Erweiterte Realität für mobile Zusammenarbeit

Forschungsprojekt P 14470 Erweiterte Realität für mobile ZusammenarbeitDieter SCHMALSTIEG26.06.2000 Aufbauend auf die erfolgreiche Zusammenarbeit am Vorgängerprojekt "Studierstube", das sich mit der Anwendung von erweiterter Realität (Augmented Reality, AR) zur Unterstützung von Zusammenarbeit beschäftigt, zielt das vorliegende Projekt auf mobile AR ab. Eine tragbare AR-Ausrüstung bestehend aus tragbarem 3D-Computer, Funknetzwerk, 3D-Brille und 3DEingabegerdten ermöglicht eine neue tragbare kollaborative Benutzerschnittstelle. Die AR-Ausrüstung gestattet nicht nur Interaktion mit ortsunabhängigen und ortsbezogenen 3D-Daten, sondern auch mit anderen AR-Benutzern. Das System kann dazu automatisch an bestehende ortsgebundene AR-Systeme "andocken", aber auch mit anderen mobilen AR-Benutzern in unmittelbarer Nähe automatische Verbindungen aufbauen. Mehrere AR-Benutzer können dann gemeinsam mit den 3D-Objekten arbeiten, die von den Benutzern in das "AR-Meeting" mitgebracht wurden. Diese Eigenschaft unterscheidet das vorgeschlagene System von herkömmlichen Ansätzen. Zur Messung von Position und Orientierung (Tracking) der Benutzer und ihrer Eingabegeräte werden neuartige hybride Tracking-Verfahren basierend auf einer Kombination von Bildverarbeitung, Trägheitssensoren und GPS eingesetzt. Die hybride Methode liefert "qualitative" Ergebnisse, deren erzielte Genauigkeit von der Situation abhängt und die daher im Gegensatz zu. herkömmlichen Tracking viel effizienter arbeitet. Dieser Ansatz macht Tracking für mobile Echtzeitanwendungen tauglich. Projektziel ist die Konstruktion vom je zwei identischen, voll einsatzfähigen AR-Ausrüstungen für die Wiener und Grazer Projektgruppen. Mit diesen Ausrüstungen sollen drei Demonstrationen erstellt werden: Ein Konferenz- System mit mobilen AR-Benutzem, ein AR-Gebäudeinformationssystem und ein System zur Unterstützung von kollaborativer Raumplanung durch zwei Architekten im freien Gelände. Diese Anwendungen werden die entwickelten Vorzüge von mobiler AR überzeugend demonstrieren.

Dieses Projekt verbindet das Konzept der Erweiterten Realität mit Anwendungen für mobile Computer und Unterstützung von Teamwork durch den Computer. Die Erweiterte Realität (oder Augmented Reality - AR) ist eine Benutzerschnittstelle, welche die Presentation von abstrakter Information mit der Wirklichkeit verbindet. Z.B. wird eine halbdurchsichtige Brille verwendet um ein Computerbild mit dem Bild der Wirklichkeit zu mischen und somit Information über die Wahrnehmung der realen Welt einzublenden. Mobile computer ermöglichen einen Zugang zu Information unabhängig von Ort und Zeit. Ein AR-Interface erlaubt dazu ein natürlichen Umgang mit dieser Information, da sie abhängig von Ort und Blickrichtung dargestellt werden kann. Computer unterstützte Teamarbeit wird durch die direkte Kommunikation zwischen Teilnehmern gefördert, da sie sich direkt wahrnehmen können. Beispielanwendungen sind Navigationshilfen für Gebäude oder Städte. Dabei wird einPfad zu dem ausgewählten Ziel im Blickfeld des Benutzers eingeblendet. Diese Art der Darstellung vermeidet Mißverständnisse, die z.B. beim Kartenlesen auftreten können. Für den Stadtbereich wurde eine Touristenanwendung implementiert, die es mehreren Benutzern erlaubt Informationen über Gebäudeteile und Sehenswürdigkeiten abzurufen. Weiters können auch Informationsmarker an Gebäuden hinterlassen werden. Diese Informationen werden direkt an der interessanten Stelle eingeblendet und stellen dadurch eine direkte Verbindung zwischen dem Ort und der Information her. Solche Applikation stellen eine Reihe von Problemen. An der TU Wien wurde ein Software Framework entwickelt, das die notwendige Verteilung von Daten zwischen den Systemen mehrerer Benutzter ermöglicht und verwaltet. Weiters erfordern mobile Anwendungen umfangreiche Modelle der Umgebung um alle interessanten Plätze abzudecken. Zur Verwaltung dieser Modelle wurde eine allgemeine Weltbeschreibungssprache entwickelt, aus der detailierte Daten für einzelne Anwendungen erzeugt werden. Dadurch können die Erstellung und Verwaltung dieser Daten vereinheitlich und erleichtert werden. Ein zweiter Problembereich beschäftigt sich mit der Lokalisierung des Benutzers im seiner Umgebung. Die korrekte Presentation der Information erfordert die genaue Bestimmung der Position und Lage des Kopfes des Benutzers. An der TU Graz wurde dazu eine neuartige Kombination von bildbasierten Methoden und Trägheitssensoren entwickelt, welche die Genauigkeit und Messrate entscheidend verbesserte im Vergleich zu herkömmlichen Systemen. Herkömmliche bildbasierte Techniken verwenden auch künstliche Markierungen um die Erkennung der Umgebung zu vereinfachen. Im Gegensatz dazu verwendet das entwickelte System interessante Punkte, die in der Umgebung selbständig gefunden werden. Daher kann es ohne aufwendige Vorbereitung und Veränderung der Umgebung arbeiten.