Grundlagen der Augmented Reality

Transkript

1 Institut für Computervisualistik Universität Koblenz

2 Inhaltsverzeichnis 1 Definitionen 2 Überblick Architektur 3 Anwendungsgebiete 4 Literatur

3 Augmented Reality Definition nach Milgram und Kishino 1 Alle Fälle, in denen die Darstellung einer ansonsten realen Umgebung durch virtuelle Objekte(Computergrafiken) erweitert wird, lassen sich als Augmented Reality bezeichnen. 1 Fumio Kishino Paul Milgram. A taxonomy of mixed reality visual displays, 1994

4 Augmented Reality erweiterte Definition nach Azuma 2 reale und virtuelle Objekte sind zusammen in einer realen Umgebung kombiniert läuft interaktiv und in Echtzeit ab reale und virtuelle Objekte werden im Bezug zueinander angezeigt und ausgerichtet Azumas Definition soll sich ausdrücklich nicht auf den visuellen Sinn beschränken, auch andere Sinne wie der auditive oder haptische Sinn können erweitert werden. 2 Ronald Azuma et. al, Recent Advances in Augmented Reality, 1997

5 wichtige Begriffe reale und virtuelle Objekte reale Objekte sind Objekte, die tatsächlich als Objekt existieren virtuelle Objekte sind Objekte, die nur im Wesen oder im Eindruck existieren, aber nicht wirklich oder in förmlicher Weise

6 wichtige Begriffe direktes und indirektes Betrachten reale Objekte können direkt (durch Luft oder Glas) betrachtet werden, aber auch indirekt, z.b. über einen Monitor, nachdem es von einer Kamera erfasst wurde virtuelle Objekte können nur indirekt betrachtet werden

7 wichtige Begriffe reale und virtuelle Bilder reale Bilder sind Bilder, die Helligkeit an der Stelle besitzen, an der sie erscheinen(das Bild eines indirekt auf einem Monitor betrachteten Objekts ist also auch ein reales Bild) virtuelle Bilder sind Bilder, die keine Helligkeit an der Stelle besitzen, an der sie erscheinen(hologram, Spiegelbild)

8 wichtige Begriffe Immersion bezeichnet im Zusammenhang mit virtueller Realität das Eintauchen in eine künstliche Welt je immersiver eine Simulation auf den Betrachter wirkt, desto weniger nimmt er sich selbst war und desto stärker fühlt er sich als Teil des Dargestellten

9 wichtige Begriffe Virtual Reality Eigenschaften einer VR-Umgebung virtuelle Umgebung teilnehmender Betrachter soll vollständig in künstliche Welt eintauchen(hmd als primäre Anzeigemethode) Betrachter soll mit Welt interagieren können Vergleich mit Augmented Reality: unterschiedlich dominantere Umgebung: VR: virtuelle Umgebung, AR: reale Umgebung mit virtuellen Elementen Grad der Immersion des Betrachters

10 wichtige Begriffe Mixed Reality Grundlage bildet das von Milgram und Kishino 3 entworfene Virtuality Continuum: 3 Fumio Kishino Paul Milgram. A taxonomy of mixed reality visual displays, 1994

11 Grundlegende Komponenten eines AR-Systems Display, visuelle Darstellung der Augmented Reality Eingabegerät(-e), ermöglichen Interaktion mit AR-System Trackingsystem, liefert Daten für Darstellung von virtuellen Objekten und Funktionen des Systems

12 Displays Head-Mounted Displays HMDs sind Displays, die am Kopf getragen werden zwei Arten: optical see-through, Umwelt wird direkt durch transparentes Display betrachtet und video see-through, Umwelt wird von Kamera aufgezeichnet am undurchsichtigem Display angezeigt Vorteil: starke Immersion des Benutzers

13 Displays Handheld Displays werden heutzutage vor allem in portablen Geräten wie PDAs und Smartphones verwendet eignen sich bei aktuellen Geräten(mit Touchscreen, Kameras, GPS etc.) für mobile AR-Anwendungen Grundlagen Abbildung: der Augmented portable Reality AR-fähige Geräte(Nintendo 3DS,iPhone4, GalaxySII)

14 Displays Projection/Spatial Displays räumliche Darstellungstechnik, bei ein Projektor virtuelle Informationen direkt auf die zu erweiternde Oberfläche strahlt Benutzer kann sich frei von Bildschirm bewegen Skalierbarkeit von Projektoren: eingeschränkte Darstellungsgröße und niedrige Auflösung andere Systeme kann ausgeglichen werden mehrere Leute können gleichzeitig zusammen innerhalb einer Projektion arbeiten

15 Displays Virtual Retinal Displays Mischform aus Klasse eins und drei zeichnen projiziertes Bild direkt auf Retina

16 Eingabe/Interaktion Eingabegeräte zwei Arten von Interaktion müssen von Eingabegeräten ermöglicht werden Beispiele: Eingabe von Daten/Befehlen Auswahl und Manipulation virtueller Objekte klassische Eingabegeräte wie Maus und Tastatur Touchscreen spezielle Eingabegeräte wie Datenhandschuh, Magic Wand etc. Gestenerkennung

17 Tracking Tracking Tracking wird benötigt um: Position und Blickfeld des Benutzers zu bestimmen wichtige Objekte in der Umgebung zu erkennen(landmarks, Marker) spezielle Eingabemethoden wie Gestenerkennung etc. zu ermöglichen Dazu werden unter anderem die folgenden Techniken verwendet: digitale Kameras: erfassen Bilder von Umwelt und User GPS: Positionsbestimmung des Trägers RFID: Identifizierung und Lokalisierung von Objekten Sensoren: Lage und Geschwindigkeit des Trägers

18 Medizin Ärzte werden bei Operation durch visuelle Informationen unterstützt AR-System erkennt Patient und zeigt relevante Daten an

19 Militär AR-Systeme in Verbindung mit HMDs werden seit Jahren in modernen Flugzeugen und Helikoptern eingesetzt auch Bodentruppen sollen vermehrt mit komplexen AR-Systemen ausgestattet werden

20 Marketing in Verbindung mit QR-Codes auf Verpackungen, Plakaten und in Zeitschriften wird traditionelle Werbung mit AR-Inhalten verknüpft Augmented Reality eignet sich vor allem auch für interaktive Produktvorschau

21 Freizeit & Unterhaltung Inception - The App, auditive AR-Anwendung, verknüpft auf künstlerische Art und Weise Geräusche aus der Umgebung mit Liedern aus dem Soundtrack des Films AR-Drone mit Open-Source SDK

22 Literatur Fumio Kishino Paul Milgram. A taxonomy of mixed reality visual displays Reinhold Behringer Steven Feiner Simon Julier Blair MacIntyre Ronald Azuma, Yohan Baillot. Recent advances in augmented reality. 2001