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Augmented Reality auf dem Mobiltelefon#

Exakte ortsbezogene Informationen überall und jederzeit!#


von


Dieter Schmalstieg

Institut für Maschinelles Sehen und Darstellen

Dieter Schmalstieg
Dieter Schmalstieg

Dieter Schmalstieg ist Professor am Institut für Maschinelles Sehen und Darstellen an der TU Graz und leitet das "Studierstube"- Forschungsprojekt im Bereich Augmented Reality. Seine Forschungsschwerpunkte liegen in den Bereichen Virtual Reality, Augmented Reality, verteilte graphische Systeme, 3DBenutzerschnittstellen und Ubiquitous Computing.


© Forschungsjournal 2009/02


Ein Handy kann heutzutage schon viel mehr als nur Telefonieren. Das Christian Doppler-Labor für Handheld Augmented Reality an der TU befasst sich beispielsweise mit der Erforschung und der Entwicklung von Augmented Reality-Technologie für Mobiltelefone: Ortsbezogene Informationen können direkt aufs Handy geliefert werden.


Unter Augmented Reality (AR) versteht man die Überlagerung von Computergrafik in einem Live- Videobild, um erklärende, auf Ort und Situation bezogene Inhalte anzuzeigen. Die Darstellung erfolgt in Echtzeit und jede Information bezieht sich auf einen genau spezifizierten Punkt in der Welt – die angestrebte Genauigkeit lässt sich grob mit 1 cm und 1 Grad abschätzen. Diese Art eines ortsbezogenen Informationsdienstes unterscheidet sich deutlich von bisherigen mobilen Lösungen, die zumeist nur auf groben GPS-Angaben basieren.


Augmented Reality ist eine neue Form der Mensch-Maschine-Interaktion, die mittels mobiler Geräte wie Handys an beliebigen Orten und weitgehend ohne Benutzereingaben – nur durch so genanntes "Point & Shoot" mit dem mobilen Gerät – stattfinden kann. Die Anwendung ist denkbar einfach: Statt eine Webadresse einzutippen, zeigt man mit dem AR-Gerät einfach auf ein bestimmtes Objekt, zu dem dann diverse Informationen abgerufen werden. Statt die Interaktion aus der Welt zum Computer zu tragen, fi ndet diese Interaktion unmittelbar in der Welt statt: Prinzipiell kann somit jeder Ort und jedes Objekt zum Interaktionsträger werden.


Zahlreiche Anwendungen

Augmented Reality gestattet eine ganze andere, neue Art des Umgangs mit Information. Das AR-Gerät wird zum persönlichen Begleiter, den man in den verschiedensten Situationen in Anspruch nimmt, zum Beispiel bei der Fußgängernavigation. In Gegensatz zu einem Fahrzeug, das sich im Wesentlichen auf einem 2D-Straßennetz bewegt, ist der Fußgänger auf einem 3D-Pfad unterwegs, zum Beispiel, wenn er in einem Gebäude treppauf und treppab geht. Nützlich ist die Technologie etwa auch im Tourismus: AR vereinfacht das Auffinden von historischen Hinweisen zu Gebäuden, die Erläuterungen werden direkt auf den Bauten eingeblendet. Waren- und Preisinformationen können beim Einkauf direkt zu den Produkten (im Schaufenster) eingeblendet und elektronische Geräte durch die AR-Darstellung auf dem Handy erklärt oder gleich direkt gesteuert werden. Schließlich eröffnet sich auch die Möglichkeit, persönliche Hinweise in der Art virtueller "Post-its" vor Ort anzubringen und auch mit anderen Benutzern zu teilen.

Erscheinungsformen d. Informationssicherheit
Auf einer realen Landkarte können per AR ortbezogenen Hinweise - im Bild sind es Fotos von Flickr - dargestellt werden.
© Forschungsjournal 2009/02 / © TU Graz/ICG


Ein ähnlich vielversprechender Markt sind AR-Computerspiele.

Die ersten hochwertigen Titel werden bereits verkauft, etwa "Eye of Judgement" (Playstation 3).

© Forschungsjournal 2009/02 / © TU Graz/ICG
© Forschungsjournal 2009/02 / © TU Graz/ICG
Für den aktuell sehr erfolgreichen Playstation Portable-Titel "Invizimals" hat das Christian Doppler-Labor Konsulententätigkeit geleistet. Ein verwandter Geschäftbereich ist Marketing. Neben werbefinanzierten Spielen betrifft das neue Arten von Publikationen. So wurde soeben die AR-Version des Red Bull-Magazins "Red Bulletin" vorgestellt, in der durch Augmented Reality die Bilder des Magazins in der Art der Harry Potter- Romane "zum Leben erwachen".


Weiters hat das Team an der TU Graz gerade Arbeiten an einem "Zauberspiegel" aufgenommen, der einem Kunden in einem Bekleidungsgeschäft das virtuelle Anziehen von Kleidungsstücken erlaubt. Auch in der Industrie, in der Architektur und in der Medizin finden sich zahlreiche Anwendungsszenarien – Augmented Reality ist vielfach einsetzbar.


Bildanalysesoftware
Die Bildanalysesoftware erkennt Gebäude in Echtzeit und beschriftet sie richtig
© Forschungsjournal 2009/02 / © TU Graz/ICG

Wesentliche Bausteine eines AR-Systems sind:

  1. Tracking: Ortsbestimmung in 3D und in Echtzeit, relativ zur Umgebung oder zu einem bestimmten Gegenstand
  2. Ausgabe von Video kombiniert mit 3D-Graphik
  3. Visualisierungstechnik (was und in welcher Form soll überhaupt dargestellt werden)
  4. Datenbank von virtuellen und realen Objekten, aus denen die Inhalte gewählt werden


Aufgrund der Genauigkeitsanforderungen ist Tracking eine große Herausforderung, GPS und Kompass sind zu ungenau. Zufriedenstellende Ergebnisse erhält man nur durch eine rechenintensive Analyse des Kamerabildes, die aber die Leistungsfähigkeit des Mobilgerätes auf die Probe stellt. Ein guter Ansatz scheint daher die Kombination mehrerer Sensoren (Kamera, GPS, Beschleunigungssensor) mit statistischen Methoden zu sein. Daneben ergibt sich das Problem der Erstellung von ausreichend großen Bilddatenbanken, die ein Wiedererkennen des Ortes und damit eine Positionsbestimmung gestatten. In manchen Situationen ist es aber möglich, das mobile Gerät die Umgebung selbstständig analysieren und lernen zu lassen.


aktiven Assistenten
Forscher der TU Graz machen Mobiltelefone zu "aktiven Assistenten"
© Forschungsjournal 2009/02 / © TU Graz/ICG
Auf der Ausgabeseite sind die wesentlichsten Fragen, welche Informationen und in welcher Form man diese überhaupt anzeigt. Hier ergeben sich viele Probleme, etwa die zu hohe Informationsdichte oder die schlechte Erkennbarkeit der Informationen vor dem Hintergrund. Für eine realistische Darstellung, etwa in Computerspielen, sollen reale und virtuelle Objekte sich nahtlos aneinanderfügen und wechselweise Schatten werfen. Dies benötigt eine genaue photometrische Rekonstruktion der aktuellen Beleuchtungssituation im Bild und die Modellierung mit einem High Dynamic Range-Bildverfahren.


Und woher kommen die Informationen, die eingeblendet werden? Datenbanken mit Informationen, die Bezug zur realen Welt haben, gibt es mittlerweile viele, aber typischerweise nicht in geeigneter Form. Ein vielversprechender Ansatz sind Geo-Mashups, wie es sie für existierende Online-Kartendienste gibt. Allerdings benötigt man für AR anspruchsvollere und genauere Repräsentationen als im Web üblich. Die Rohdaten werden teils aus dem kommerziellen Umfeld kommen, teils von den Benutzern selbst erstellt werden. Es ist daher durchaus möglich, dass nach Social Networking im Web 2.0 eine neue Revolution unmittelbar bevorsteht.


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