Was ist Augmented Reality (AR) und wie funktioniert es?

Sie fragen sich, was eine Überlagerung und haptische Kommunikation ist? Was sind intelligente Brillen und Head Mounted Displays? Was sind Augmented Reality und Virtual Reality? Was ist mobile Datenverarbeitung? Was bedeuten all diese digitalen Trends? Werden Sie jemals aufholen?... Machen Sie sich keine Sorgen, atmen Sie durch, bleiben Sie ruhig und wir sind hier, um Ihnen zu helfen, die Dinge zu klären.

Sie haben also etwas über AR/VR/MR gehört und möchten gerne mehr wissen. Für die meisten Menschen ist es immer noch eine recht abstrakte und exotische Technologie, die oft als Science-Fiction aus Hollywood-Filmen wahrgenommen wird. Animieren Sie Hologramme, interaktive Displays und virtuelle 3D-Modelle. Tatsächlich existieren all diese Dinge bereits.

Eine reale, durch computergenerierte Objekte modifizierte Umgebung gibt es in vielen Bereichen, von der Luftfahrt bis hin zu Spielen, wir als Benutzer sind uns dessen nur nicht bewusst. Haben Sie in den letzten Jahren versucht, Pokemon einzufangen oder Möbel über die IKEA-App in Ihr Zimmer einzubauen? Das ist AR, und es hat weitreichendere Einsatzmöglichkeiten. Es befindet sich noch in der Entwicklung, und mehrere Ingenieure und Technologieunternehmen auf der ganzen Welt arbeiten daran, es zu verbessern. Lassen Sie uns in der Zwischenzeit herausfinden, was Augmented Reality ist, und beginnen wir mit dieser Vision von Magic Leap. Aufregend!

Was ist Augmented Reality?

Augmented Reality ist die Technologie, die unsere physische Welt erweitert und ihr Schichten digitaler Informationen hinzufügt. Im Gegensatz zur Virtuellen Realität (VR) wird bei AR nicht die gesamte künstliche Umgebung geschaffen, um die reale durch eine virtuelle zu ersetzen. AR erscheint in direkter Sicht auf eine bestehende Umgebung und fügt ihr Sounds, Videos und Grafiken hinzu. Ein Blick auf die physische reale Umgebung mit überlagerten computergenerierten Bildern, die die Wahrnehmung der Realität verändern, ist die AR.

Der Begriff selbst wurde bereits 1990 geprägt, und eine der ersten kommerziellen Verwendungen fand im Fernsehen und beim Militär statt. Mit dem Aufkommen des Internets und der Smartphones rollte AR seine zweite Welle aus und wird heute meist mit dem interaktiven Konzept in Verbindung gebracht. 3D-Modelle werden direkt auf physische Dinge projiziert oder in Echtzeit miteinander verschmolzen. Verschiedene Augmented-Reality-Anwendungen beeinflussen unsere Gewohnheiten, unser soziales Leben und die Unterhaltungsindustrie. AR-Apps verbinden in der Regel digitale Animationen mit einem speziellen "Marker" oder lokalisieren mit Hilfe von GPS in Telefonen den Standort. Die Augmentation erfolgt in Echtzeit und im Kontext der Umgebung, z.B. die Überlagerung von Spielständen mit einem Live-Feed von Sportveranstaltungen.

Es gibt heute 4 Arten von erweiterter Realität:

• markerlose AR
• markerbasierte AR
• projektionsbasierte AR
• Überlagerungsbasierte AR

Kurze Geschichte der AR

AR in den 1960er Jahren. 1968 schufen Ivan Sutherland und Bob Sproull ein erstes kopfgetragenes Display, sie nannten es The Sword of Damocles. Offensichtlich war es ein grobes Gerät, das primitive Computergrafiken darstellte.

AR in den 1970er Jahren. 1975 schuf Myron Krueger Videoplace - ein künstliches Realitätslabor. Der Wissenschaftler stellte sich die Interaktion mit digitalem Material durch menschliche Bewegungen vor. Dieses Konzept wurde später für bestimmte Projektoren, Videokameras und Bildschirmsilhouetten verwendet.

AR in den 1980er Jahren. 1980 entwickelte Steve Mann einen ersten tragbaren Computer namens EyeTap, der vor dem Auge getragen werden sollte. Er nahm die Szene auf, um sie später mit Effekten zu überlagern und alles einem Benutzer zu zeigen, der auch über Kopfbewegungen damit spielen konnte. 1987 entwickelten Douglas George und Robert Morris den Prototyp eines Heads-up-Displays (HUD). Es zeigte astronomische Daten über dem realen Himmel an. AR in den 1990er Jahren. Das Jahr 1990 war die Geburtsstunde des Begriffs "Augmented Reality". Er tauchte zum ersten Mal in den Arbeiten von Thomas Caudell und David Mizell - Forscher des Unternehmens Boeing - auf. 1992 schuf Louis Rosenberg von der US Air Force das AR-System mit dem Namen "Virtual Fixtures". Im Jahr 1999 testete eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Frank Delgado und Mike Abernathy eine neue Navigationssoftware, die aus einem Hubschraubervideo Landebahnen und Straßendaten generierte.

AR in den 2000er Jahren. Im Jahr 2000 entwickelte und veröffentlichte der japanische Wissenschaftler Hirokazu Kato ARToolKit - ein Open-Source-SDK. Später wurde es für die Arbeit mit Adobe angepasst. Im Jahr 2004 stellte Trimble Navigation ein am Helm befestigtes AR-System für den Außeneinsatz vor. 2008 erstellte Wikitude den AR-Reiseführer für mobile Android-Geräte.

AR heute. Im Jahr 2013 testete Google Beta das Google Glass - mit Internetverbindung über Bluetooth. Im Jahr 2015 präsentierte Microsoft zwei brandneue Technologien: Windows Holographic und HoloLens (eine AR-Brille mit vielen Sensoren zur Darstellung von HD-Hologrammen). 2016 brachte Niantic das Spiel Pokemon Go für mobile Geräte auf den Markt. Die App jagte die Spieleindustrie in die Luft und brachte in nur einer Woche 2 Millionen Dollar ein.

Wie funktioniert Augmented Reality

Was für viele von uns Augmented Reality ist, impliziert eine technische Seite, d.h. wie funktioniert AR? Für AR kann ein bestimmter Bereich von Daten (Bilder, Animationen, Videos, 3D-Modelle) verwendet werden, und die Menschen werden das Ergebnis sowohl in natürlichem als auch in synthetischem Licht sehen. Außerdem sind sich die Benutzer bewusst, dass sie sich in der realen Welt befinden, was durch das Computer-Sehen, anders als bei VR, gefördert wird.

AR kann auf verschiedenen Geräten angezeigt werden: Bildschirme, Brillen, Handheld-Geräte, Mobiltelefone, Head Mounted Displays. Dazu gehören Technologien wie S.L.A.M. (gleichzeitige Lokalisierung und Kartierung), Tiefenverfolgung (kurz: Sensordaten, die die Entfernung zu den Objekten berechnen) und die folgenden Komponenten:

• Kameras und Sensoren. Sammeln von Daten über Benutzerinteraktionen und Versenden zur Verarbeitung. Kameras auf Geräten scannen die Umgebung und mit diesen Informationen lokalisiert ein Gerät physische Objekte und generiert 3D-Modelle. Dabei kann es sich um Spezialkameras wie in Microsoft Hololens oder um gewöhnliche Smartphone-Kameras zur Aufnahme von Bildern/Videos handeln.
• Verarbeitung. AR-Geräte sollten sich schließlich wie kleine Computer verhalten, was moderne Smartphones bereits tun. In gleicher Weise benötigen sie eine CPU, eine GPU, Flash-Speicher, RAM, Bluetooth/WiFi, ein GPS usw., um Geschwindigkeit, Winkel, Richtung, Orientierung im Raum usw. messen zu können.
• Projektion. Damit ist ein Miniaturprojektor auf AR-Headsets gemeint, der Daten von Sensoren aufnimmt und digitale Inhalte (Ergebnis der Verarbeitung) auf eine zu betrachtende Oberfläche projiziert. Tatsächlich ist die Verwendung von Projektionen bei AR noch nicht vollständig erfunden worden, um sie in kommerziellen Produkten oder Dienstleistungen zu verwenden.
• Nachdenken. Einige AR-Geräte sind mit Spiegeln ausgestattet, die das menschliche Auge beim Betrachten virtueller Bilder unterstützen. Einige haben ein "Array von kleinen gekrümmten Spiegeln" und einige haben einen doppelseitigen Spiegel, um das Licht zu einer Kamera und zum Auge des Benutzers zu reflektieren. Das Ziel solcher Reflexionswege ist es, eine korrekte Bildausrichtung durchzuführen.

Arten der Erweiterten Realität

1. Marker-basierte AR. Einige nennen sie auch Bilderkennung, da sie ein spezielles visuelles Objekt und eine Kamera erfordert, um es abzutasten. Es kann alles sein, von einem gedruckten QR-Code bis hin zu speziellen Zeichen. Das AR-Gerät berechnet in einigen Fällen auch die Position und Ausrichtung eines Markers, um den Inhalt zu positionieren. So löst ein Marker digitale Animationen aus, die von den Benutzern betrachtet werden können, und so können Bilder in einer Zeitschrift zu 3D-Modellen werden.
2. Markerlose AR. A.k.a. location-based oder position-based Augmented Reality, die ein GPS, einen Kompass, ein Gyroskop und einen Beschleunigungsmesser verwendet, um Daten basierend auf dem Standort des Benutzers zu liefern. Diese Daten bestimmen dann, welche AR-Inhalte Sie in einem bestimmten Gebiet finden oder erhalten. Mit der Verfügbarkeit von Smartphones produziert diese Art von AR typischerweise Karten und Wegbeschreibungen sowie Informationen über nahegelegene Unternehmen. Zu den Anwendungen gehören Veranstaltungen und Informationen, Geschäftsanzeigen-Pop-ups, Navigationsunterstützung.
3. Projektionsbasierte AR. Projizieren von synthetischem Licht auf physikalische Oberflächen, und in einigen Fällen erlaubt es, mit diesen zu interagieren. Das sind die Hologramme, die wir alle in Sci-Fi-Filmen wie Star Wars gesehen haben. Es erkennt die Interaktion des Benutzers mit einer Projektion an deren Veränderungen.
4. Überlagerungsbasierte AR. Ersetzt die ursprüngliche Ansicht ganz oder teilweise durch eine vergrößerte Ansicht. Die Objekterkennung spielt eine Schlüsselrolle, ohne sie ist das gesamte Konzept schlicht unmöglich. Wir alle kennen das Beispiel der überlagerten Augmented Reality in der IKEA Catalog App, mit der Benutzer virtuelle Objekte ihres Möbelkatalogs in ihren Räumen platzieren können.

Augmented-Reality-Geräte

Viele moderne Geräte unterstützen bereits Augmented Reality. Von Smartphones und Tablets bis hin zu Gadgets wie Google Glass oder Handheld-Geräten, und diese Technologien entwickeln sich ständig weiter. Für die Verarbeitung und Projektion haben AR-Geräte und Hardware in erster Linie Anforderungen wie Sensoren, Kameras, Beschleunigungsmesser, Gyroskop, digitaler Kompass, GPS, CPU, Displays und Dinge, die wir bereits erwähnt haben.

Geräte, die sich für Augmented Reality eignen, fallen in die folgenden Kategorien:

• Mobile Geräte (Smartphones und Tablets) - die am meisten verfügbaren und am besten für mobile AR-Anwendungen geeigneten Geräte, die von reinem Gaming und Unterhaltung bis hin zu Geschäftsanalysen, Sport und sozialen Netzwerken reichen.
• Spezielle AR-Geräte, die in erster Linie und ausschließlich für Augmented-Reality-Erlebnisse entwickelt wurden. Ein Beispiel sind Head-up-Displays (HUD), die Daten an ein transparentes Display direkt in die Sicht des Benutzers senden. Ursprünglich eingeführt, um militärische Kampfpiloten auszubilden, werden solche Geräte heute in der Luftfahrt, der Automobilindustrie, der Fertigung, im Sport usw. eingesetzt.
• AR-Brillen (oder intelligente Brillen) - Google-Brille, Meta-2-Brille, Laster See-Thru, Laforge AR-Brille usw. Diese Einheiten sind in der Lage, Benachrichtigungen von Ihrem Smartphone anzuzeigen, Fließbandarbeiter zu unterstützen, freihändig auf Inhalte zuzugreifen usw.
• AR-Kontaktlinsen (oder Smart-Linsen), die die Augmented Reality noch einen Schritt weiter bringen. Hersteller wie Samsung und Sony haben die Entwicklung von AR-Linsen angekündigt. Entsprechend arbeitet Samsung an Linsen als Zubehör für Smartphones, während Sony Linsen als separate AR-Geräte (mit Funktionen wie Fotografieren oder Speichern von Daten) entwickelt.
• Virtuelle Netzhautdarstellungen (VRD), bei denen Bilder durch Projektion von Laserlicht in das menschliche Auge erzeugt werden. Solche Systeme, die auf helle, kontrastreiche und hochauflösende Bilder abzielen, müssen für einen praktischen Einsatz noch entwickelt werden.

Mögliche Anwendungen von AR

Die erweiterte Realität kann unsere alltäglichen Aktivitäten auf verschiedene Weise ergänzen. Eine der beliebtesten Anwendungen von AR ist zum Beispiel das Spielen. Neue AR-Spiele bieten den Spielern viel bessere Erfahrungen, einige fördern sogar eine aktivere, kontaktfreudigere Lebensweise (PokemonGo, Ingress). Spielplätze werden von virtuellen Sphären in das reale Leben verlegt, und die Spieler führen tatsächlich bestimmte Aktivitäten aus. Zum Beispiel eine einfache Gymnastikaktivität für Kinder von der kanadischen Firma SAGA, bei der man Würfel knacken kann, indem man sich auf einer Wand bewegt, auf die die Kinder mit einem Ball schlagen.

AR im Einzelhandel kann dazu beitragen, das Engagement und die Bindung von Kunden zu verbessern, das Markenbewusstsein zu steigern und den Absatz zu erhöhen. Einige Funktionen können Kunden auch dabei helfen, klügere Käufe zu tätigen - die Bereitstellung von Produktdaten mit 3D-Modellen beliebiger Größe und Farbe. Auch Immobilien können von Augmented Reality durch 3D-Rundgänge durch Wohnungen und Häuser profitieren, die auch manipuliert werden können, um einige Teile zu ändern.

Weitere potenzielle Bereiche für AR sind

• Bildung: interaktive Modelle für Lern- und Ausbildungszwecke, von Mathematik bis Chemie.
• Medizin/Gesundheitsfürsorge: zur Hilfe bei der Diagnose, Überwachung, Schulung, Lokalisierung usw.
• Militär: für fortgeschrittene Navigation, Markierung von Objekten in Echtzeit.
• Kunst / Installationen / Bildende Kunst / Musik.
• Tourismus: Daten zu Reisezielen, Besichtigungsobjekten, Navigation und Wegbeschreibungen.
• Broadcasting: Verbesserung von Live-Veranstaltungen und Event-Streaming durch Überlagerung von Inhalten.
• Industriedesign: zum Visualisieren, Berechnen oder Modellieren.