08.09.2017

Augmented Reality Vol. 1

Was ist das? Wozu brauche ich das? Wo liegt der Mehrwert?


Augmented Reality ist für viele noch ein Fremdwort. Dass es sich in verschiedensten Bereichen und nicht nur im Gaming verwenden lässt, sorgt für frischen Wind in Produktion, Marketing und anderen Gebieten der Arbeitswelt. Dieser Artikel bietet zunächst einen Überblick zum Thema.

Was genau ist "Augmented Reality"?

Augmented Reality ("erweiterte Realität") ist eine computergestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung. Diese Aufnahme kann dabei durch alle menschlichen Sinnesorgane erfolgen, meistens wird aber die visuelle Wahrnehmung erweitert. Augmented Reality liegt also vereinfacht gesagt vor, wenn etwas gesehen wird, was real gar nicht da ist, ohne dass Zauberei im Spiel ist. Hierbei ist das Ziel, die schon bestehende reale Welt mit computergenerierten Objekten zu erweitern. Im Gegensatz zur Virtual Reality wird dabei keine neue Welt erschaffen, sondern die reale Welt angereichert.
Dadurch, dass die Simulationen mit der realen Umwelt des Benutzers verschmelzen bzw. in diese integriert werden, können sie dem Nutzer Informationen in Echtzeit bereitstellen. Die virtuellen Objekte werden hierzu in das reale Live-Bild einer Kamera eingesetzt und dabei räumlich korrekt positioniert (Mensch-Maschine-Interaktion).

Wie funktioniert Augmented Reality?

Definitionen helfen zwar dem oberflächlichen, theoretischen Verständnis. Doch wie sieht diese erweiterte Realität in der Praxis aus? Wie wird sie angewendet und worin liegt der Mehrwert?

Augmented Reality erweitert die reale Umgebung mit zusätzlichen Inhalten und Informationen. Ein Augmented-Reality-System besteht im Wesentlichen aus diesen Komponenten:

  • Hardware: Also Kamera und Sensoren eines Mobilgeräts oder einer Datenbrille (bei stationierten Rechnern auch die integrierte Kamera)
  • Tracking-Software und Renderer: Für die Berechnung und Anzeige der korrekten Überlagerung sowie als Szenengenerator
  • Anzeigegerät (z. B. Monitor, Display, MHD): Zur Einblendung virtueller Objekte

Das Zusammenspiel der Komponenten

Die reale Umgebung wird (an einem stationären Rechner oder auf einem Mobilgerät, also der Hardware) von einer Kamera erfasst, die einen Videostream aufnimmt. Eine spezielle Software muss nun erkennen, welche Funktion ausgeführt werden soll. Dazu müssen die Position und die Orientierung der Kamera und der realen Objekte im dreidimensionalen Raum möglichst genau bestimmt und digital aufbereitet werden, damit die virtuellen Elemente an der richtigen Stelle eingeblendet werden (= Tracking). Tracking ist also die Initialisierung vorab definierter Marker sowie die Weiterverfolgung bzw. Erkennung dieser Marker. Anschließend müssen die künstlichen virtuellen Inhalte korrekt in die Realität eingepasst werden. Und es muss dafür gesorgt werden, dass diese dort fest verortet erscheinen (= Registrierung). Auf Basis der beim Tracking ermittelten Positions- und Lageschätzung werden dazu Koordinatensysteme einzelner virtueller Inhalte und jene der Realität miteinander in Verbindung gesetzt. So können die virtuellen Objekte oder die digitalen Inhalte den Videostream perspektivisch korrekt überlagern und auf dem Display des Ausgabegeräts angezeigt werden.

Welche Möglichkeiten zur Realitäts-Erweiterung gibt es?

  • Einblendung von 3D-Objekten 
  • Interaktion mit den eingeblendeten 3D-Objekten (durch den Nutzer)
  • Einblendung von (nützlichen) Informationen in Form von Text, Bildern oder Grafiken
  • Einblendung von In-Page-Videos
  • Einblendung von Buttons und Bedienfeldern (z.B. zu Inhalten im Web oder Intranet)
  • Einblendung von Zusatzinformationen aufgrund eines spezifischen Standorts (= Location-based Services)

Die Verschmelzung von Online- und Offline-Welt kann inzwischen als Teil unseres täglichen Lebens gesehen werden. Die ständige Erreichbarkeit über Social Media oder auch Email-Accounts macht den Alltag nicht immer leichter, sondern sorgt auch dafür, dass wir uns zu jeder Tageszeit mit dem gesellschaftlichen Umfeld und vor allem dem Arbeitsumfeld befassen. Augmented Reality integriert die Informationen so in den Alltag, dass sie nicht mehr störend sind und sogar hilfreich sein können. Die Informationsaufnahme kann „nebenbei“ erfolgen.

Herausforderungen und Schwierigkeiten

Nach Dirk Schart und Nathalie Tschanz, den Autoren des Praxishandbuch Augmented Reality, ist "eine der größten Herausforderungen bei der Umsetzung von Augmented Reality Lösungen die Kartierung der realen Welt und das Erstellen digitaler Inhalte und Modelle". Dies sei von einem hohen Kosten- und Zeitaufwand bestimmt.
Derzeit gibt es zudem drei große technische Probleme in der Umsetzung von AR: zum einen das Realisieren von Licht und Schatten in Echtzeit, dann die Objekterkennung und – last but not least – die Tiefenwahrnehmung.

Während die Bildqualität simulierter Objekte schon recht hoch ist und sehr detailreich dargestellt werden kann, können real gegebene Schatten nicht in Echtzeit wiedergegeben und an die Objekte angepasst werden. Grund dafür ist, dass über die Kamera keine brauchbaren Informationen über den Lichteinfall auf das virtuelle Objekt vorliegen. Bisher liegen nur Ansätze zur Lösung dieses Problems vor.

Auch für die Tiefenwahrnehmung ist noch keine technisch umsetzbare Lösung gefunden worden. Beim Menschen funktioniert diese Tiefenwahrnehmung über das binokulare Sehen: Informationen werden von unseren beiden Augen zu einem dreidimensionalen Bild zusammengefügt. Eine Überlegung hierzu war die Abbildung des Raumes durch Echolokalisation. So nehmen auch Fledermäuse Tiefen wahr. Problem bei diesem Ansatz ist jedoch die Lärmerzeugung, die für den Menschen zwar nicht unbedingt wahrnehmbar wäre, Tieren jedoch große Probleme bereiten könnte.

Das dritte große Problem ist der maschinellen Objekterkennung geschuldet. Da man bis heute nicht weiß, wie der Mensch Objekte erkennt, ist die technische Umsetzung nicht möglich. Zwar gibt es aus der Psychologie schon zwei Theorien, diese sind aber noch nicht erforscht. Auch wenn es schon Apps zur Objekterkennung gibt, funktionieren diese nicht optimal und haben vor allem mit sich bewegenden Objekten Probleme. Diese Probleme spielen bei der Einblendung von Zusatzinformationen in Textform aber keine bedeutende Rolle.

Augmented Reality bringt einerseits große Fortschritte mit sich und das nicht nur in der Welt der Gamification, sondern auch in alltäglichen Bereichen, sei es privat oder beruflich. Trotzdem sind Probleme und Gefahren nicht zu unterschätzen und sollten bedacht und behandelt werden, solange sich die Technologie noch nicht vollständig durchgesetzt hat. Nicht nur die Nutzer müssen ihre Privatsphäre schützen, auch die Hersteller, vor allem aber die Regierung hat Sorge zu tragen, dass der Schutz in Form von Gesetzen oder technischen Einschränkungen gewährleistet werden kann.

Chancen

Bevor die technischen Probleme nicht geklärt werden können, wird es für die erweiterte Realität im privaten und Gaming-Bereich aufgrund von qualitativem Mangel schwer sein, sich vollends durchzusetzen. Die immensen Chancen, die sich im industriellen und ökonomischen Sektor, gerade auch die deutsche Autoindustrie betreffend, bieten, sollte man Augmented Reality jedoch nicht unterschätzen. Viele Unternehmen haben das Potenzial bereits erkannt und teilweise sogar gewinnbringend umgesetzt. Mehr zur Anwendung im Businessbereich erfahren Sie in Augmented Reality Vol. 2.

Quelle:
«Praxishandbuch Augmented Reality für Marketing, Medien und Kommunikation» von Dirk Schart und Nathaly Tschanz, 2015, UVK Verlag.
«Augmented Reality. Theorie und Praxis. 2., überarb. Aufl.» von Anett Mehler-Buchler, 2014, De Gruyter Oldenbourg

 

 


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