Augmented Reality - sternenschwarm.de

slipperhangingAI and Robotics

Nov 14, 2013 (3 years and 1 month ago)

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1.

Begriffsklärung, Definitionen

2.

Verwendete Technologien

3.

Ein Beispiel: das
ARToolkit

4.

Anwendungsfelder für VR & AR

5.

Probleme und Gefahren

6. Quellenangabe und Einladung

1. Begriffsklärung, Definitionen

Virtual Reality (VR) ist ...

... eine rechnergestützte, synthetische
Umgebung, welche echtzeitfähig und
interaktiv ist und dem Betrachter eine Reihe
alternativer Sinneseindrücke mit einem
unterschiedlichem Grad der Immersion
vermittelt („immersive VR“, „fish
-
tank
-
VR“).

Das Reality
-
Virtuality Continuum (nach Paul Milgram)

Augmented Reality / Augmented Virtuality:

Häufig verwendete Synonyme:

„Virtual Environments“ (für VR)

„Enhanced Reality“ (für AR)

„Mixed Reality“ (für AR und AV)


Unterschiedliche Bezugspunkte in VE:

Das Centricity Continuum (nach P. Milgram)

Unterschiedliche Bezugspunkte in VE / MR:

Art der Perspektive (Kamerasicht):


Egozentrisch oder Exozentrisch

Arten von Augmented Reality:


Head
-
stabilized (immer gleiche Position im Sichtfeld)


Body
-
stabilized (Beispiel „virtueller Kompass“)


World
-
stabilized (perfekte Überblendung mit Realität)


2. Verwendete Technologien

Anzeigegeräte und Hilfsmittel:

Projektionswände, Virtual Table, CAVEs für 3D
-
Brillen

3D
-
Brillen (anaglyphisch, passive Brillen für lineare oder
zirkuläre Polarisation, aktive „Shutter“
-
Brillen, ...)

Autostereoskopische Projektionsgeräte (ohne Brillen)

HMDs (mit CRT oder LCD, mit video see
-
through oder
optical see
-
through)

Retina
-
Displays (Informationen direkt auf die Netzhaut)

...

Anzeigegeräte und Hilfsmittel (Beispiele):

Verschiedene Bauformen von Head Mounted Displays:

Unterschied zwischen video und optical see
-
through:

Blick aus einem HMD
(optical see
-
through)

Blick aus einem HMD
(video see
-
through)

Projektionswänden für
passive Brillen (Prinzip):

Projektionswänden für
Shutter
-
Brillen (Prinzip):

Polarisation des Lichtes
(linear / zirkulär)

Beispiel für eine
Projektionswand:

Beispiele für eine
Shutterbrille

(Quellen: Firmen BARCO, FakeSpace, digital Image, weitere)

(Quellen: Firmen BARCO, FakeSpace, digital Image)

CAVE mit 6 Wänden

Prinzipieller Aufbau
einer CAVE
-
Architektur
(hier eine „DAVE“)

Retina Display
von
MicroVision

Tracking
-
Systeme (für Positionsbestimmung):

Klassifikation anhand der Anzahl der Freiheitsgrade (DOF
-
degrees of freedom), der Aktualisierung (in Hz), der
Genauigkeit (abhängig von der Entfernung und Technologie)
und der Art der verwendeten Technologie (nächste Seite)

Bestehen aus einem
oder mehreren Sendern,
einem oder mehreren
Empfängern und einer
Verarbeitungsanlage:


Arten von Tracking
-
Systemen:

Mechanisches Tracking (Fa. FakeSpace)

Magnetisches Tracking (Polhemus, Ascension Technologies)

Optisches Tracking (mittels Markern und Kameras)

Ultraschall (Fa. Science Accessoires)

Trägheitsnavigation (mit Gyroskop und Accelerometer)

GPS und differential corrected GPS (für Außen
-
Einsatz)

...

Mittel zur Interaktion:

Datenhandschuhe mit Tracking

Spezielle 3D
-
Mäuse u.ä.

Gestenerkennung

Spracherkennung

weitere ...

„CyberGrasp“ von

Virtual Technologies

„Cubic Mouse“

Haptische Interfaces und Force Feedback:

„Dextrous Handmaster“
(Firma Exos)

Projekt „Feel
-
through“

(von Hiroo Iwata, Universität Tsukuba, Japan)

3. Ein Beispiel: das ARToolkit

Entstehung und Hintergrund:

Entwickelt am HITL (Human Interface Technology Laboratory,
University of Washington), in Zusammenarbeit mit anderen
Institutionen, im Rahmen des „Shared Space“ Projektes.

Hauptentwickler: Hirokazu Kato (Hiroshima City University),
Mark Billinghurst (HITL, University of Washington).

Das ARToolkit bietet einen modernen Ansatz, der Computer
Vision Techniken und AR Techniken kombiniert, um damit die
Programmierung von AR Applikationen zu ermöglichen.

Vorteile:

Funktioniert mit Standard
-
Hardware (WebCam und Monitor)
ebenso wie mit spezieller VR Hardware (muss von Microsoft
Vision SDK bzw. Vision 4 Linux unterstützt werden). Verfügbar
für verschiedene Plattformen und Betriebssysteme.

Frei verfügbar als OpenSource, mit Dokumentation und
Beispiel
-
Programmen, sowie Applikationen zur Kalibrierung
von 3D
-
Hardware.

Nachteile:

Gebunden an optische Marker, die sichtbar sein müssen.

Prinzipielle Funktionsweise:

(die Programmierung wird ausführlich beschrieben in einem
Manual, das auf den Seiten des HITL zur Verfügung steht.)

Bilder (Einsatz von ARToolkit
-
Programmen):

und nun noch ein kleiner Film von folgender Internet
-
Seite:

http://mixedreality.nus.edu.sg/research
-
LIVE
-
videos.htm

4. Anwendungsfelder für VR & AR

-

Flugsimulatoren, Schiffssimulatoren (z.B. Warnemünde)

-

Medizin allgemein ("Röntgen
-
Blick", für OP / Ausbildung)

-

Psychotherapie (VR für "exposure therapy")

-

Schmerztherapie (VR für "patient distraction")

-

CSCW (VR oder mixed reality umgebung)

-

Telexistence / Telepresence (Roboter fernsteuern)

-

Visualisierung, Planung (Autobau, Architektur, Bautechnik)

-

3D
-
Präsentation, Werbung, Sponsoren
-
Suche

-

immersive Computerspiele / Unterhaltungsmedien

-

Militär (virtuelles Training, taktische Informationen)

VR in der Schmerztherapie und Psychotherapie:

CSCW (computer supported collaborative work)


Mögliche Vorteile durch AR:



virtuelle Objekte können diskutiert und ausgetauscht werden



reale Objekte können im MR Szenario einbezogen werden



natürliche Kommunikation (mit „cocktail
-
party“ Effekt)

Spiel „AiR AR hockey“ (kurz: AR² hockey)

ehem. Projekt des Mixed Reality Systems Laboratory (Japan)

5. Probleme und Gefahren

Technische Probleme:

Problem: Es wird eine große Rechenkapazität benötigt.
Früher wurden bevorzugt Silicon Graphics Interface
Workstations eingesetzt (z.B. die berühmte „Onyx“
-
Serie).
Gegenmittel: für Präsentationen: vorgerenderte Szenen,
Umgebung mit niedriger Komplexität (und Immersion) nutzen

Problem: Die Auflösung von HMDs ist relativ gering, die
Bildwiederholrate ebenfalls, das Sichtfeld ist eingeschränkt
es gibt Latenzzeiten. Gegenmittel: noch keine

Problem: Tracking
-
Systeme haben Beschränkungen für
Einsatz
-
Umgebung und Genauigkeit. Gegenmittel: neue
Algorithmen für Kalibrierung, Umgebung berücksichtigen

Physiologische Probleme:

Stereoskopisches Sehen muss einwandfrei funktionieren.
Kinder müssen erst Orientierung in der realen Welt lernen,
Patienten mit Augenkrankheiten sind ausgeschlossen von VE

„Simulator
-
Sickness“ durch Latenzzeit und Auflösung der
Displays, sowie andere irritierende Einflüsse auf das
menschliche Wahrnehmungssystem

Soziale Probleme und potentielle Gefahren:

Soziale Abgrenzung (Realitätsflucht, Kontaktarmut)

Realitätsverlust (geänderter Umgang mit realen Personen
und Objekten, eventuell Schizophrenie
-
ähnliche Störungen)

6. Quellenangabe und Einladung

Yuichi Ohta, Hideyuki Tamura: "Mixed Reality
-

Merging Real
and Virtual Worlds", Ohmsha / Springer, 1999.


Internet:

http://www.scipro.de/studium/vrar/latex2html/vr
-
ar.html

http://www.stereo3d.com

http://www.hitl.washington.edu

(von dort verlinkte Seiten wurden ebenfalls einbezogen)