Drehbuch M8

Station

M8

Titel der Station

"Augmented Reality", Anreichern der realen Welt durch virtuelle Inhalte mit Hilfe von Tablets/Smartphones

Projektverantwortliche

Prof. Dr. B. Schmidt

Fachbereich

Fachbereich G (Labor für Geovisualisierung)

Abbildung

Bilddatei

Prototypische Darstellung einer virtuellen, drehenden, thematischen Weltkugel als Augmented Reality App. Mittels der Schaltflächen am unteren Bildschirmrand kann die Thematik gewechselt werden.

Visionärische Darstellung eines virtuellen Würfels mit 8,22m Kantenlänge, der als symbolische Repräsentation von einer Tonne CO2 dient. Da der Würfel virtuell existiert, kann dessen Oberfläche beliebig gestaltet und verändert werden. Möglich wären beispielsweise Schriftzüge oder weitere symbolische Darstellungen einer Tonne CO2 wie etwa 80 Bäume.

Bildunterschrift

Prototypische Umsetzungen und visionäre Ideen, um virtuelle Objekte in die reale Welt zu integrieren. Voraussetzung ist ein Endgerät (Android/iOS), auf dem die erstellten Augmented-Reality-Applikationen installiert sind.

Technische Beschreibung

Im Umfeld von Augmented Reality (AR) stehen eher die virtuellen Inhalte als Hardware-technische Voraussetzungen im Vordergrund des Interesses. Um AR nutzen/sehen zu können, wird daher entweder ein Tablet oder ein Smartphone mit eingebauter Kamera benötigt.

Der entsprechende Inhalt des Szenarios wird dann als App bereitgestellt. Stand Februar 2015 wird dazu die Produktlösung der Firma 'MetaIO' verwendet, mit der Android- oder iOS-Applikationen erstellt werden können. Inhalte sowie Verhaltenslogik können dabei über Konfigurationsdateien und Anwendungscode programmiert werden.

Es existieren verschiedene Funktionsweisen, virtuelle Objekte mittels dieses Frameworks anzeigen zu lassen (Tracking-Verfahren). Die projektrelevanten Möglichkeiten, die aktuell in studentischen Projekten hinreichend getestet werden, sind:

• Marker-basiertes Tracking:
  • Verwenden von einfachen Bilddateien oder vorgefertigten Schwarz-Weiß-Markern, auf dem ein virtuelles Objekt platziert, skaliert und rotiert wird.
  • Die erstellte App sucht das Kamerabild nach den festgelegten Markern ab. Wird ein solcher Marker gefunden, wird das entsprechende Objektmodell relativ zu diesem Marker eingeblendet.
  • Da der Marker an jeden Ort mitgenommen werden kann, ist auch das entsprechende Objekt an keine feste Geoposition gebunden.
  • Die Beleuchtungssituation kann entscheidend sein. Spiegelnde Flächen oder leichte Verschattung führen schnell dazu, dass ein Marker nicht erkannt wird. Daher wird empfohlen, für eine konstante gleichmäßige Ausleuchtung zu sorgen.
  • Da die Kamera des verwendeten Geräts den Marker vollständig erkennen muss, ist die maximale Entfernung zwischen Marker-Kamera abhängig von Markergröße und Auflösung der Kamera.
  • Anzahl gleichzeitig erkennbarer Marker und damit stabil und wackelfrei dargestellbarer Objekte ist begrenzt. Jede Marker-Objekt-Zuordnung für sich allein betrachtet funktioniert gut. Bei zu vielen gleichzeitig erkennbaren Markern gelangt das System an seine Grenzen (Anzahl abhängig von Komplexitität der Marker und Objektkomplexität) und erkennt entweder einige Marker nicht mehr oder einige der dargestellten Objekte beginnen zu ruckeln.
• GPS-basiertes Positionieren:
  • Die Positionierung eines virtuellen Objekts erfolgt durch GPS-Koordinaten. Somit wird das Objekt an einer festgelegten Geoposition fixiert. (Ausnahme: Die App ist so programmiert, dass die GPS-Position des Objekts manipulierbar ist.)
  • GPS-Technologie ist auf Standort mit möglichst freier Himmelssicht (ohne hohe Gebäude, Bäume, ...) angewiesen. Innerhalb von Gebäuden daher ungeeignet!
• 3D-Objekt Tracking:
  • Ein reales Objekt wird in Form eines CAD-Modells oder einer Punktwolke in der App hinterlegt. Relativ zu diesem Objekt können dann virtuelle Objekte gesetzt werden.
  • Das Erkennungsverfahren für ein 3D-Objekt ist verglichen mit den obigen Möglichkeiten deutlich komplexer. Auch hier kann die Beleuchtung möglicherweise ein erfolgreiches Erkennen des Objekts erschweren.

Die bisher gesammelten Eindrücke sind überwiegend positiv. Alle genannten Tracking-Verfahren führen bei entsprechenden Umgebungsbedingungen (Beleuchtung, freier Himmel, Entfernung) zu einer dauerhaften, stabilen Anzeige virtueller Objekte.

Maße / Raumbedarf

Augmented Reality Anwendungen können lokal in jedem der ENE-Räume als zusätzliches Mittel für ein beeindruckendes Erlebnis integriert werden. Daher wird hierfür KEIN EIGENER Raum benötigt.

Inhaltliche Beschreibung / Szenario

Inhaltliche Beschreibung:

Neben den realen physischen Exponaten innerhalb des ENE, die örtlich gebunden (und kostenintensiv) sind, besteht die Möglichkeit, weitere virtuelle Exponate in Form von Augmented Reality Szenarien kostengünstig zu entwickeln und der Zielgruppe zur Verfügung zu stellen. Unter Augmented Reality (AR) wird allgemein das Anreichern der realen Welt mit virtuellen Objekten verstanden. In der Regel erfolgt die Darstellung der virtuellen Objekte mit Hilfe einer App für Smartphones/Tablets, die jene Objekte in das Kamerabild des Geräts einblendet. Nahezu jede Person der Zielgruppe (16-26 jährige Jugendliche) ist mit dem Umgang von Smartphones/Tablets vertraut, viele besitzen eines oder gar mehrere der Geräte. Doch wahrscheinlich nur wenigen ist die Technologie Augmented Reality bekannt. Durch geschickten Einsatz jener Technologie sollte es daher möglich sein, die breite Masse der Zielgruppe anzusprechen und mittels der Faszination von AR weitere Denkanstöße rund um den ENE zu vermitteln. Die virtuellen Objekte sind maßstäblich flexibel, es können sowohl statische als auch dynamische Objekte erzeugt werden, sodass der Fantasie zunächst keine Grenze gesetzt ist.

Primär kann AR dazu verwendet werden, um die einzelnen Installationen innerhalb des ENE zusätzlich durch diese Komponente gezielt zu unterstützen. Dabei kann es sich entweder um kleinere Anwendungen zwischen den Hauptinstallationen handeln oder auch in diese integriert werden. Beispielsweise eignet sich die begehbare Karte besonders gut, da dort elegant bildbasierte Marker in die Karte eingebaut werden können, auf denen mittels einer geeigneten App konkrete dreidimensionale Objekte wie Windräder oder Kraftwerke platziert werden können. So schreiten die Besucher über die Karte und entdecken dabei immer mehr Objekte in ihrer unmittelbaren Umgebung.

Sekundär kann AR aber auch als Schnittstelle zwischen den inneren Exponaten des ENE und dem Außenraum fungieren. ENE ist dann nicht mehr nur ein konkret verortetes, in sich abgeschlossenes Gebilde, welches die Besucher zu nachhaltigerem Handlen motivieren soll. Stattdessen wird diese Grundidee konsequent nach außen getragen und steht somit auch außerhalb des Erlebnisraumes zur Verfügung. AR-Apps sowie die entstehende Community stehen jedem jederzeit zur Verfügung. Per Smartphone können die einzelnen Personen der Zielgruppe praktisch überall die erlebten Erfahrungen mit Freunden und Bekannten teilen.

Szenarien:

• Würfel CO2:
  • Wird über CO2-Emissionen pro Kopf geredet, so wird häufig die Einheit Tonnen benutzt. Jeder Deutsche verbraucht heutzutage geschätzte 11 Tonnen CO2 pro Jahr. In vielen Ausstellungen und bei Internet-Recherchen rund um das Thema Klimawandel und CO2-Emission lassen sich schnell volumenartige Repräsentationsformen für eine Tonne CO2 finden, meist durch eine äußerlich gestaltete Kugel oder als ein Würfel mit einer Kantenlänge von etwas mehr als 8 Metern, auf dem sich entweder ein statischer Aufdruck befindet oder dessen Außenflächen über ein Projektionssystem dynamische Visualisierungen zulassen. Insbesondere letzteres erzielt dabei vermutlich einen beeindruckenden Effekt bei den Betrachtern. Man stelle sich vor, in unmittelbarer Nähe des 8 Meter hohen Würfels zu stehen und über die dynamischen Außenflächen gleichzeitig über die Außwirkungen dieser Menge CO2 informiert zu werden, die allein jeder Deutsche im Jahr verbraucht.
  • Natürlich ist eine solche Umsetzung der Repräsentation einer Tonne CO2 wegen seiner Faszination wünschenswert, jedoch herrscht für einen physischen Aufbau entsprechender Raum- sowie Materialbedarf und die Dynamisierung der Außenflächen bedingt eine komplexere und kosten- sowie stromintensive Projektionslösung.
  • Mit Hilfe von Augmented Reality ist es hingegen möglich, einen solchen interaktiven, dynamischen Würfel mit vergleichbaren Funktionalitäten zu virtualisieren! Eine virtuelle Lösung (wie sie auch in der obigen Abbildung visionär zu sehen ist) bietet dabei mehrere Vorteile:
    • kein physischer Aufbau notwendig. Damit auch keine Materialkosten (mit Ausnahme der Endgeräte Smartphone/Tablet, die aber in der Zielgruppe stark verbreitet sind)
    • Ein virtuelles Objekt kann ohne großen Aufwand "umziehen", sprich es kann neu verortet werden ("CO2-Würfel zum Mitnehmen")
    • Die Außenflächen können auch beliebig angepasst werden. Es können statische Bilder, dynamische Animationen oder Kurzfilme verwendet werden.
    • kostengünstig, da "nur" die App erstellt werden muss.
  • Neben dem Würfel kann auch zwischen weiteren Repräsentationsformen für eine Tonne CO2 (wie 80 Bäume, zurücklegbare Entfernung mit verschiedenen Verkehrsmitteln) schnell und einfach gewechselt werden.
  • Für einen erbauten ENE kann über eine örtlich fixierte Lösung nachgedacht werden, bei der ein Endgerät dauerhaft in ein fest verbautes Fernglas/Ausguck integriert ist und die Blickrichtung nur minimal beeinflusst werden kann. Nachteil: spielerische Interaktion des Betrachters wird so auf ein Minimum reduziert; mit dem eigenen Smartphone kann der Würfel hingegen von allen Seiten und unterschiedlichen Distanzen betrachtet werden.

• Integration von AR-Inhalten in den ENE-Nachhaltigkeitspfad
  • Im Rahmen des ENE-Projekts soll ein Pfad der Nachhaltigkeit mit mehreren kleineren Exponaten (rund um die Hochschule Bochum???) entstehen. In einen solchen Pfad lassen sich an geeigneten Stellen auch AR-Szenarien integrieren. Virtuelle Objekte könnten über GPS (Voraussetzung freie Himmelssicht!) verortet oder an Objekte der Pfadumgebung gebunden werden (Marker- oder 3D-Objekt-Tracking - siehe technische Beschreibung).
  • Liste möglicher Denkanstöße (darf gerne ergänzt werden!):
    • Platzieren einer sich drehenden Weltkugel (ggfs. thematische Einfärbung/Verformung)
    • farblos gezeichnete/gedruckte reale Karte, die über AR Farbe erhält.
    • allgemeiner: reales statisches Objekt, welches über AR animiert ("zum Leben erweckt") wird.
    • Platzieren des CO2-Würfels aus vorigem Szenario
    • virtuelles Begrünen/Bepflanzen einer Betonfläche.

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