PowerPoint-Pr

1
Interaktion und Animation in Multimediasystemen
Virtual Reality
Augmented Reality
2
Virtual Reality Augmented Reality

• Begriffsklärung, Definitionen
• Verwendete Technologien
• Ein Beispiel das ARToolkit
• Anwendungsfelder für VR AR
• Probleme und Gefahren
• 6. Quellenangabe und Einladung

3
Virtual Reality Augmented Reality
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).
4
Virtual Reality Augmented Reality
Das Reality-Virtuality Continuum (nach Paul
Milgram)
5
Virtual Reality Augmented Reality
Augmented Reality / Augmented Virtuality
6
Virtual Reality Augmented Reality
Häufig verwendete Synonyme Virtual
Environments (für VR) Enhanced Reality (für
AR) Mixed Reality (für AR und AV)
7
Virtual Reality Augmented Reality
Unterschiedliche Bezugspunkte in VE
Das Centricity Continuum (nach P. Milgram)
8
Virtual Reality Augmented Reality

• 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)

9
Virtual Reality Augmented Reality
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-Displ
ays (Informationen direkt auf die Netzhaut) ...
10
Virtual Reality Augmented Reality
Anzeigegeräte und Hilfsmittel (Beispiele)
Verschiedene Bauformen von Head Mounted Displays
11
Virtual Reality Augmented Reality
Unterschied zwischen video und optical
see-through
Blick aus einem HMD (optical see-through)
Blick aus einem HMD (video see-through)
12
Virtual Reality Augmented Reality
Projektionswänden für passive Brillen (Prinzip)
Projektionswänden für Shutter-Brillen (Prinzip)
Polarisation des Lichtes (linear / zirkulär)
13
Virtual Reality Augmented Reality
Beispiele für eine Shutterbrille
Beispiel für eine Projektionswand
(Quellen Firmen BARCO, FakeSpace, digital Image,
weitere)
14
Virtual Reality Augmented Reality
Prinzipieller Aufbau einer CAVE-Architektur (hier
eine DAVE)
CAVE mit 6 Wänden
(Quellen Firmen BARCO, FakeSpace, digital Image)
15
Virtual Reality Augmented Reality
Retina Display von MicroVision
16
Virtual Reality Augmented Reality
Tracking-Systeme (für Positionsbestimmung)
Bestehen aus einem oder mehreren Sendern, einem
oder mehreren Empfängern und einer
Verarbeitungsanlage
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)
17
Virtual Reality Augmented Reality
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) ...
18
Virtual Reality Augmented Reality
Mittel zur Interaktion Datenhandschuhe mit
Tracking Spezielle 3D-Mäuse u.ä. Gestenerkennung S
pracherkennung weitere ...
CyberGrasp von Virtual Technologies
Cubic Mouse
19
Virtual Reality Augmented Reality
Haptische Interfaces und Force Feedback
Dextrous Handmaster (Firma Exos)
Projekt Feel-through (von Hiroo Iwata,
Universität Tsukuba, Japan)
20
Virtual Reality Augmented Reality
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.
21
Virtual Reality Augmented Reality
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.
22
Virtual Reality Augmented Reality
Prinzipielle Funktionsweise
(die Programmierung wird ausführlich beschrieben
in einem Manual, das auf den Seiten des HITL zur
Verfügung steht.)
23
Virtual Reality Augmented Reality
Bilder (Einsatz von ARToolkit-Programmen)
und nun noch ein kleiner Film von folgender
Internet-Seite http//mixedreality.nus.edu.sg/res
earch-LIVE-videos.htm
24
Virtual Reality Augmented Reality
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)

25
Virtual Reality Augmented Reality
VR in der Schmerztherapie und Psychotherapie
26
Virtual Reality Augmented Reality
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)

27
Virtual Reality Augmented Reality
Spiel AiR AR hockey (kurz AR² hockey)
ehem. Projekt des Mixed Reality Systems
Laboratory (Japan)
28
Virtual Reality Augmented Reality
5. Probleme und Gefahren
Technische 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
29
Virtual Reality Augmented Reality
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)
30
Virtual Reality Augmented Reality
6. Quellenangabe und Einladung
Yuichi Ohta, Hideyuki Tamura "Mixed Reality -
Merging Real and Virtual Worlds", Ohmsha /
Springer, 1999. Internet http//www.scipro.de/st
udium/vrar/latex2html/vr-ar.html http//www.stereo
3d.com http//www.hitl.washington.edu (von dort
verlinkte Seiten wurden ebenfalls einbezogen)