geräten zur Anzeige von virtuellen Inhalten sowie in der Darstellung der virtuellen Inhalte. Wie in Abbildung 1 dargestellt, unterscheiden sich die Geräte wie folgt [2]:
Hand-Held: Die virtuellen Inhalte werden über ein Gerät dargestellt, welches der Benutzer in der Hand hält (z.B. Smartphone oder Tablet).
Head-worn: Die virtuellen Inhalte werden über ein Gerät dargestellt, welches der Benutzer auf dem Kopf trägt (z.B. Smart-Glass oder Head-Mounted-Display).
Spatial: Die virtuellen Inhalte werden direkt in die reale Welt projiziert (z.B. Beamer), hierbei ist der Benutzer nicht auf das Tragen eines Gerätes angewiesen.
Weiterhin werden in Abbildung 1 verschiedene Formen der Darstellung von virtuellen Inhalten angeführt [2]:
Video: Die realen Objekte und die virtuellen Inhalte sind miteinander verschmolzen und die Sicht des Benutzers findet komplett auf einer digitalen Ebene statt.
Optical: Über eine Perspektive auf die reale Welt werden virtuelle Inhalte auf reale Objekte überlagert.
Retinal: Virtuelle Inhalte werden über einen schwachen Laser direkt auf die Netzhaut des Benutzers projiziert.
Projector: Virtuelle Inhalte werden direkt auf reale Objekte projiziert.
Hologram: Virtuelle Inhalte werden als Hologramm dargestellt.
Abbildung 1: Geräte zur Anzeige und zur Darstellung von virtuellen Inhalten in AR-Systemen [2]