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 GefahrenTechnische 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)