Realität erweitern? AR, VR & MR im Einsatz
Lars Friedberger
Technologien wie Virtual Reality und Augmented Reality sind längst den Kinderschuhen entwachsen und haben ihren Weg vom Gaming zum professionellen Einsatz in vielen Bereichen gefunden. Es werden immer mehr Anwendungsgebiete erschlossen, die einen reellen Nutzen darstellen. Hierbei erstreckt sich das Spektrum von der Architektur, der Bildung, dem Finanzsektor und der Industrie bis zum Gesundheitswesen. Die möglichen Einsatzgebiete sind vielfältig und ermöglichen einfach gesagt eine Darstellung von zusätzlichen Informationen in der Umgebung.
Historie
Wer kennt es nicht das Spiel Pokémon Go oder die Diskussionen um die gescheiterte Integration von Google Glas. Aber eigentlich gehen die Anfänge von Augmented Reality (AR), Mixed Reality (MR) und Virtual Reality (VR) viel weiter zurück. Bereits im Jahr 1838 erfand Charles Wheatstone das Spiegelstereoskop, welches Bilder für das menschliche Auge in 3D anzeigen kann. 1929 gab es den ersten Flugsimulator und die Technologie wird insbesondere seit den 1960er-Jahren ständig weiterentwickelt. In den letzten Jahren haben die Miniaturisierung und enormen Fortschritte bei Computer Vision und Rechenleistung viele neue Anwendungsgebiete erschlossen.
VR-AR-MR: Unterschiede
Die Abgrenzung zwischen AR, MR und VR ist unscharf und die Übergänge sind fliessend. Generell spricht man von Virtual Reality (VR), wenn der Benutzer ganz und gar in die virtuelle Welt eintaucht und die reelle Welt ganz ausgeblendet wird. Dies geschieht meistens durch VR-Brillen wie Oculus oder HTC Vive. Bei Augmented Reality (AR) hingegen bleibt der Benutzer primär in der reellen Welt, diese wird jedoch mit virtuellen Elementen bzw. Informationen angereichert. Für AR werden heute meist Smartphones und Tablets eingesetzt. Mixed Reality (MR) schliesslich ist eine Mischung aus VR und AR. Durch ein tieferes „Verständnis“ der Umgebung können in Mixed Reality reelle und virtuelle Objekte miteinander interagieren. Mixed-Reality-Geräte wie Microsoft HoloLens und die Magic Leap One sind nach wie vor relativ teuer, können aber für Anwendungen, wo diese Mischung von reeller und virtueller Welt wichtig sind, erstaunliche Ergebnisse liefern.
Es ist absehbar, dass die Grenzen zwischen AR, MR und VR in Zukunft weiter verwischt werden. Smartphones können die Umgebung immer besser „verstehen“ und werden so immer mehr zu MR-Geräten, während VR-Geräte wie die Oculus Quest Hände tracken können und sich so zwischen MR und VR bewegen. Fachleute verwenden deshalb oft XR (Extended Reality) als Überbegriff für AR, MR, VR und alle Zwischenformen.
AR-Anwendungsbeispiele
AR und MR bringen die digitale Welt von den 2D Displays hinaus in die reelle 3D-Welt. Dies ermöglicht insbesondere eine bessere Unterstützung von „First Line Workers“ in Medizin, Bauwirtschaft, Produktion, Wartung und Kundenbetreuung. Weiter bietet XR ein enormes Potential für Training und Visualisierung von komplexen Zusammenhängen.
- Google Suche: Google hat AR in seine Suchergebnisse eingebaut. Sucht man beispielsweise mit dem Smartphone nach „grosser weisser Hai“ und wählt dann „View in 3D“, so erhält man einen virtuellen Hai in 3D welchen man im Raum positionieren und mit AR anschauen kann:
Weisser Hai in 3D (Bild: Google)
- Microsoft Dynamics 365: Im Rahmen von Dynamics 365 bietet Microsoft eine ganze Reihe von AR und MR Services an. Mit „Remote Assist“ können Mitarbeitende zusammenarbeiten und Spezialisten hinzuziehen, ohne physisch am selben Ort zu sein. „Guides“ ist eine Mixed-Reality- Plattform, mit welcher man eigene Trainingsprogramme erstellen und ausführen kann und "Product Visualize“ unterstützt Kundenbetreuer und Verkäufer, Produkte mit Augmented Reality beim Kunden zu visualisieren.
- Produktion: CSL Behring Bern visualisiert mit "Plasmix" die Fraktionierung von Blutserum mit MR direkt in der Produktionsanlage und verbessert so die Übersicht über den Produktionsprozess.
- Stadtplanung: Die Stadt Zürich setzt mit „HoloPlanning“ Mixed Reality zur Stadtplanung ein. Dabei können Bauprojekte und Bauvarianten sowohl als verkleinerte Modelle, als auch eingebettet vor Ort im Massstab 1:1 gemeinsam erkundet und besprochen werden.
Lernen mit Mixed Reality
Die ETH Zürich hat das Programm "Learning in mixed realities" gestartet. Im Rahmen dieses Programms ist unter anderem die Mixed Reality App "Molegram" entstanden, welche es Studenten ermöglicht, ansonsten unsichtbare Moleküle gemeinsam zu erkunden.
AR-Technologie kurz erklärt
AR und MR betten virtuelle Objekte in der reellen Welt ein, so dass der Benutzer die „Illusion“ hat, die Objekte seien wirklich da. Damit diese Einbettung „glaubhaft“ und stabil ist, muss das AR- bzw. MR-Gerät die Umgebung „verstehen“. Dies ist möglich dank „Computer Vision“, einem Bereich der künstlichen Intelligenz. Dabei wird die Umgebung laufend semantisch (was?) und geometrisch (wo?) analysiert. Bei Smartphones wird dazu die Kamera des Gerätes genutzt und die „erweiterte Sicht“ auf dem Display angezeigt. MR-Brillen wie die HoloLens verfügen ebenfalls über eine Reihe von Sensoren und Kameras, sind aber durchsichtig. Das heisst, man sieht die reelle Welt direkt und Kameras werden ausschliesslich dazu verwendet, die Umgebung zu erkennen und zu verstehen. Hologramme bzw. virtuelle Objekte werden dann vom Gerät über spezielle Verfahren eingestreut.
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Paul Affentranger ist Co-Autor dieses Beitrags. Er ist Gründer und Mitinhaber der Firma afca ag in Zollikofen und unterrichtet VR, MR, AR & Cloud in folgenden Studiengängen:
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