AR und MR: Wie Augmented Reality und Mixed Reality die Realität erweitern

17. Januar 2020 Katrin Pape

AR und MR: Wie Augmented Reality und Mixed Reality die Realität erweitern

Bildquelle: switchingtomac.com

Die Technologie der Augmented-Reality beschreibt die „Erweiterte Realität“. D.h. zusätzlich zu dem, was wir tatsächlich sehen, gesellt sich eine weitere (augmentierte) Ebene mit Einblendungen auf virtueller Basis. Kurzum: es findet eine Überlagerung von realer und virtueller Welt statt.

Die virtuellen Elemente haben einen festen Platz in der physischen Welt, sie erscheinen sinnvoll logisch, z.B. als Zusatzinformationen und Inhalte neben realen Gegenständen, die etwa beim Einkaufen für uns von Interesse sind. Handheld-App-Systeme unterstützen uns mit Hilfe eines Tablets oder Smartphones in Form einer Übersicht oder erweitern unser Sichtfeld mit Gegenständen, die uns bei der Orientierung im realen Raum dienlich sind oder einen sonstigen Mehrwert bilden.

Die technische Grundlage für Augmented Reality auf Smartphone und Tablet bilden die beiden Technologien ARKit (Apple/ iOS) und ARCore (Google/ Android).

ARKit fungiert bei Apple inzwischen als Basistechnologie des eigenen Betriebssystems iOS 11. Ikea hat mit dieser AR-Technologie zum Beispiel eine App realisiert, die Kunden neues Mobiliar in die eigenen vier Wände projizieren lässt und Kaufentscheidungen verbessern helfen soll.

Platzierung von Gegenständen in die reale Umgebung mittels Apple-ARKit. Bildquelle:coolblue.co.uk

Bei beiden Lösungen – ARKit und ARCore – kommen primär drei Komponenten zur Geltung: Motion-Tracking (d.h. die Ausrichtung des Mobiltelefons in seiner Relation zur Umgebung), Umgebungserkennung inkl. aller Oberflächen, Winkel und Größenordnungen, sowie die Beleuchtungsanpassung zwischen Objekt und Umraum.

Sensordaten für Position, Rotation und Beschleunigung werden aufwendig miteinander abgeglichen und gewährleisten eine realistische Einbindung des virtuellen Features im Hinblick auf seine Relationen zum Raum.

ARKit und ARCore werden stetig weiterentwickelt. Während aktuelle Anwendungen zumeist mit reinen Overlays arbeiten, erkennt die neue Version von ARCore beispielsweise auch reale Objekte im Vordergrund und kann diese für die Verdeckung virtueller Elemente einbeziehen.

Noch umfassendere Möglichkeiten bieten AR-Brillen/Headsets.

AR-/Mixed-Reality-Headsets

Magic Leap-Headset. Bildquelle: mixed.de

Modelle wie Microsoft HoloLens oder Magic Leap haben Sensoriken und Tiefenkameras verbaut, die eine exakte Bemessung räumlicher Positionierung gewährleisten. Kopf- und auch Handbewegungen des Users werden dabei sensorisch zurückverfolgt und ermöglichen eine direkte Interaktion mit Objekten der augmentierten Realität.

Bei den o.g. Headsets kommen z.B. Wellenleiter zum Einsatz. Über diese werden im AR-Display entsprechende Projektionen geschickt, die schließlich im unteren Rand der Brille reflektorisch ins Sichtfeld des Users eingeblendet werden. Die eingeblendeten Objekte sind für diesen dann dreidimensional wahrnehmbar. Dies bietet den Vorteil, dass der Nutzer seine Umgebung nicht durch einen Bildschirm mit Live-Video-Signal wahrnimmt, sondern durch ein transparentes Glas blickt, über das die virtuellen Elemente gelegt werden.

Im Unterschied zu VR (Virtual Reality) verlässt der User die Realität nicht vollständig, sondern bleibt mit der ihn umgebenden Welt sicht- und fühlbar in Kontakt. Er erhält also „nur“ weiterführende auditive und visuelle Inhalte, ohne komplett immersiv abzutauchen.

Es findet also eine Durchmischung von virtueller und physischer Welt statt.

Interagieren mit den holografischen Projektionen unter HoloLens. Bildquelle: microsoft.com

Der Begriff Mixed-Reality (MR) beschreibt in diesem Kontext den Übergang von einem realen Zustand hin zu einem virtuellen Setting. Alle AR-Headsets mit umfassenden Positions-Tracking sind MR zuzuordnen, da die reale räumliche Umgebung, im Gegensatz zu nur reinem Kopf-Tracking, in die virtuelle Welt integriert wird.

Über Schnittstellen wie Mikrofon, Touchscreen und Bildschirm werden Befehle des Users aufgenommen und in augmentierte Realität übersetzt: Inhalte werden dadurch im wahrsten Sinne des Wortes greifbar.

Bei der HoloLens 2 steuern Nutzer die Eingaben mit ihren Händen, Augen und via Sprachbefehl (z.B. mittels des Sprachassistenten Cortana). Auch die Bewegung der Augen wird durch Eye-Tracking erfasst und in die Steuerung eingebunden. Zu Beginn einer Anwendung muss der User daher auch erstmal eine Kalibrierung durchlaufen, die u.a. die Hornhaut auswertet und Charakteristika des individuellen Auges bemisst.

Das Apple AR-Headset – Ein Erfolg wie einst beim iPhone?

Bildquelle: icreatemagazine.nl

Apple arbeitet seit Längerem an einer Augmented-Reality-Brille. Der Release wird sich noch einige Zeit hinziehen, soll dafür aber allmählich das Ende des iPhones/Smartphones einläuten.

Viel ist noch nicht bekannt. Apple meldet jedoch regelmäßig Patente an, aus der sich ableiten lässt, mit welchen Technologien sich das Technologieunternehmen beschäftigt. Eine neuere Entwicklung in dieser Richtung offenbart nun, dass ein Photochromie-Verfahren beim Headset in spe von Relevanz sein könnte.

Photochrome Gläser (phos= Licht/ chroma=Farbe) ändern unter UV-Einwirkung ihre spektrale Transmission im sichtbaren Bereich: Eindunklung und Aufhellung der Gläser hängen entsprechend von der Licht-Einstrahlung ab. Dabei kommt es zu einem stufenweisen Wechsel zwischen opaker, also undurchsichtiger, und transparenter Sichtweise.

Grundlage des photochromen Prozesses sind eine Kombination aus Silberhalogenoiden und Kristallen, die bei Temperaturanstieg bzw. Wärmezufuhr kolloidales Silber bilden und so für die Schwarzfärbung der Gläser verantwortlich sind.

Wir kennen diesen Mechanismus von selbsttönenden Brillen.

Im Patent wird ein Display beschrieben, dass Teilbereiche physischen Lichts selektiv abdunkelt und den Kontrast digitaler Elemente verbessern hilft.

Schon auf dem Markt erhältliche AR-Brillen verfügen nur über eine Transparenzstufe.

Ob das Apple AR-Headset wirklich auf diese Technologie setzt, bleibt aber abzuwarten. Doch eines ist sicher: Die Zukunft rund um AR und MR bleibt spannend.

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