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Virtuelle Objekte im realen Raum? Was nach Zukunftsvision und Science-Fiction klingt, wird langsam alltagstauglich. Dank immer besserer Hardware gibt es die Erweiterte Wirklichkeit sogar schon auf Consumer-Geräten wie PCs und Smartphones.

Was ist das für ein Gebäude vor uns? Wir zücken unser Smartphone und richten die Kamera darauf. Ein Textfeld öffnet sich: Das Münchner Rathaus, inklusive Telefonnummer und Öffnungszeiten. Mit einem Klick auf das Display sehen wir außerdem, wann und von wem es gebaut wurde, wie hoch sein Turm ist und viele weitere Informationen.

Mit neuesten Handys, wie den Android-Geräten und dem iPhone, und einem mobilen Internetzugang können wir ganz einfach kontextbezogene Daten abrufen – immer und überall. Möglich macht das Augmented Reality (AR), die Erweiterte Wirklichkeit. Denn im Gegensatz zur Virtual Reality, in der die User in eine virtuelle Welt abtauchen, reichert die AR unsere Umgebung mit zusätzlichen Informationen an. Die ersten Produkte sind bereits auf dem Markt, und Wissenschaftler tüfteln längst an der nächsten Generation.

Augmented Reality - Die Zukunft ist jetzt: So erweitern PC und Handy unsere Realität

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Erweiterte Realität gibt Infos über unsere Umgebung.
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Handys: Wikipedia auf dem Display

Augmented Reality soll die individuelle Umgebung des Nutzers analysieren und dazu passende Daten liefern. Programme, die seit Kurzem die erweiterte Realität für die Hosentasche anbieten, stützen sich unter anderem auf Wissensdatenbanken und Bewertungsportale im Internet.

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Layar: Ortsbezogene Zusatzinfos auf dem Handy-Display.
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So nutzt etwa die Software Wikitude für das iPhone und Android-Smartphones die riesigen Datenbestände von Wikipedia und Qype. Das Prinzip ist einfach: Der User hält seine Handykamera auf einen Gegenstand, und Wikitude sucht im Internet nach entsprechenden Inhalten. Sobald die Software etwas Passendes gefunden hat, zeigt sie die Texte zusammen mit dem Livebild auf dem Display an. Bewegt der Nutzer seine Kamera in eine andere Richtung, werden auch die Daten in Echtzeit neu eingeblendet. Da der User die Infos nur auf einem speziellen Gerät sieht, nennt man diese Darstellungsmethode Video Augmentation.

Zur Berechnung der Nutzerkoordinaten analysiert die Handysoftware den GPS-Empfänger für die aktuelle Position, den Lagesensor für den Blickwinkel sowie den Kompass für die Richtung. Die Geodaten werden dann mit den Internetdiensten verglichen und auf dem Smartphone zusammengeführt.

Solche Consumer-Produkte sind allerdings noch rar und sehr einfach gestrickt. 3D-Ansichten sind bisher nicht möglich, da die ortsbezogene Echtzeitberechnung viel Hardware-Power erfordert.

Spiele: Reale und virtuelle Welt verschmelzen

Etwas einfacher hat es die Spielebranche: Im Gegensatz zu den ortsbezogenen Varianten ist hier lediglich eine relative Position nötig – der Abstand des Users zur Kamera. Außerdem können die Programmierer gezielt für eine hoch spezialisierte Hardware entwickeln.

In dem Spiel „EyePet“ für die PlayStation 3 etwa interagiert der Spieler mit einem virtuellen Haustier. Eine Kamera über dem Fernseher zeichnet dabei sämtliche Handbewegungen auf, die von der Software in Befehle wie Streicheln, Ball Spielen oder Knuffen umgerechnet wird.

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EyePet: Agieren mit virtuellen Haustieren.
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Die einfachste Variante dieser relativen Ortsbestimmung ist der Fiducial Marker, der aus einem ausdruckbaren Code besteht. Ähnlich wie bei einem Barcode dient der Marker dazu, der im Hintergrund laufenden Software einen Befehl zu übermitteln, etwa ein 3D-Objekt oder eine ganze 3D-Animation darzustellen.

Als Schnittstelle zwischen Software und Marker dient eine Webcam, die den Standort, den Blickwinkel sowie die Entfernung und die Marker-ID an das Programm übermittelt. Auf diese Art sind interaktive Bücher, animierte Anleitungen und Spiele realisierbar. Solche Augmented-Reality-Anwendungen kann man unter anderem mit der GPL-lizensierten Software-Bibliothek ARToolKit (C/C++) basteln.

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Fiducial Marker: Geben Befehle an die Augmented-Reality-Anwendungen weiter.
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Der Nachteil dieses Systems ist allerdings die fehlende Flexibilität. Denn ohne Kamera, PC und Monitor ist die Methode nicht nutzbar. Der praktische Einsatz ist also noch sehr begrenzt – komplexe Augmented-Reality-Anwendungen rutschen erst langsam in realisierbare Bereiche. Neben der bestehenden Video Augmentation arbeiten Forscher mit Hochdruck an intelligenteren Methoden, die virtuelle Welt in unsere Umgebung zu integrieren.

Die nächste Generation: Brillen mit eingebautem Netzzugang

Im Mittelpunkt stehen Systeme, die sich unbemerkt an den Nutzer anpassen, wie Head-Mounted Displays (HMD) und See-Through Displays, also Brillen und Scheiben, die sich äußerlich nicht von herkömmlichen unterscheiden sollen. Hier könnten biegsame, durchsichtige OLED-Displays den Durchbruch ermöglichen.

Die ersten Prototypen solcher Brillen werden derzeit vom Fraunhofer Institut für Informations- und Datenverarbeitung (IITB) hergestellt. iStar (interactive See-Through Augmented Reality Display) besteht aus einem OLED-Display mit CMOS-Sensoren, die Augenbewegungen beobachten und so das auf das Display projizierte Bild anpassen. Als Software-Schnittstelle dient ein UMPC (Ultra-Mobile PC).

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iStar Projekt:Prototyp einer HMD-Brille.
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Die Entwickler feilen aber nicht nur an der Technik, sondern auch die Einsatzmöglichkeiten von See-Through Displays und Video Augmentation werden ausgelotet: So könnte AR etwa klassische Anleitungen ersetzen, indem Animationen die Arbeitsschritte kontextbezogen aufs Display projizieren, Augmented Reality könnte in Autofrontscheiben Verkehrsinformationen einblenden und Architekturplanungen um begehbare 3D-Modelle erweitern.

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Fußgängernavigation: Anzeige durch eine HMD-Brille.
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Welches Projekt auch verfolgt wird, das Ziel ist immer das gleiche: Unsere Umgebung mit Informationen anzureichern, die sich unbemerkt und lückenlos unserer Realität anpassen.