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AUGMENTED REALITY

Introduction to AR
by

Philipp Kratzer

on 31 December 2013

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Transcript of AUGMENTED REALITY

Augmented Reality
sehen
riechen
hören
schmecken
fühlen
Die Realität ist
KOMPLEX!

Kunsch K & Kunsch St. 2009, S.169
Lösung:
"Intelligence Amplification" (durch AR)
Kunsch K & Kunsch St. 2009, S.169
"to augment" -> erweitern
Die Realität wird mit digitalen Elementen "erweitert"
Die erweiterte Realität
AR-Marker
adidas "AR sneakers"
Webcam
Beispiel
adidas "Originals"
"AR-Experience"
adidas "Originals" - 3D Neighbourhood
Warum AR ?
Täglich sind ca.
30 Milliarden Nervenzellen
ununterbrochen dabei, die schier unendlichen Flut an Informationen und Sinnenswahrnehmungen unserer Realität zu erfassen und zu verarbeiten.
"[...] using the computer as a tool to make a task easier for a human to perform."

Die Realität
wird
einfacher
informativer
interessanter
unterhaltsamer
"füge Wort deiner Wahl ein"
(im Idealfall)
(Brooks, 1996)
besonders komplex! ;)
1975
1992
1998-2000
1996-1997
1968
1962
1975: Videoplace
Myron Krueger

AR-Pionier, interaktive Kunst/VR)

Erste Objekt-Interaktion


1992: Boeing AR-Forschung
Computer Services Adaptive Neural Systems Research and Development Project -> (what a name!)

Tom Caudell & David Mizell definieren den Begriff "Augmented Reality"

Engineering Application - Überlagerung von Positionsmarkierungen für Kabel im Flugzeugbau
-> Einbauhilfe
1996/97: NaviCam & AR-Definition
1996: Jun Rekimoto entwirft den AR Prototypen "NaviCam" welcher erstmalig 2D-Matrix-Marker einsetzt.

1997: Ronald Azuma, einer, wenn nicht der ambitionierteste AR Forscher, definiert AR mit folgenden 3 Charakteristika:

AR kombiniert virtuelles mit realem
AR ist interaktiv und in Echtzeit
AR wird in 3D wahrgenommen
1998-2000: "AR-Take-Off!"
1998: Total Immersion wird gegründet
1999: Metaio wird gegründet

1999: Hirokazu Kato entwickelt ARToolKit (open source)

2000: AR-Quake, first person AR-Action Game

2000: Simon Julier et al. entwickeln "BARS" - Battlefield
AR-System für militärische Zwecke


1962: Sensorama
Morton Heilig (Cinematographer)

Interaktiver Motorrad-Simulator

frühstes Beispiel für immersive, Multisensor-Technologie mit Darstellung, Sound, Vibration und Geruch(!)
1968: The Sword of Damocles
Ivan Sutherland kreiert das erste AR-System

Optical See-Through HMD

führstes Beispile für 6DOF Tracking
Begriffserklärung
Virtuelle Umgebung
Augmented Reality (AR)
Augmented Virtuality (AV)
Vorherrschend: Realität
Realität wird durch digitale Inhalte erweitert
Beispiel: adidas "Originals" - 3D Neighbourhood
Vorherrschend: Virtualität
Virtualität wird durch reale Inhalte erweitert
Beispiel: Realer Gegenstand (z.B Kleidung die man trägt) in einem StarTrek Holodeck
Reale Umgebung
Überbegriff für alle Formen der Darstellung in welcher reale und virtuelle Elemente zu einer neuen Form von Realität "vermischt" werden. Darunter fällt AR und VR. (vgl. Milgram & Kishino 1994, S.2)
[...] the participant-observer is totally immersed in a completely synthetic world, which may or may not mimic the properties of a real-world environment, either existing or fictoinal, but which may also exceed the bounds of physical reality by creating a world in which the physical laws governing gravity, time and material properties no longer hold. (Milgram & Kishino, 1994, S.2)
[...] a strictly real-world environment clearly must be constrained by the laws of physics (Milgram & Kishino 1994, S.2)
Reale Objekte:
jegliches Objekt, das tatsächlich existiert.
Definition -> Real? Virtuell? AR? VR? MR?
REALITY-VIRTUALITY-CONTINUUM
Virtuelle Objekte:
Objekte, die zwar in Wesen und Effekt, aber nicht wirklich existieren.
Mixed Reality
Geschichtlicher Überblick:
"the early days"

Anwendungsgebiete
1968 - 2014, vgl. Kipper & Rampolla, 2012
AR ist die Erweiterung der Realität mit digitalen Elementen.

Die Realität nimmt hierbei die vorherrschende Rolle ein.

AR wird in 3D wahrgenommen, ist interaktiv und in Echtzeit.
{
Kein AR:
ein bearbeites Foto, Visual Effects (Film/TV)

}
(vgl. Bimber & Raskar 2005, S.2; Ronald T. Azuma 1997, S.2, Cawood & Fiala 2007, S1 und Kipper&Rampolla 2012, S.4 )
Definition AR
Rein optische Erweiterung der Realität (Video, Bilder, 3D) ->
Visual AR
}
Heute AR-Marktführer
2006
2008
now
2009
2004
2001
2006: Nokia - "MARA"
"Mobile Augmented Reality Applications" Projekt

Experiente für AR-Navigation

Verwendete Multi-Sensor-Funktionen eines Mobil-Telefons
(GPS, Gyro, Bewegungssensor, etc.)

Nokia schrieb noch schwarze Zahlen....


2008: Wikitude
Von "Mobilizy" entwickelter "World-Browser"

Kombiniert GPS und Kompass-Daten mit Wikipedia-Einträgen

Übelagert diese Informationen mit der Echtzeit-Kameraansicht eines SmartPhones.
2009: LayAR & Junaio
SPRXmobile entwickelt "LayAR"


Meatio entwickelt "Junaio"


Mobile AR gewinnt immer stärker an Bedeutung und wird zur treibenden Kraft im AR-Sektor.
2001: Multi-User AR, "Archeoguide",
und "RWWB"
Reitmayr & Schmalstieg entwickeln ein mobiles, multi-user AR-System.

Vlahakis et al. entwickelt "Archeoguide" ein Tourist/Education AR-System f. d historischen Bauten von Olympia/Griechenland

The Real-Wide-Web-Browser (RWWB)
Erster, mobiler AR-Browser von Kooper und MacIntyre
2004: Mobile AR
Mathias Möhring (Entwickler)

Erstes System f. 3D-Marker Tracking auf einem Mobiltelefon

Erstes "Video See-Through System" für ein Consumer Mobiltelefon

Überlagerung von 3D-Content über einen Live Video Stream (Mobiltelefon-Kamera)
Geschichtlicher Überblick:
a new "mobile-millenium"

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User

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- - - - - - -

Application

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Authoring / SDKs
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Aus den App-Stores (iOS/Google)
AR-Browsers
Viele "white-labled" Apps
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Presentation

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Interactive Devices
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Tracking / Registration
- - -
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Display Technology
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Rendering
- - - - - - - -
4. Layer
3. Layer
2. Layer
1. Layer
und viele proprietäre Engines
Alle Daten laufen zusammen u. werden präsentiert
Aufbau eines AR-Systems
AR-System
Die einzelnen Komponenten/Layer im Detail
Data Gloves
Tastatur, Maus
Depth Camera (Kinect)
Haptische Geräte
Sphero Bot
Game Controller
Metaio SDK/Creator
Metaio
D'Fusion
Total Immersion
Wikitude

SDK
Wikitude GmbH
ARToolKit
ARToolworks Inc.
Vuforia
Qualcomm
Sphero AR SDK
Orbotix Inc.
...und viele viele viele(!) mehr
SDK-Vergleich:
http://socialcompare.com/en/comparison/augmented-reality-sdks
retina display
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head mounted display
HEAD ATTACHED
hand-held display
spatial display
hand-held projector
projector
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HAND HELD
SPATIAL
real object
AR-Displays
head mounted projector
Räumlicher Vergleich
Retina Display
Das Bild wird von einem head-mounted-Projektor (Laser, LEDs) direkt auf die Netzhaut projiziert.
Contact Lense
8x8 Pixel LCD Display in Form einer Kontaktlinse
Hier im Auge einer Maus.
Head Mounted
Projector
Ein am Kopf befestigter mini-Projektor projiziert Bilder in die reale Umgebung (optical-see-through)
Video See Through
Hierbei blickt man "durch einen Bildschirm" auf dem reale und virtuelle Elemente gemischt dargestellt werden. Eine Kamera liefert den dafür nötigen live-Stream der Umgebung.
Tablet / Smartphone
Head Mounted VST Display
Optical See Through
Die virtuellen Elemente des AR-Systems werden mittels Spiegel (= Strahlteiler, halbversilberter Spiegel bzw. transparente OLED-Displays) optisch direkt in das Sichtfeld des Users eingespiegelt.
Head Mounted OST Display
Vuzix - WRAP 1200DXAR
Vuzix - STAR 1200XLD
Google Glass
Spatial Displays
VST- oder OST-Systeme, welche nicht am Körper des Users angebracht sind, sondern stattdessen räumlich in der Umgebung platziert werden.
Spatial OST Monitor
2Pac - Hologramm
Spatial Projection
Bei diesem Verfahren werden Bilder direkt auf reale Objekte projiziert. Im aktuellen Beispiel wird eine Textur auf ein sonst weißes Modell projiziert. Das System wird oft auch Shaderlamp genannt.
Original Objekt
"Texture-Projection"
Feature-Tracking (SLAM)
markerless Object-Tracking

Inertial (Smart Phone)
Gyroskop, Accelerometer
Mechanisch
Industr. Messarm
OPTISCHE VERFAHREN
Magnetisch (Direct Field)
Magnetfeldänderungen
Akustisch (Time of Flight)
Ultraschall-Messung, GPS
Pixel-Flow
Bewegungsvektoren v. Pixeln
Parasitär (WLAN, BT)
Triangulation
Infrarot
Infrarot-Sensoren / Kameras
Marker-Tracking
Matrix-Marker oder Bilder
ALTERNATIVE VERFAHREN
Geschichtlicher Überblick
einige, aber bei weitem nicht alle Beispiele
GAMES
PS4 - The Playroom
MEDICAL
Scopis - AR Endoscope
Path Guidance
Surgical Navigation
BILDUNG
pdxstudio - AR Chemistry
NAVIGATION
Mercedes Benz - IVI
AUTOMOTIVE
AUDI - eKurzinfo App
WERBUNG
LEGO - Digital Box
MILITÄR
DARPA - AR Glasses
US
D
efense
A
dvanced
R
esearch
P
rojects
A
gency
INDUSTRIAL
KUKA - Industrial AR
??????
Dein Beispiel?
QUELLEN

Automotive
Audi eKurzinfo
www.youtube.com/watch?v=TDTWOlbWBXI

Industrial
KUKA - Industrial AR
www.youtube.com/watch?v=ltHFtNyObsc

Bildung
AR Chemistry
www.youtube.com/watch?v=IpNrWKQFq6Q

Military
Vuzix AR Glasses
www.youtube.com/watch?v=TnbAM_hhue4

Navigation
Mercedes Benz IVI
www.youtube.com/watch?v=BjbchLqi1W0

Medical
Scopis - Endoscope Augmentation
www.youtube.com/watch?v=i4emmCcBb4s
www.youtube.com/watch?v=PKdFqUgm86k

Werbung
Lego Digital Box
www.youtube.com/watch?v=5PlKMS4xN-k

Games
PS4 The Playroom
www.youtube.com/watch?v=vv5uI2vlXE8
AR - Beispiele
Philipp Kratzer
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