Augmented Reality, oder kurz AR, erhält immer stärkeren Einzug in unseren Alltag. Während frühere Erfindungen wie die Dampfmaschine, das Flugzeug oder das Telefon noch Jahrzehnte brauchten, ist der technische Fortschritt heutzutage wesentlich schneller möglich.
Neue Technologien wie beispielsweise Quantencomputer, künstliche Intelligenz oder das Internet-of-Things sind wesentliche Treiber. Auch Augmented Reality ist eine Technologie, die in diesem Zusammenhang sehr oft genannt wird. Doch was ist Augmented Reality (AR)? Wie funktioniert AR? Und welche Unterschiede gibt es zu Virtual Reality (VR)? All das wollen wir in diesem Artikel genauer betrachten.
Was ist Augmented Reality? Eine einfache Erklärung
Der Begriff Augmented Reality stammt aus dem Englischen und lässt sich mit „erweiterte Realität“ übersetzen. Dabei wird mit Hilfe entsprechender Technik die reale Welt um virtuelle Objekte erweitert. Ein Beispiel ist das Einblenden von Zusatzinformationen bei Sportereignissen wie eine Abseitslinie im Fußball. Oder aber auch ein Head-Up-Display in einem Auto. Mit Hilfe von computergestützten Methoden kann die Realität erweitert werden.
Während das Beispiel mit der Abseitslinie meist auf eine Wiederholung beschränkt ist, kann und wird Augmented Reality in Echtzeit eingesetzt. Das ist im folgenden Video gut zu erkennen. In den meisten Anwendungsformen ist AR auf die visuelle Wahrnehmung beschränkt. Jedoch ist es durchaus möglich, weitere menschliche Sinne anzusprechen.
Zusammengefasst kann mit Augmented Reality die reale Welt mit virtuellen Objekten in Echtzeit ergänzt werden. Doch wie wird AR umgesetzt?
Wie kann Augmented Reality umgesetzt werden?
Um die reale Welt erweitern zu können, ist entsprechende Soft- und Hardware nötig. Welche verschiedenen Möglichkeiten es dafür gibt, wollen wir uns im Folgenden kurz ansehen.
AR-Browser
AR-Browser sind bestehende Plattformen von Drittanbietern, die ein einfaches Erstellen und Platzieren von visuellen Objekten ermöglichen. Sie lassen sich zumeist über mobile Endgeräte wie Smartphones oder Tablets nutzen. Es werden meist die Betriebssysteme iOS und Android unterstützt. Beispiele hierfür sind Wikitude oder layar.
AR-App
Eine weit verbreitete Möglichkeit für Augmented Reality sind AR-Apps. Dazu werden Kamera und weitere Sensoren verwendet, um visuelle Objekte in Echtzeit in der realen Welt zu platzieren. Zu den bekanntesten Entwicklungsplattformen zählen
Als Beispiel hierfür gilt die IKEA Place App. Damit ist es möglich, Produkte aus dem IKEA Sortiment virtuell in den eigenen vier Wänden zu platzieren. Die App baut auf dem ARKit von Apple auf.
AR-Brille
AR-Brillen orientieren sich am Design normaler Brillen, um möglichst unauffällig zu wirken. Allerdings sind lediglich Grundfunktionen des Augmented Reality möglich. Es lassen sich Objekte und nützliche Informationen in der realen Welt einblenden. Allerdings wird die Umgebung nur wenig berücksichtigt. Bekannte AR-Brillen sind:
AR-Headset
Im Gegensatz zu einer AR-Brille sind AR-Headsets mit wesentlich mehr Technik ausgestattet. Dementsprechend unterscheiden sich beide Formen deutlich in der äußeren Form. Durch räumliches Tracking und weitere Sensoren wird die Umgebung berücksichtigt. Das ermöglicht ein deutlich präziseres und realistischeres Platzieren von Objekten. Bekannte Vertreter solcher AR-Headsets sind
Wie funktioniert Augmented Reality?
Für eine vereinfachte Übersicht lässt sich die Funktionsweise von Augmented Reality anhand von 4 Schritten darstellen. Diese Schritte werden in Echtzeit ausgeführt, wodurch eine leistungsfähige Hardware benötigt wird. Werfen wir gleich einen Blick auf den ersten Schritt.
1. Reale Umgebung erfassen
Um die reale Welt mit visuellen Objekten erweitern zu können, ist es im ersten Schritt notwendig, die reale Umgebung zu erfassen. Dieser Schritt ist die Grundvoraussetzung für Augmented Reality. Bei dem Großteil aller AR-Anwendungen erfolgt dies durch ein Kamerabild, welches über eine kalibrierte Kamera aufgezeichnet wird.
2. Lage, Position und Orientierung erkennen
Nachdem die reale Umgebung erfasst wurde, ist der nächste Schritt die genaue Bestimmung der Soll-Position des virtuellen Objektes und der räumliche Bezug des Betrachters zu diesem Objekt. Um die Koordinatensysteme beider Welten zu überlagern, muss das Blickfeld des Betrachters kontinuierlich bestimmt werden. Dafür gibt es verschiedene Trackingmethoden, welche die Lage, Position und Orientierung des Betrachters analysieren und auswerten.
Für das Tracking dieser Daten gibt es unterschiedliche Methoden:
- Akustisches Tracking
- Mechanisches Tracking
- Elektromagnetisches Tracking
- Optisches Tracking
- GPS Tracking
- Inertial Tracking
Abhängig von der jeweiligen AR-Anwendung sind die einzelnen Trackingverfahren besser oder schlechter geeignet. Das Tracking spielt jedoch eine entscheidende Rolle. Nur ein genaues Tracking erlaubt eine präzise und passgenaue Platzierung von virtuellen Objekten.
3. Virtuelle Objekte einbetten
In den vorherigen Schritten wurde die reale Umgebung erfasst und die Lage, Position und Orientierung des Betrachters analysiert und ausgewertet. In diesem Schritt wird nun das virtuelle Objekt in das zu erzeugende Bild eingebettet. Wichtig dabei ist, dass das Koordinatensystem aus der realen und der digitalen Welt übereinstimmt. Nur so wird eine präzise Platzierung der virtuellen Objekte sichergestellt.
Anschließend erfolgt die Überlagerung der realen Welt mit dem virtuellen Objekt. Das neu erzeugte Bild, welches im Anschluss ausgegeben werden soll, wird nun gerendert.
4. Ausgabe der erweiterten Realität
Nachdem das neue Bild gerendert wurde, erfolgt die Ausgabe auf dem AR-Gerät. Das kann ein Smartphone, ein Tablet, eine AR-Brille oder auch ein AR-Headset sein. Der Betrachter hat die Möglichkeit das virtuelle Objekt in der realen Umgebung zu betrachten.
Virtual Reality (VR) vs. Augmented Reality (AR) vs. Mixed Reality (MR)
Darstellung Virtualitätskontinuum AR, VR, MR
Unter Virtual Reality (VR) versteht man eine von Hard- und Software erzeugte, künstliche Realität. Um diese Realität wahrnehmen und damit interagieren zu können, ist in aller Regel eine VR-Brille nötig. Mit Hilfe dieser Brille kann der Nutzer vollständig in die digitale Welt eintauchen. Dies wird, wie oben bereits erwähnt, als Immersion bezeichnet. Die menschlichen Sinne werden dabei soweit manipuliert, dass sich der Nutzer in der digitalen Welt vollständig einfindet. Wie im Virtualitätskontinuum im oberen Bild zu erkennen, befindet sich VR sehr nah an der digitalen Welt.
Von Augmented Reality (AR) oder erweiterter Realität spricht man, wenn die reale Welt um virtuelle Objekte erweitert wird. Im Gegensatz zu VR nimmt der Nutzer weiterhin die reale Welt wahr, die mit digitalen Objekten ergänzt wird. Ein Beispiel dafür ist die IKEA Place App. Mit dieser App lässt sich die Umgebung mit Hilfe des Smartphones oder Tablets durch beliebige Produkte aus dem IKEA Sortiment ergänzen. Daher liegt AR im Virtualitätskontinuum sehr nah an der realen Welt.
Mixed Reality (MR) hingegen spiegelt das komplette Spektrum zwischen AR und VR wieder. MR bildet die Übergänge zwischen der erweiterten Realität und einem vollständig immersiven Erlebnis. Dies ist dann der Fall, wenn beispielsweise ein Hologramm in der realen Welt erzeugt wird. Ein solches Hologramm ist auch im folgenden Video mit der Vorstellung von Microsoft Mesh zu erkennen.
Zum Abschluss des Artikels möchten wir dir noch einige konkrete Anwendungsbeispiele von Augmented Reality darstellen.
Konkrete Anwendungsbeispiele im Überblick
AR-Anwendungen erhalten immer stärkeren Einzug in unseren Alltag. Viele Bereiche und Branchen profitieren enorm stark davon, da sich die Kosten meist deutlich senken lassen. Für einen kleinen Überblick hier einige konkrete Anwendungsbeispiele:
- Produktentwicklung: Einer der Bereiche, in dem AR immer stärkere Anwendung findet, ist die Produktentwicklung. Gerade in diesem Bereich, in dem Kosten eine entscheidende Rolle spielen, kann AR ein Gamechanger sein. So könnte ein früher Prototyp in der realen Welt visualisiert, analysiert und optimiert werden.
- Instandhaltung & Wartung: Durch die Verwendung von AR kann die Instandhaltung von Anlagen und Maschinen deutlich vereinfacht werden. Das Wartungspersonal erhält die nötigen Schritte und Hinweise eingeblendet, die sich nach erfolgreichem Abschluss bestätigen lassen.
- Bildung & E-Learning: Durch AR ergeben sich völlig neue Möglichkeiten in der Bildung. Sowohl im Bildungsunterricht, als auch bei Schulungen in Unternehmen. Durch die praxisnahe Durchführung können Lerninhalte besser aufgenommen werden.
- Tourismus: Im Tourismusbereich lassen sich zum Beispiel bei der Besichtigung von Sehenswürdigkeiten wichtige Informationen einblenden. Auch eine einfache Navigation durch große Metropolen ist durch verschiedene Hinweise und Wegmarkierungen möglich.
- Medizin: In der Medizin können komplizierte, chirurgische Eingriffe unterstützt werden. Hier lassen sich in Echtzeit visuelle Hilfestellungen einblenden.
Fazit
Die Technologie Augmented Reality bringt viele Möglichkeiten und Vorteile mit sich. Viele dieser Vorteile sind bereits heute in unseren Alltag integriert. Doch das Potential von AR ist längst nicht ausgeschöpft. Die Technologie wird weiter verbessert, sodass sie in den nächsten Jahren viele Branchen revolutionieren wird.
Quelle Titelbild: khoamartin/Shutterstock.com
