GEIST Augmented Reality Visualisierung für einen Location based Service

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1 GEIST Augmented Reality Visualisierung für einen Location based Service Daniel Holweg, Fraunhofer Institut für Graphische Datenverarbeitung Fraunhoferstr. 5, Darmstadt, Phone +49 (0) 6151/ , Fax +49 (0) 6151/ , Dr. Uwe Jasnoch, GIStec GmbH, Fraunhoferstr. 5, Darmstadt, Phone +49 (0) 6151/ , Fax +49 (0) 6151/ , Abstract Die Abteilung Graphische Informationssysteme des Fraunhofer Institutes für Graphische Datenverarbeitung beschäftigt sich mit Forschung, Entwicklung, Service und Beratung auf dem Gebiet (Geo-) Graphische Informationssysteme. Im Rahmen des vom BMBF geförderten Forschungsprojektes GEIST ( wird ein Location based Service (LBS) mit Augmented Reality (AR) Visualisierung zur Vermittlung von historischem Wissen durch Digital Storytelling am Beispiel der Stadt Heidelberg entwickelt. Ziel ist es Schülern oder Touristen Faktenwissen über die Situation Heidelbergs zur Zeit des 30jährigen Krieges zu vermitteln und das Interesse für Geschichte zu wecken. Die Information wird in Form einer individuellen Geschichte aufbereitet, die dem Nutzer unter Verwendung von outdoor AR-Technologien vermittelt wird. Der Nutzer bewegt sich hierzu frei durch die Innenstadt Heidelbergs. Sobald er einen Bereich historischen Interesses betritt, wird dies vom System detektiert und eine Szene, als Teil einer ortsübergreifenden Gesamtgeschichte, konzipiert und dargestellt. Die Szene wird auf einer halbdurchsichtigen Brille visualisiert, sodass die virtuelle Information (Gebäude) die Realität überlagert. Neben 3D Gebäudemodellen können in die Szenen auch Alltagsgegenstände und Avatare eingefügt werden. Sie vermitteln die nicht graphischen Informationen (Faktenwissen) und Fordern den Benutzer zu Interaktionen mit dem System auf. Ergänzend zur Geschichte werden Informationen und eine Navigationsunterstützung auf einem PDA, dem sogenannten Schlauen Buch zugänglich gemacht. Es bietet dem Nutzer die Möglichkeit auf zusätzliche Informationen (z.b. historische Daten, Modelle) zuzugreifen und sich vertieft mit diesen Auseinanderzusetzen. Zur Unterstützung des Geschichtsablaufes besteht die Möglichkeit einer Navigationsunterstützung zu den historisch relevanten Orten (Handlungsorte der Geschichte) und eine Unterstützung zum Auffinden historischer Personen (Avatare). Bei der Realisierung werden die ESRI Produkte ArcPad und ArcGIS eingesetzt. 1

2 Motivation Frei und ungezwungen durch eine Ausstellung oder eine historische Altstadt zu streifen, seinen persönlichen Interessen zu folgen, die Umgebung entdecken und trotzdem qualifizierte Informationen zu erhalten: ist das überhaupt möglich? Ist man alleine unterwegs, fehlen Informationen und Wegweiser, das Blättern und Suchen in Katalogen und Karten ist zeitraubend und lästig. In einer Führung bleiben die eigenen Interessen oft unberücksichtigt. Viele Informationen eines Touristeninformationssystems, wie Wegbeschreibungen, Restaurantauswahl, historische Daten zu Sehenswürdigkeiten werden auch bei einem Stadtrundgang benötigt. Wer beispielsweise im Heidelberger Schloss die Ruine des Pulverturms betrachtet, findet die virtuelle Rekonstruktion des Turms direkt vor Ort wesentlich beeindruckender als ein Modell im entfernt liegenden Museum. Wenn diese Information darüber hinaus so dargestellt wird, dass die virtuelle Information im Sichtfeld des Betrachters mit der realen Umgebung zu einer erweiterten Realität verschmilzt, kann der Nutzer das dargestellte nicht nur betrachten, sondern erleben. Das Projekt GEIST GEIST, ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördertes Gemeinschaftsprojekt des Fraunhofer Instituts für Graphische Datenverarbeitung (Fraunhofer-IGD, Darmstadt), des European Media Laboratorys (EML, Heidelberg) sowie des Zentrums für Graphische Datenverarbeitung (ZGDV, Darmstadt), realisiert ein solches mobiles Informationssystem. Das auf drei Jahre angelegte Projekt hat zum Ziel dem Nutzer (adressiert werden vor allem Schüler und historisch Interessierte) des GEIST-Systems umfassende Informationen und Wissen über Heidelberg zur Zeit des Dreißigjährigen Krieges auf spielerische Art und Weise zu vermitteln. Hierzu bewegen sich die Nutzer, ausgestattet mit der erforderlichen Hardware, dem Magic Equippment, frei durch die Altstadt oder Schlossanlage Heidelbergs. An historisch relevanten Orten werden 3D Modelle in einem halbdurchsichtigen Display genau an der Position in das Blickfeld des Betrachters eingeblendet, an der sie sich einstmals befanden. Ergänzt werden diese Darstellungen historischer Gebäude durch Avatare, die das gesehene erläutern. Für den Zugang zu detaillierteren Informationen steht dem Nutzer auf 2

3 einem PDA das sogenannte Schlaue Buch, eine intelligente Zugangsmöglichkeit zu den in GEIST eingesetzten Wissensdatenbanken zur Verfügung. Außerdem ist auf dem PDA eine Navigationsunterstützung zum Auffinden der historisch relevanten Orte umgesetzt. Abbildung 1 Einsatz des GEIST Systems am Heidelberger Schloss GEIST AR Lernspiel Das Lernspiel GEIST basiert auf der Idee, das der Benutzer sich frei durch das Stadtgebiet von Heidelberg bewegen kann und beim Betreten interessanter Bereiche, sogenannter Bühnen, das Angebot bekommt Informationen in Form einer AR-Szene, als Teil einer einzelne Handlungsorte übergreifende Gesamtgeschichte, dargeboten zu bekommen. Um festzustellen ob sich der Nutzer auf einer solchen Bühne befindet wird seine Position ständig mit GPS verfolgt und mit den vordefinierten Bühnen verglichen. Beim Betreten einer Bühne wird von der Story Engine, dem zentralen, die Geschichte steuernden Subsystem in GEIST, eine Szene abhängig vom aktuellen Ort und den hierzu verfügbaren Informationen, aber auch abhängig vom bisherigen Geschichtsverlauf erstellt. Hierzu stehen der Story Engine die Wissensdatenbanken mit den hierin 3

4 enthaltenen historischen Fakten und Legenden und das GIS zur Beschreibung der aktuellen Umgebung des Nutzers zur Verfügung. Zur Steuerung der visuellen Darstellung und der Audioausgaben nutzte die Story Engine eine XML- Schnittstelle des AR Visualisierungs-Systems. Die Darstellung der Information erfolgt auf einer halbdurchsichtigen Brille, so dass gewährleistet ist, dass der Nutzer gleichzeitig sowohl die Realität als auch die virtuelle Darstellung sehen kann. Innerhalb einer Szene können neben historischen Gebäuden auch Alltagsgegenstände, Audio Effekte und Avatare, die Geister, eingefügt werden. Für die Szenen ist ein Koordinatensystem festgelegt, das sich durch einfache Abbildung 2 Szene am Heidelberger Schloss erweitert um virtuelle Information Translationen dem aus amtlichen Koordinatensystem ergibt. Hierdurch lässt sich die Verbindung zwischen der Position des Nutzers in der realen Umgebung sehr einfach in die Virtuelle Welt übertragen und der Nutzer kann sich innerhalb der Szene bewegen. Zusätzlich gewährleistet dies, dass die Positionierung von Objekten ohne bekannte Position (z.b. Avatare und Alltagsgegenstände) von der Story Engine sehr abstrakt z.b. als vor oder neben einem Objekt formuliert werden kann und diese über das GIS in einer Szene an die richtige Position eingefügt werden können. Aus der AR Darstellung der Szenen ergeben sich erhöhte Anforderungen an die Genauigkeit mit der Position und Blickrichtung des Betrachters bestimmt werden. Um eine exakte Überlagerung eines heute existierenden Gebäudes mit seinem mehrere hundert Jahre alten Vorgänger sicherzustellen, wird während einer Szenendarstellung das Tracking mit GPS um einen genaueres, videobasiertes Verfahren erweitert. 4

5 Zugang zu ergänzenden Informationen Ergänzend zur Geschichte steht dem Nutzer ein PDA zur Verfügung, auf dem er einerseits über das sogenannte Schlaue Buch Zugang zu den Wissensdatenbanken und andererseits eine Navigationsunterstützung erhält. Bei der Navigationsunterstützung handelt es sich um eine ArcPad Anwendung. Der Nutzer hat hierdurch die Möglichkeit sich Orte anzeigen zu lassen, die bisher in der Geschichte relevant waren und kann so seinen Weg durch Heidelberg und die erlebte Geschichte rekonstruieren. Zum Auffinden weiterer Handlungsorte Abbildung 3 Einsatz von ArcPad steht ihm ein Geist-Finder und ein Location Finder zu Verfügung, die es ihm ermöglichen gezielt nach Avataren bzw. deren aktuellem Aufenthaltsort oder nach Handlungsorten zu suchen. Zur Darstellung des Ergebnisses wird eine Karte mit der aktuellen Position des Nutzers und dem Zielort verwendet. Neben den Kartographischen Informationen stehen dem Nutzer hier auch kurze textliche und bildliche Informationen zu den ausgewählten Objekten zur Verfügung. Ein weitaus komplexerer Zugang zu den Informationen der Wissensdatenbanken ist durch das Schlaue Buch realisiert. Dieses wird vom EML als browserbasierte Anwendung realisiert, durch die sich der Nutzer ergänzend zur Geschichte über die Historie informieren kann, oder die er als Hilfsmittel zum Lösen von Aufgaben, die sich im Geschichtskontext ergeben, einsetzen kann. Kern dieses Subsystems ist der integrierte Zugang zu den Wissensdatenbanken durch intelligente Abfragen. Die Wissensdatenbanken bestehen im Wesentlichen aus der History Base zur Verwaltung historischer Fakten über relevante Begebenheiten und Personen während des 30jährigen Krieges, der Fiction Base, in der Legenden und Fiktionen verwaltet werden und der Architecture Base, in der die 3- dimensionalen Gebäudeinformationen zu historisch relevanten Objekten abgelegt sind. Ergänzt werden diese Wissensdatenbanken durch ein GIS, das die räumliche Verbindung der Informationen gewährleistet. Neben Anfragen nach einzelnen 5

6 historischen Ereignissen oder Personen kann hier z.b. auch die Frage geklärt werde, wie weit die Bäckertochter Katharina täglich zum Brunnen gehen musste. Ausblick Für den in Geist entwickelten Location based Service mit Augmented Reality Visualisierung ergeben sich Anwendungsgebiete weit über das gewählte Edutainmentszenario hinaus. So kann beispielsweise eine AR-Visualisierung von Planungen z.b. großer Gebäude und Anlagen mit GEIST so dargestellt werden, dass sich der Betrachter nicht nur ein Bild der Planungen als solche machen kann, sondern vielmehr auch sehen und damit bewerten kann wie sich diese Planungen vor Ort in die bereits existierende Umgebung einfügen und welche Auswirkungen sich hieraus ergeben. Weitere Anwendungsgebiete ergeben sich im Marketing oder Tourismusbereich, wo auch der spielerische Charakter des GEIST-Systems als individuelle Führung mit ergänzenden Informationen Verwendung finden kann. Um das Potenzial des Systems noch weiter auszubauen ist u.a. eine Erweiterung der Visualisierungskomponente angestrebt. Durch diese Erweiterung soll ermöglicht werden, dass der Positionsbezug des LBS sich weniger auf den physischen Ort des Nutzers bezieht, als vielmehr auf den Ort der für den Nutzer zur Zeit von Interesse ist. Hierzu bietet sich die Möglichkeit die Realität als aktuelle Bildinformation bei der Darstellung zu berücksichtigen. Der Nutzer hat sich somit nach wie vor die Möglichkeit die ihn interessierende Szene integriert in die aktuelle, reale Umgebung dargestellt zu bekommen. Hierbei ist er jedoch nicht gezwungen tatsächlich vor Ort zu sein und sich den gegebenenfalls ungünstigen Witterungsbedingungen auszusetzen. Weitere Informationen Weitere Informationen zu Stand und Entwicklung des Projektes GEIST finden Sie unter oder senden Sie eine an 6

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