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Zukunftsvision: Augmented Reality

20.09.2012 | 10:30 Uhr |

Ein bemerkenswerter Techniktrend ist seit zwei Jahren die Anwendung von „Augmented Reality“. Der Begriff bezeichnet die erweiterte und veränderte Wahrnehmung der Realität mit technischen Hilfsmitteln: Wie eine zusätzliche Schicht legt sich "Augmented Reality" über die Wirklichkeit und versorgt die menschlichen Sinne in Echtzeit mit Informationen zum Objekt oder zur Umgebung. Es entsteht eine Mischung aus realer Welt und virtueller Realität, die auch computergenerierte Sinneseindrücke bietet.

Obwohl die Begeisterung für neue Technologie noch recht frisch ist, handelt es sich bei „Augmented Reality“ um keinen jungen Trend oder um ein bald wieder vergessenes Strohfeuer.  Das neu geweckte Interesse und der unübersehbare Medienrummel liegt daran, dass die nötige, leistungsstarke und gleichzeitig mobile Hardware erschwinglich geworden ist. Zwar sind damit noch nicht alle technischen Hürden gemeistert, aber eine sinnvolle Anwendung ist bereits möglich. Es wird für „Augmented Reality“ jetzt Zeit, Labors, Nischen und verspielte Anwendungsbeispiele hinter sich zu lassen und den Schritt zur Alltagstechnologie zu tun.

Anfänge: Das Schwert des Damokles

Bis heute steckt ein fast ein halbes Jahrhundert Entwicklungszeit in der Technologie. Der spätere Turing-Preisträger Ivan Sutherland entwickelte  schon 1968 ein für damalige Verhältnisse revolutionäres Helm-System an der Universität Utah. Das gesamte System war stationär und hat über einem Helm eine fest verankerte Schnittstelle, die wie das Schwert des Damokles über dem Kopf des Probanden hing und damit der Versuchsanlage ihren Spitznamen gab. Neben dem Helm mit halb-durchsichtigem Display verfügte das System bereits über eine Positionsbestimmung und eine Recheneinheit, die primitive Gitternetzlinien abhängig von der Perspektive des Anwenders über die Optik legen konnte, um reale Umwelt und virtuelle Realität zu kombinieren. Damit gilt der Prototyp der Vorläufer für die Technik, die später „Augmented Reality“ werden sollte. Der Begriff selbst kam erst viel später ins Spiel: Der Physiker Tom Caudell veröffentlichte 1992 ein Papier, in dem er die Anwendung von „Augmented Reality“ im Flugzeugbau beschrieb, um Fachkräfte bei der Verkabelung von Boing-Flugzeugen zu unterstützen.

Krieg und Spiele

Mit visuellen Systemen zur  vereinfachten Navigation und als Zielvorrichtung experimentierten Rüstungsunternehmen seit Ende der Fünfziger Jahre, als Düsenjets schnellere Reaktionszeiten von Piloten forderten. Daraus entwickelte sich das moderne Head-Up-Display (HUD), das 1975 von einem französischen Testpiloten mitentwickelt wurde, um wichtige Flug- und Positionsdaten direkt im Sichtfeld der Piloten einblendete. Es handelt sich damit um die erste erfolgreiche Umsetzung von „Augmented Reality“ mit praktischer Anwendung. Die nächsten großen Impulse gab die Verfügbarkeit von performanten, mobilen PCs, die samt Stromversorgung erstmals in einen Rucksack passten und damit den Träger unabhängig von fest eingebauten Computersystemen machten. 1997 realisierte der Steve Feiner an der Universität Columbia mit der damals lichen Standard-Hardware aus dem Computerladen das tragbare „Mobile Augmented Reality System“ (MARS). Die Komponenten bestanden neben einem klobigen Laptop bereits aus einem GPS-Empfänger und der frühen Version eines Drahtlos-Netzwerkadapters. Das System bot einen spielerischen, lehrreichen Rundgang über das Universitätsgelände und blendete zu historischen Orten weitere Informationen auf einem Helmdisplay ein. Mehr Interaktivität und Unterhalten brachte im Jahr 2000 eine Umsetzung des Shooters „Quake“ an der University of South Australia: Ein tragbares Computersystem im Rucksack und ein Helmvisier bettete den Spieler aus seiner Sicht in die reale Umgebung ein.

Head-Up-Display einer FA-18 Hornet
Vergrößern Head-Up-Display einer FA-18 Hornet
© Rasmussen, U.S Navy, Public Domain
AR Quake: Spielerische Experimente mit Augmented Reality
Vergrößern AR Quake: Spielerische Experimente mit Augmented Reality
© Benjamin Close, University of South Australia, Public Domain

Die Smartphone-Revolution

Neben teuren Anwendungen in der Rüstung sowie verspielten, akademischen Experimenten blieb es um „Augmented Reality“ einige Jahre ruhig, bis eine neue Geräteklasse die nötigen Komponenten und Rechenleistung auf Hosentaschenformat schrumpfen ließ: Smartphones und die jüngeren Tablet-PCs bieten beste Voraussetzungen für einen Siegeszug der erweiterten Realität im Alltag. Jedes Smartphone hat mit einer Netzwerk- oder Funkverbindung die Möglichkeit, bei Bedarf Daten von einem zentralen Server abzurufen. Kamera, GPS-Empfänger für die Positionsbestimmung sowie Beschleunigungssensor sind heute ebenfalls in jedem Einsteigermodell vorhanden. "Augmented Reality" gilt als großer Trend der Mobilfunk-Branche und  damit als Heilsbringer für eine Industrie, die sich stets neue Gimmicks einfallen lassen muss, um gut im Geschäft zu bleiben.

Eines der ältesten Einsatzgebiete von „Augmented Reality“ auf Smartphones ist die Lokalisierung und Erkennung von Bauwerken und Orten mit Hilfe der integrierten Kamera. Über eine installierte Software zur Bilderkennung wird dazu ein bestimmter Ort oder ein Gebäude identifiziert. Der Name wird dann an der passenden Stelle auf dem Bildschirm eingeblendet und mit weiteren Zusatzinformationen, etwa aus der Wikipedia ergänzt. Das Smartphone oder Tablet wird damit zur Navigationshilfe und zum digitalen Reiseführer. Die erste Umsetzung des Konzepts zeigt das 2008 gestartete Wikitude . Die als Freeware veröffentlichte App für iPhone, Android,  Blackberry und Windows Phone kombiniert die Positionsdaten des GPS-Empfängers mit einer Kompassfunktion, um die Lage und Blickrichtung des Anwenders zu ermitteln. Der „Wikitude World Browser“ überlagert dann das Live-Bild der Kamera mit Informationen zum Standort. Alle Daten bezieht Wikitude über die standardisierten Formate  KML und ARML. Eine Web-Schnittstelle eignet sich zudem für die Einblendung von dynamischen Daten für eine Aktualisierung der Informationen in Echtzeit. Dabei bedient sich Wikitude verschiedener Quellen wie Wikipedia, Flickr und speziell angepasster „Worlds“ , die einen bestimmten Themenbereich abdecken und sich jeweils einzeln als Schicht eingeblenden lassen. Beispielweise gibt es als Informationsschicht eine komplette Sammlung der österreichischen Alpenvereinshütten und ein Verzeichnis aller öffentlichen Toiletten der Schweiz. Seit August 2012 gibt es eine Integration des englischsprachigen Hotel- und Restaurantführers Tripadvisor für Wikitude, um mehr als 75 Millionen Erfahrungsberichte für Reisende in 30 Ländern standortbezogen abzurufen.

Einen ähnlichen Dienst bietet die App Layar für iPhone und Android. Anders als Wikitude bietet Layer nur die App und die Anbindung - die Inhalte selbsy werden von Partnerfirmen oder Anzeigenkunden geliefert. Unter den ersten kostenpflichtigen Angeboten sind unter anderem Stadtführer von Berlitz. Bei Layar steht der kommerzielle Aspekt im Vordergrund, um beispielsweise gedruckte Magazine und Werbeanzeigen mit zusätzlichen Inhalten auf dem Smartphone zu verknüpfen.

Wikitude mit Tripadvisor, hier auf dem Blackberry
Vergrößern Wikitude mit Tripadvisor, hier auf dem Blackberry
© Wikitude

Kommerz als neue Triebfeder

Der Reiz von „Augmented Reality“ für kommerzielle Zwecke ist sofort nachvollziehbar: Informationen stehen situationsbedingt zur Verfügung und erlauben damit gezielte Produktvermarktung oder die Einblendung von produktbezogenen Zusatzinfos.  Mit dem Thema beschäftigt sich aktuell der Möbelgigant IKEA. Statt einfacher QR-Codes zum Abfotografieren soll schon kommende die Ausgabe 2013 des IKEA-Katalogs gedruckte Bilder und zusätzliche Infos auf dem Smartphone verbinden. Entsprechende Symbole zeigen, wenn eine Katalogseite entsprechende Inhalte bietet, die eine Gratis-App schnell und unkompliziert abrufen kann. Geplant ist eine Röntgenvorschau, um über das Smartphone das Innenleben von Schränken und Schubladen beim Darüberfahren anzuzeigen. Außerdem gibt es drehbare 3D-Modelle für den besseren Eindruck eines Möbelstücks. Die Kombination von gedrucktem Katalog und Extra-Inhalten für Smartphones erfüllt damit auch gleich zwei Bedürfnisse: Viele potentielle Kunden wollen einfach in Ruhe und ohne Smartphone oder PC im Katalog blättern. Nur Kunden mit großem Kaufinteresse brauchen zusätzliche Informationen, die sie dann nicht mehr mühsam in der erweiterten Online-Version des Katalogs zusammensuchen müssen. Ein kurzer Werbeclip von IKEA stellt das Konzept vor.

Auf einen ähnlichen Marketingtrick setzt bereits der Spielzeughersteller LEGO, der in ausgewählten Spielwarenläden eigene Terminals aufgestellt hat. Hält ein Kunde die Verpackung eines Bausatzes an eine solche "Digital Box" mit integrierter Kamera, dann zeigt der Bildschirm den Inhalt des Bausatzes und ein maßstabsgerechtes, animiertes Bild vom fertigen Modell. Entwickelt wurde das System von der Münchner Firma Metaio .

Blick in die Packung: Seit zwei Jahren stellt LEGO in Spielwarenläden eigene Terminals für „Augmented Reality“ auf, um potentiellen Käufern einen Eindruck vom Bausatz zu vermitteln
Vergrößern Blick in die Packung: Seit zwei Jahren stellt LEGO in Spielwarenläden eigene Terminals für „Augmented Reality“ auf, um potentiellen Käufern einen Eindruck vom Bausatz zu vermitteln
© metaio, www.metaio.com
IKEA-Katalog 2013: „Augmented Reality“ auf Abruf
Vergrößern IKEA-Katalog 2013: „Augmented Reality“ auf Abruf
© Quelle: IKEA

Google Glass: Brille mit Zukunftsvision

Wenn es nach Googles Plänen geht, wird „ Augmented Reality“ bald unabhängig von den kleinen Bildschirmen von  Smartphones und Tablets sein und sich direkt vor dem Auge des Betrachters abspielen. Google stellte seinen Ansatz mit dem Anmen „Google Glass“ in Form einer Brille vor, mit der auch die beiden Firmengründer Larry Page und Sergey Brin inzwischen öfters gesichtet wurden. In der bisher gezeigten Form wirkt Google Glass wie ein futuristisches aber farblich unauffälliges Brillengestell, das die Augen nicht völlig abdeckt, sondern an der Seite ein Head-Up-Display im Abstand vor das Blickfeld hält. Das fertige Produkt soll sich damit auch mit normalen Brillen kombinieren lassen. Google Glass kann nicht nur Informationen vor dem Auge des Trägers anzeigen, sondern auch Fotos einblenden und Musik abspielen. Der Funktionsumfang soll mit einem Smartphone konkurrieren können.

Google hat das Projekt erstmals mit einem Video auf der Konferenz Google I/O im April 2012 publik gemacht  und kurz darauf auch entsprechende Patente angemeldet. Inzwischen ist auch eine erste Preiseinschätzung für das Vorserienmodell bekannt: Eingeweihte Entwickler auf dem Umkreis von Google I/O können Google Glass für 1500 US-Dollar pro Stück bereits vorbestelle und die Auslieferung soll Anfang 2013 erfolgen. Was das fertige Modell wirklich zu leisten vermag, gibt momentan Anlass zu Spekulationen: Die bisher gezeigten Brillengestelle sind zu klein, um wirklich leistungsstarke Hardware unterzubringen und die durchsichtigen Display vor dem Auge werden sich bei Ihrer Größe auch nur zum Einblenden einiger kleiner Pop-Ups eignen. Nach anfänglicher Begeisterung sind vor allem die Experten nun erst mal skeptisch und kritisieren das von Google produzierte Video „Project Glass: One Day... “ schlicht als Science-Fiction mit wenig Bezug zum tatsächlichen Produkt.

Google Glass: Eine Datenbrille blendet Infos direkt im Blickfeld ein. Die Abbildung zeigt eine vorläufige Designstudie von Google für die Presse
Vergrößern Google Glass: Eine Datenbrille blendet Infos direkt im Blickfeld ein. Die Abbildung zeigt eine vorläufige Designstudie von Google für die Presse
© Google

Ärzte mit Röntgenblick

Während sich es bei der praktischen Anwendung von „Augmented Reality“  im Alltag erst mal darum gehen wird, Zusatzinformationen einzublenden, geht es im medizinischen Bereich darum Details sichtbar zu machen und verfügbare Daten zu bündeln. Ultraschall, Röntgengeräte und Tomographen liefern jetzt schon eine erhebliche Menge Daten zur Diagnostik. Hier besteht die Herausforderung darin, die Quellen intelligent miteinander zu verknüpfen.  Daran arbeitet zur Zeit ein Team von Ärzten an der Chirurgischen Klinik der Ludwig-Maximilians-Universität in München. Ziel ist, Operationstechniken in der Orthopädie und Unfallmedizin mit „Augmented Reality“ zu verfeinern. Ein umgebautes Röntgengerät bekommt eine zusätzliche Kamera, die ein optisch sichtbares Bild der Körperregion aufnimmt. Das Resultat ist eine Röntgenaufnahme, die exakt mit dem Bild der Kamera überlagert wird. Ein Display zeigt dem behandelnden Chirurgen dann beispielsweise genau, wie er ein Skalpell ansetzen muss, um an eine darunter liegende Fraktur zu gelangen.

Operation mit „Augmented Reality“: Die Ärzte sehen am Bildschirm eine überlagerte Röntgenaufnahme
Vergrößern Operation mit „Augmented Reality“: Die Ärzte sehen am Bildschirm eine überlagerte Röntgenaufnahme
© Siemens AG

Eine weitere Einsatzmöglichkeit, die sich momentan noch in der Entwicklung befindet, ist die Kombination von Ultraschall und CT: Der Vorteil von Ultraschall ist dessen vergleichsweise niedriger Aufwand bei der Diagnostik. Allerdings ist die Auflösung niedrig und die gelieferten Bilder sind zweidimensional, bedürfen also einer geübten Interpretation. Die dreidimensionalen Informationen kann aber eine zusätzliche Untersuchung mit dem Computertomographen liefern.  Beide Aufnahmen sollen mit „Augmented Reality“ anschließend zu einer verschmolzen werden, damit ein Arzt ein möglichst genaues Bild aus verschiedenen Blickwinkeln machen kann. Gerade in der Krebstherapie verspricht dieses Verfahren operative Eingriffe in Zukunft möglichst minimal und gezielt auszuführen, da die vorliegenden Daten eine genauere Operationsplanung erlauben.

 

 

 

 

 

 

 

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