Militärische Augmented Reality Systeme und deren Anwendung in zivilen Bereichen

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Name des Autors / der Autoren:	Engin Zorlu
Titel der Arbeit:	"Militärische Augmented Reality Systeme und deren Anwendung in zivilen Bereichen"
Hochschule und Studienort:	FOM Duisburg

Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Einführung 1.2 Motivation 1.3 Zielsetzung und Abgrenzung 2 Grundlagen 2.1 Definition und Begriffsabgrenzung 2.2 Ursprung und Historische Entwicklung 2.3 Technischer Aufbau und Funktionsweise von AR Systemen 2.3.1 Anzeigegeräte 2.3.2 Trackingsysteme 2.3.3 Software 3 Militärische Anwendungsbereiche von AR-Systemen 3.1 Luftstreitkräfte 3.2 Bodenstreitkräfte 3.3 Training und Kriegseinsatz 4 Zivile Anwendungsbereiche von AR Systemen 4.1 Industrie 4.2 Luftfahrt 4.3 Medizin 4.4 Unterhaltung, Bildung und Freizeit 5 Fazit 6 Verzeichnisse 6.1 Fußnoten 6.2 Quellenverzeichnis 6.3 Abkürzungsverzeichnis 6.4 Abbildungsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Einführung

Computergestützte Systeme sind heute aus unserem Leben nicht mehr wegzudenken. Heute, Anfang des 21. Jahrhunderts, gibt es nahezu keine Bereiche im praktischen Leben, in denen Computer nicht eingesetzt werden oder Computer keine unterstützenden Funktionen erfüllen. In Wirtschaft und Industrie, Militär und Raumfahrt, Medizin und Telekommunikation; Computer sind überall ein fester Bestandteil. Mit dem technologischen Fortschritt wuchs das Einsatzpotential von Computersystemen immer mehr und computergestützte Technologien und Lösungen wurden in verschiedene Bereiche verlagert. Technologien, die z.B. ihre Wurzeln im Militärischen Bereich haben, wurden in zivilen Bereichen eingesetzt. Weder der Wissenschaft, noch der technologischen Entwicklung sind keine Grenzen gesetzt. Die technologische Entwicklung in den letzten Jahrzehnten ist mit einem hohen Tempo vorangeschritten. Computertechnologien werden sehr schnell immer effizienter und ausgereifter und die Einsatzgebiete werden immer größer. Entwicklung bedarf jedoch einer finanziellen Kraft. Die Industrie investiert in Forschung und Entwicklung mit dem Hauptziel der Kosteneinsparung und dem Gewinnzuwachs. Um die politische Macht zu sichern, ist innerhalb der militärischen Rüstung die Entwicklung moderner Technologien besonders für einige Staaten von fundamentaler Bedeutung. Somit haben viele kostenaufwändige technologische Entwicklungen ihren Ursprung bei der Industrie und vor allem beim Militär. In beiden Bereichen sind die finanziellen Mittel viel höher im Vergleich zu anderen Bereichen und diese Mittel werden im hohen Maße für Entwicklung und Forschung eingesetzt. Auch die Entwicklung von Augmented Reality und vergleichbaren oder verwandten Technologien und Forschungsgebieten wurde und wird durch Industrie und Militär vorangetrieben. Beim Militär ist ein Vorteil die Kostenersparnis durch virtuelle Trainingsmethoden durch Einsatz von Simulatoren, ein weiterer Vorteil ist die Überlegenheit im Kampfeinsatz durch technologisch fortgeschrittenerer Waffensysteme. In der Industrie sind die Anwendungen vielschichtiger und haben das Ziel der Einsparung in der Entwicklung und Wartung.^[1]

1.2 Motivation

Die weltweiten Rüstungsausgaben betrugen 2007, nach Angaben von Friedensforschern, insgesamt 1.339 Milliarden US-Dollar. Dabei handelt es sich um eine Zunahme um sechs Prozent gegenüber 2006 und um 45 Prozent seit 1998. Allein die USA verzeichnete einen Etat von 580 Milliarden Dollar und somit 45 Prozent der globalen Ausgaben. Die USA ist somit auf der "Rüstungsrangliste" die einsame Nummer Eins gefolgt von China mit 140 Milliarden, Russland mit 78,8 Milliarden, Indien mit 72,2 Milliarden und Großbritannien mit 54,7 Milliarden US-Dollar.^[2] Eine lange Liste mit tragischen Zahlen, welche eine traurige Realität widerspiegelt. In diesen Überdimensionalen Ausgaben sind auch Ausgaben für technologische Entwicklungen enthalten. Entwicklungen, die für militärische Einsatzzwecke gedacht sind, aber in zivilen Bereichen auch Anwendung finden oder finden könnten. Die Rüstungsausgaben steigen von Jahr zu Jahr und dies wird sich, zumindest in absehbarer Zukunft, auch nicht ändern. Doch wieso sollen diese technologischen Entwicklungen, die mit riesigen Summen gefördert wurden nicht nutzbar für die Menschen eingesetzt werden?

1.3 Zielsetzung und Abgrenzung

Anhand der riesigen Rüstungsausgaben der USA und dem darausfolgenden militärisch-technologischen Vorsprung, konzentriert sich diese Ausarbeitung primär auf die technologischen Innovationen im Bereich der Augmented Reality des US-Militärs. In industriellen und zivilen Bereichen ist eine globalere Betrachtung gegeben. Obwohl Augmented Reality Systeme sich heute immer noch in einem sehr frühen Entwicklungsstadium befinden und größtenteils noch nicht ausgereift genug sind, ist die Augmented Reality Technologie Zukunftsweisend in den verschiedensten Bereichen. Oft sind die Grenzen zwischen den realitäts- bzw. virtualitätsgraden aus technischer Sicht nur schwer zu bestimmen. Somit werden in dieser Arbeit auch Technologien thematisiert, die im Wesentlichen auf "vermischter Realität" beruhen, weil diese im Bereich der Augmented Reality zukunftsweisend sind oder Augmented Reality Technologien beinhalten. Zudem sind Augmented Reality Technologien in ihren Einsatzgebieten so breit gefächert, dass es mit dieser Ausarbeitung nicht gelingen wird alle Bereiche und Technologien zu Thematisieren. Mit diesem Ziel werden sowohl aktuell bestehende Technologien als auch Projekte verschiedener Bereiche aus der Vergangenheit angesprochen. Dabei wird in dieser Ausarbeitung auf z.B. Details bzw. Funktionsweisen der Softwarearchitektur von AR-Systemen nicht eingegangen. Es soll lediglich ein Überblick über die wesentlichen Einsatzgebiete für militärische und zivile Zwecke gegeben und Parallelen aufgezeigt werden. Der Historische Ursprung und die Entwicklung wird anhand bedeutender Meilensteine beschrieben. Auf den Aufbau und die Funktionsweise wird näher eingegangen, weil dies bedeutend für das Verständnis und die die Vorstellung bzgl. Augmented Reality ist und eine Grundlage bietet. So werden verschiedene Anzeigegeräte und Trackingtechnologien vorgestellt bzw. erläutert und eine kurze Einsicht in die allgemeine Funktionsweise der Software geboten. Im Hauptteil der Ausarbeitung werden verschiedene AR-Systeme und Technologien in den Militärischen Teilbereichen der Luft- und Bodenstreitkräfte und dem Trainings- und Kriegseinsatz thematisiert. Der zivile Teil bietet einen Überblick über einige wesentliche Einsatzgebiete in der Industrie, Medizin und Sonstiges.

2 Grundlagen

2.1 Definition und Begriffsabgrenzung

Der englische Begriff Augmented Reality (AR) bedeutet übersetzt "erweiterte Realität" und beschreibt eine Mensch-Maschine Interaktion, bei der durch eine dreidimensionale Virtualisierung Informationen in die reale Umgebung des Benutzers eingebracht werden. Dieser Vorgang ist eine computergestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung. Ein häufig verwendetes Synonym für Augmented Reality (AR) ist der Begriff "Enhanced Reality". Im Gegensatz zu Virtual Rality (VR), häufiges Synonym "Virtual Environment" (VE), bei der die gesamte Umgebung durch Virtualisierung ersetzt wird, steht bei der Augmented Reality (AR) lediglich die Darstellung zusätzlicher Informationen im Vordergrund, also das hinzufügen von virtuellen Informationen zu einer realen Umgebung.^[3] Somit wird die reale Umgebung durch Einsatz von z.B. einer Kamera und spezieller Software mit virtuellen Objekten erweitert bzw. ergänzt. Das Von Paul Milgram 1994 definierte Kontinuum (Abb.1) zeigt einen Bereich, der von der realen Umgebung bis zur vollständigen virtuellen Umgebung reicht. Technologien, bei denen reale und virtuelle Szenen miteinander vermischt werden, lassen sich anhand dieses Kontinuums in ein Schema einteilen. Als "Mixed Reality"(MR) bezeichnet er die Übergangsphase zwischen Realität einerseits und virtueller Umgebung andererseits.^[4] Bewegt man sich von links nach rechts auf dieser Geraden, bedeutet das die Zunahme der Virtuellen Realität bzw. die Abnahme der Realität. In diesem Schema befindet sich AR rechts von der realen Umgebung. Augmented Virtuality (AV) und Virtual Environment (VE bzw. VR) sind von der Realität weiter entfernt. Augmented Reality ist der Realen Welt am nahestehendsten, denn bei AR werden in der Regel nur wenige virtuelle Objekte hinzugefügt und die reale Welt wird als Basis genommen.

2.2 Ursprung und Historische Entwicklung

Augmented Reality befindet sich, im Gegensatz zum Forschungsgebiet der virtuellen Realität (Virtual Reality), noch in einem sehr frühen Entwicklungsstadium. Der Ursprung von Augmented Reality liegt in den frühen 60er Jahren. Ivan Sutherland präsentierte 1968 zum ersten mal ein sogenanntes "Head-Mounted-Display"(Abb.2). Mit Hilfe dieses Head-Mounted-Displays (HMD) konnte sein System mittels einigen Bildschirmen dem Benutzer Grafiken einblenden. Das Bild wurde von den Bildschirmen dargestellt und durch ein 3D-Tracking-System veränderten sich die Grafiken, wenn der Benutzer den Kopf bewegte. Das auf dem Kopf getragene Ausgabegerät war jedoch so schwer, das es noch zusätzlich an der Decke befestigt werden musste. Das "Head-Mounted-Display" war aber eine bahnbrechende Idee für die weitere Entwicklung. Die Entwicklung von Augmented Reality Systemen hat sich Mitte der 80er Jahre immer weiter verstärkt. Der Begriff "Augmented Reality" beruht auf Tom Caudell und David Mizell im Jahre 1990. Beide waren Bei dem Flugzeugbauer Boeing beschäftigt und arbeiteten an der Entwicklung eines AR-Systems, welches bei der Flugzeugkonstruktion seinen Einsatz finden sollte. Die NASA und das US-Militär waren die beiden wichtigsten Bereiche, in denen im Gebiet der AR geforscht wurde. Zu den bekanntesten Entwicklungen zählt das IHADSS (Integrated Helmet And Display Sight System) für den Kampfhubschrauber AH-64 Apache. Mitte der 90er Jahre wurde die Ausarbeitung von R. Azuma veröffentlicht mit dem Titel "A Survey of Augmented Reality". R. Azuma fasste in seiner Arbeit die bis dato erreichten Entwicklungen zusammen und gab der Definition von "Augmented Reality" eine bis heute gültige Bedeutung. Ein weiterer Meilenstein war der Einsatz von HMDs seitens der USA in ihren Kampfjets. Mit dem Beginn der Serienproduktion des Eurofighter im Jahre 2003, wurden auch diese mit HMDs ausgerüstet.

2.3 Technischer Aufbau und Funktionsweise von AR Systemen

Ronald T. Azuma definiert drei Charakteristiker,^[5] die ein AR-System auszeichnen:

1. Die Vereinigung der Realität mit virtuellen Objekten in einer realen 3-D Umgebung.

2. Das System läuft interaktiv und in Echtzeit.

3. Die virtuellen Objekte werden an der realen 3-dimenisionalen Welt ausgerichtet.

Zu den von Ronald T. Azuma definierten drei Merkmalen lassen sich technische Systeme zuordnen, welche die Bausteine eines AR-Systems (Abb.3) bilden:^[6]

• Trackingsystem: Positionserfassung in 3D und Interaktion in Echtzeit

• Szenengenerator: Kombination von Realität und Virtualität und Interaktion

• Anzeigesystem: Kombination von Realität und Virtualität

• Datenbanksystem: Kombination von Realität und Virtualität

Ein Augmented Reality System muss über bestimmte Komponenten verfügen. Diese Komponenten können, abhängig vom System, stark voneinander variieren. Jedoch muss ein AR-System im Allgemeinen folgende Hard- und Software Eigenschaften besitzen.

Das Augmented Reality System besteht aus:^[7][8]

• Kamera

• Trackingsystem
  • Marker

• Visualisierungsinstrumente wie z.B.
  • Display
  • HMD, HUD oder spezielle Brillen
  • Projektor

• Computer (Datenhaltungssystem)

• Software (Szenengenerator)

Zusätzlich können noch Audio- und Haptiksysteme genannt werden. Sie gehören nicht zu der Grundausstattung eines AR-Systems, werden aber bei bestimmten AR-Anwendungen integriert.

2.3.1 Anzeigegeräte

Es gibt eine große Vielfalt an Anzeigegeräten die mit AR-Systemen eingesetzt werden. Im Folgenden werden die wichtigsten und gängigsten genannt und in ihre Kategorien aufgeteilt:

• Projektionswände, Virtual Table, CAVE (Raum zur Projektion einer dreidimensionalen Illusionswelt)(Abb.4)

• 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-Displays (Die Informationen werden direkt auf die Netzhaut projiziert)

2.3.2 Trackingsysteme

Das Englische Wort Tracking bedeutet übersetzt "Spurhaltung". Das Tracking-Verfahren übernimmt bei AR-Systemen eine sehr wichtige Rolle und gehört zu den primären Bestandteilen. Das Tracking-Verfahren ermöglicht das präzise überlagern von virtuellen mit reellen Objekten und schafft damit eine Übereinstimmung der virtuellen und realen Welt. Das Tracking-Verfahren kann dies nur ermöglichen, wenn eine exakte Positionsbestimmung des Betrachters und oder Objektes vorgenommen wird.^[9]

Ein Tracking-System muss folgende Anforderungen erfüllen:^[10]

• Genauigkeit, Zuverlässigkeit, Auflösung und Aktualisierungsrate müssen sehr hoch sein

• geringe Latenzzeit (latency) d.h. die Reaktionszeit bzw. Verzögerungszeit muss minimal sein

• 6 DOF (Degrees of Freedom, Freiheitsgerade)

• Multi-User Fähigkeit

• Mobilität

Es gibt verschiedene Arten von Tracking-Systemen, welche sich von der Funktionsweise und physischen Merkmalen differenzieren. Die Tracking-Systeme haben in ihrer Eigenart Vor- und Nachteile und können in folgende Typen unterteilt werden:^{[11] [12]}

Mechanisch

Mechanische Tracking-Systeme nehmen eine mechanische Messung vor, dabei besteht immer eine feste mechanische Verbindung zwischen dem Anwender und der Hardware, somit ist die Bewegungsfreiheit des Anwenders sehr eingeschränkt und bietet nur einen geringen Aktionsradius. Mit dieser Methode werden in relativ kurzer Zeit genaue Ergebnisse erreicht.

Akustisch

Bei diesem Verfahren wir Ultraschall eingesetzt und es wird eine hohe Reichweite ereicht, aber es besteht hohe Latenz und auf Grund von Nebengeräuschen entsteht hohe Störanfälligkeit. Beruht jedoch auf einem berührungslosen System und bietet daher große Bewegungsfreiheit.

Elektromagnetisch

Hohe Reichweite, bietet hohe Flexibilität und ist sehr robust, das Magnetfeld ist jedoch sehr störanfällig (umgebungsabhängig) und daher nur unter optimalen Voraussetzungen einsetzbar.

Optisch

Beim optischem Tracking gibt es zwei verschieden Arten: passives und aktives Tracking: Bei dem passiven Tracking werden Marker in Form von meist kleinen LEDs oder weißen Punkten eingesetzt, die von einer Kamera erkannt werden. (umgebungsabhängig) Beim passiven Tracking gibt es keine Marker. Die Kamera erfasst die Umgebung und der Computer versucht mit Objekterkennungsalgorithmen den Raum zu "tracken". Dies erfordert zum einen gute Algorithmen und zum anderen die nötige Rechenleistung.

Inertial (Trägheit)

Ein Tracking-System, welches sich durch seine besonderheit von den anderen abgrenzt. Bei Bewegung ist das System sehr genau und bei Stillstand ungenau, hat aber eine unbegrenzte Reichweite. Dieses Tracking-System ist gut zur Kombination mit anderen Systemen geeignet. Ergänzen sich die Systeme optimal, wird eine hohe Genauigkeit, bei Bewegung und Stillstand erreicht.

GPS

GPS hat die wohl weiteste Reichweite und ist für Outdoor-Tracking optimal. Wird jedoch eine hohe Genauigkeit beim bedienen kleinster Teile einer Maschine angestrebt, dann ist GPS nicht einsetzbar.

Lasertracking

Mittels Lasertracking erhält man eine sehr hohe Genauigkeit. Erfordert jedoch eine hohe Anforderung an Hardware.

2.3.3 Software

Wie bei allen anderen Computeranwendungen auch, sind jegliche computergestützte AR-Anwendungen an die Hardware zugeschnittener Betriebssysteme und Software angewiesen. Jedoch sind Umfang und Anforderung an Software stark vom jeweiligen AR-System abhängig. Im Allgemeinen bildet die AR-Software die Grundlage jedes AR-Systems. Über die AR-Software wird einerseits die Interaktion und die Kommunikation über Systemschnittstellen und Hardwarekomponenten umgesetzt, und andererseits bietet die AR-Software eine Benutzeroberfläche, über welche der Anwender das Gerät steuern kann. Im Allgemeinen muss AR-Software für folgende Aufgaben ausgelegt sein:^[13]

• Lesen und analysieren des Videobildes mittels Tracker
• Berechnung der Kalibrationsparameter der Kamera und Übersetzung in OpenGL Matrizen
• Weitergabe der neuen Daten an die Applikation
• Die Applikation kann beliebige OpenGL Befehle aufrufen um Bilder zu generieren und auf Eingabe des Benutzers zu reagieren

Zur Zeit gibt es eine ganze Reihe von AR-Software die primäre Funktionalitäten von AR-Software erfüllen und dem Anwender einen praktischen Eindruck der Funktionsweise von AR-Software vermitteln. Z.B. ist das ARToolkit eine Software-Bibliothek, um AR Applikationen zu erstellen und steht auf der ARToolkit Website als Download zur Verfügung. Auf der BMW Homepage gibt es die Möglichkeit eine AR-Software kostenlos zu beziehen, und mit dieser das neue BMW Z4 Modell über erweiterter Realität zu steuern. Auch Toyota bietet diese Möglichkeit für einige Toyota-Modelle.

3 Militärische Anwendungsbereiche von AR-Systemen

3.1 Luftstreitkräfte

Das LANTIRN (Low Altitude Navigation and Targeting InfraRed for Night System) wird in Kampfflugzeugen zur Nacht- und Tiefflugnavigation und zur Zielerkennung und Zielmarkierung eingesetzt. Das LANTIRN wird unter dem Flugzeug an einer Vorrichtung befestigt (Abb.5) und besteht aus einem Navigations- und einem Zielbehälter. Die Daten werden über diese Geräte an den Bordcomputer geliefert und auf dem HUD angezeigt. Auf dem HUD werden Navigations- und Zielhilfen aber auch Nachtsichtbilder der Umgebung angezeigt. Die US-amerikanische Firma Martin Marietta (heute Lockheed Martin) begann ende der 80er Jahre mit der Entwicklung von LANTIRN. 1987 ging das System in Serienproduktion und wurde bis heute stetig weiterentwickelt, wobei auch spezielle holographische HUDs mitentwickelt wurden.^[14] Bei der Entwicklung des Apache AH-64 Kampfhubschraubers, wollte man ein System, welches Pilot und Bordschützen unabhängig von deren Blickrichtung mit Daten versorgen sollte. Das IHADSS (Integrated Helmet And Display Sight System) sollte diese Aufgabe übernehmen und integraler Bestandteil des Apache-Waffensystems werden (Abb.6). Die Entwickler entschieden sich für ein monokulares OST Display, in das sowohl Navigations- und Zielhilfen als auch Nachtsichtbilder eingespeist werden können. An dem Helm des Benutzers ist ein Sender montiert, welches das Tracking ermöglicht. Über dieses Tracking-System wird die Blickrichtung des Benutzers ermittelt. Die am Bug des Hubschraubers angebrachten Sensoren sowie die Bordkanone unter dem Rumpf werden entsprechend ausgerichtet.^[15]

Bei der Entwicklung des Kampfflugzeuges F-35 (Joint Strike Fighter) von der Firma Lockheed Martin wurde gänzlich auf ein HUD verzichtet. Das HUD wurde durch ein HMD ersetzt.^[16] Das HMD hat gegenüber dem herkömmlichen HUD den Vorteil, dass dem Piloten auch bei der Blickrichtungsänderung (nach oben bzw. zur Seite) die nötigen Informationen immer in dessen Sichtfeld eingeblendet werden, nämlich direkt auf das Visier des Pilotenhelmes. Deswegen werden diese HMDs nicht als Head-Mounted-Display, sondern als Helmet-Mounted-Display bezeichnet (Abb.7). Auch die nachfolgenden Modelle wie das aktuelle F-35 Lighting II ist auf ein HMD ausgelegt und verleiht den Piloten große Vorteile im Einsatz wie z.B. im Luftkampf oder bei der Navigation und Zielerfassung.^[17]

3.2 Bodenstreitkräfte

In den frühen 90er Jahren wurde das Projekt "21 CLW" ( 21st Century Land Warrior ) (Abb.8) vom US-Militär ins Leben gerufen und hatte das Ziel der Entwicklung einer Ausrüstung für Infanteristen, welche die Schlagkraft und Überlebensfähigkeit gegenüber dem Feind verbessern sollte.^[18] Die 21 CLW Ausrüstung besteht aus einem OST-HMD, welches am Helm montiert wird. Im Rucksack befindet sich die Recheneinheit, Funk- und GPS-Gerät. An der Waffe wird zusätzlich eine zoombare Farbkamera und ein Nachtsichtgerät montiert, die ebenfalls mit der Recheneinheit vernetzt sind. Der Soldat wird mit Daten wie z.B. Koordinaten oder Bildern versorgt. Diese Ausrüstung soll dem Soldaten auch ermöglichen aus der Deckung heraus auf das feindliche Ziel feuern zu können. Diese Eigenschaft ist vor allem im Häuserkampf von großem Vorteil. Es gab noch zahlreiche andere Projekte bzw. Entwicklungen von AR-Systemen für die Bodentruppen der USA. Ein im Jahr 1992 begonnene Entwicklungsprogramm war das CVC ( Combat Vehicle Crew). Ziel war es ein HMD für gepanzerte Kampffahrzeuge zu entwickeln und somit dem Panzerkommandeur zu ermöglichen seine Umgebung realitätsnah zu beobachten und wahrzunehmen ohne das Fahrzeug verlassen zu müssen.^[19]Ein ähnliches System ist das NOMAD Augmented Vision System und wurde auch für den Einsatz in militärischen Bodenfahrzeugen entwickelt. Auch hier hat der Kommandeur den großen Vorteil die Umgebung zu erkunden ohne den Kopf aus der Fahrzeugluke hinauszustrecken. Die Besonderheit diese Systems ist jedoch, dass sie auch auf Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten ausgelegt ist. Über das HMD werden dem Anwender Daten wie z.B. Schaltpläne und Reparatur-Checklisten eingeblendet.

3.3 Training und Kriegseinsatz

Beim Militär sind simulierte oder virtualisierte Trainingsmethoden einerseits von großem finanziellem Vorteil und andererseits wird die Gefahr für die Menschen minimiert. Simulierte Trainingsmethoden mit einem maximalen Realismusgrad ersetzen effektiv kostenaufwändige und Gefährliche Übungen. Um diesen Nutzen zu erreichen, hat besonders das US-Militär schon sehr früh Forschungen in diesem Bereich betrieben. Beim US-Militär hat die Zuständigkeit die STRICOM (U.S. Army Simulation, Training and Instrumentation Command). Mit den sogenannten "Ego-Shooter" Computer Spielen im Consumer-Bereich, wurde die STRICOM auf das militärisch nutzbare Potential der "Wargames" aufmerksam. Das Ego-Shooter-Computerspiel "Doom" wurde 1993 auf den Markt gebracht und wird wegen der bis dato neuartigen 3D-Grafik und kommerziellem Erfolgs als Meilenstein im Bereich der Computerspiele betrachtet. Basieren auf diesem PC-Spiel entstand eine "MarineDoom" Version, die zum Nahkampftraining der Marines eingesetzt wurde. STRICOM beauftragte PC-Spiele Hersteller, Spiele wie "DeltaForce2" zu modifizieren, um diese für Trainingszwecke einzusetzen. Dazu gehören u.A. auch Rainbow Six Rouge Spear und der Microsoft Flight Simulator.Diese PC-Spiele waren für Militärs so nützlich, dass auch eigene Spiele produziert wurden. Mit dem Spiel "America’s Army" (Abb.9) sollte das Interesse von jungen Leuten für das Militär geweckt aber auch das Potenzial von langjährigen "Zockern" ausgenutzt werden, die nach Meinung der Army wertvolle Fähigkeiten entwickelt hatten. Im Jahre 2002 wurde das Spiel veröffentlicht und war von der Qualität her konkurrenzfähig zu herkömmlichen Consumer-Spielen, wurde aber Kostenlos angeboten. Der Spieler übernimmt die Rolle einer Charaktere vom Training bis zum Kampfeinsatz, und dies relativ realitätsnah.^[20] Obwohl die Trainingsmethode mit Einsatz von Computerspielen keine komplette AR-Methode darstellt, weil die Spielumgebung komplett virtuell ist, hat diese Methode den Grundstein für AR-Methoden geliefert. Die DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) hat Ende der 80er Jahre das sogenannte SIMNET (Networked Simulation) ins Leben gerufen. Ziel dieses Systems ist die Vernetzung mehrerer Simulatoren zur gemeinsamen Teilnahme an einem Manöver. Es können mehrere Hundert Teilnehmer an verschiedenen Orten auf der ganzen Welt teilnehmen, wobei z.B. Panzer-, Hubschrauber- und Flugzeug-Simulatoren in einem Netzwerk interagieren können.^[21] Besonders das U.S. Militär setzt verschiedene Simulatoren ein, welche die AR-Technologie nutzen. Sowohl Flug- als auch Kampfsimulatoren. Ein mobiles Simulationssystem des US Militärs für die Kampfhubschrauberpiloten ist das AVCATT (Aviation Combined Arms Tactical Trainer – Aviation Reconfigurable Manned Simulator)(Abb.10). Dieser Simulator bietet die simulierte Kampfausbildung für verschiedene Kampfhubschraubertypen und kann mit anderen Simulatoren gekoppelt werden.^[22]

Im Kampfeinsatz ist das Ziel von AR-Anwendungen den eigenen Soldaten erweiterte, vorteilhafte Fähigkeiten gegenüber den gegnerischen Soldaten zu verschaffen. Das Projekt "Land Warrior" ist eines der größten Projekte der DARPA auf diesem Gebiet. Bei dem Projekt "Land Warrior" handelt es sich um ein vernetztes Waffen- und Kommunikationssystem. Der mit diesem System ausgestattete Soldat ist Teil eines "Battlefield Network", in dem er als einzelne Einheit mit anderen Einheiten interagiert. Dieser Soldat verfügt über ein HMD und erhält über dieses Zugriff auf taktische Daten, Karten und weitere Informationen. Der Soldat ist permanent mit der Zentrale vernetzt und kann Nachrichten austauschen. 1991 begann die DARPA mit der Entwicklung dieses Systems und im Jahre 2000 erfolgten die ersten Trainingseinsätze. Im Irak-Krieg kam dieses System massenhaft zum Einsatz.^[23] Eine weitere AR-Anwendung in diesem Bereich ist das "Battlefield Augmented Reality System" (BARS). Das Prinzip von BARS ist dabei, dass das Schlachtfeld (Battlefield) als 3D-Modell vorliegt und somit das Geschehen virtuell abgebildet werden kann. Das "3D Interactive Command Environment" (3DICE) ist die Sammelstelle aller Informationen. Von dieser Zentrale aus leitet die Truppenführung die Einheiten. Das komplette Kampfgeschehen kann auch in einer CAVE im Überblick beobachtet werden. Die Soldaten (Warriors) sind mit einem "Wearable Augmented Reality System" (WARS) ausgerüstet welches z.B. den Zugriff auf 3D-Daten des Geländes ermöglicht. Dieses System erschließt somit die Möglichkeit in einer X-Ray Ansicht durch Gebäude durchzuschauen, denn die für den "Warrior" verdeckten Objekte werden über das HMD des WARS direkt an entsprechender Stelle angezeigt. Mit dem selbem Prinzip lässt sich auch die Position von anderen "Warriors" ausmachen, ohne direkten Sichtkontakt zu haben.^[24]

4 Zivile Anwendungsbereiche von AR Systemen

4.1 Industrie

Das 2004 abgeschlossene Projekt ARVIKA hatte das Ziel, die Einsatzmöglichkeiten von Augmented Reality in komplexen industriellen Anwendungen zu erforschen und war bis dato das bedeutendste Vorhaben auf diesem Gebiet. Für das vom Ministerium für Bildung und Forschung geförderte Leitprojekt ARVIKA wurden AR-Technologien zur Unterstützung von Arbeitsprozessen in Entwicklung, Produktion und Service für komplexe technische Produkte und Anlagen benutzungs- und anwendungsorientiert erforscht und realisiert.^[25] Es wurden folgende Applikationen untersucht:^[26]

• die Montageoptimierung von Einzel- und Kleinserien
• die Fabrik- und Hallenplanung
• die Unterstützung in der Automobilmontage mit dem Schwerpunkt der logistischen Unterstützung und Kommissionierung
• Einsatz bei komplexen Montagen im Flugzeugbau bei Airbus und der Eurofighter-Fertigung

Auch in der Produktentstehung sind vielfältige AR-Systeme im Einsatz oder in Entwicklung. Um einen kurzen Überblick zu geben wird im Folgenden jeweils ein Beispiel für jeden Abschnitt gegeben.^[27]

Design: SketchAR des Fraunhofer IGD in Darmstadt "SketchAR" ist ein vom Fraunhofer IGD in Darmstadt entwickeltes AR-System für den Design-Bereich. Mit diesem System kann der Designer virtuelle Objekte erzeugen und nach individuellen Ansprüchen manipulieren(Abb.11). Bei der Weiterverarbeitung der Daten ist der große Vorteil, dass diesem Sysem ein CAD-System zugrunde liegt und die Daten auch in jedem anderen CAD-System verwendet werden können.

Konstruktion: Construct 3D von der Technischen Universität Wien Die TU Wien setzt in Kombination mit einem Konstruktionssystem AR in der Anwendung "Construct3D" ein. Diese Anwendung wird als Lernmedium für Schüler verwendet, um schülern räumliche Probleme und Beziehungen besser vermitteln zu können.

Simulation/FEM: AR-Crash bei der Volkswagen AG

Prototypenbau: Bolzensetzen im Prototypenbau bei BMW

Bei den beiden Projekten "AR-Crash" und "Bolzensetzen" handelt es sich um ARVIKA-Projekte. Diese Entwicklungen werden in der Simulation und dem Prototypenbau angewendet.

Erprobung: IPEK Uni Karlsruhe mit dem Antriebsbaugruppenprüfstand

Bei dem Antriebsbaugruppenprüfstand am IPEK (Institut für Produktentwicklung der Universität Karlsruhe) steht die Untersuchung des Verhaltens der Prüfstandbediener bei der Erprobung von neuen Antriebsaggregaten im Vordergrund. Mittels VR- und AR-Technik wird dabei das Verhalten des Anwenders visualisiert und analysiert, ist aber zugleich ein AR-System als Einrichthilfe bei der Inbetriebnahme neuer Versuchsaggregate. Mit dieser AR-Anwendung wird angestrebt, den Umgang mit der Prüfstandsoftware zu verbessern und die Einrichtzeiten zu verkürzen.

In der Automobilindustrie kommen AR-Systeme in verschieden Phasen wie z.B. bei der Konstruktion, dem Design und auch der Simulation zum Einsatz. Die simulierten Crash-Tests in der Automobilindustrie sind sehr Kostensparend, da viele Simulationen nicht mit echten Fahrzeugen, sondern durch computergestützte Simulationen erfolgreich durchgeführt werden und somit die Verschrottung der fabrikneuen Autos auf mehr als die Hälfte reduziert wird. Ein weiterer großer Vorteil ist die detaillierte physikalische Simulation jedes einzelnen Bauteils innerhalb des Crash-Fahrzeugs. Somit wird die Auswertung einzelner Bauteile während des Crash-Tests in Beziehung zueinander und als isoliertes Bauteil effektiver betrachtet, irrelevante Faktoren oder Bauteile werden ausgesondert. Da alle Daten in 3D visualisiert und verarbeitet werden sind auch verschiedene Perspektiven oder Betrachtungen und genauere Untersuchungen von bestimmten Fahrzeugbereichen wie z.B. Fahrzeuginnenraum oder Motorinnenraum möglich.^[28]

Im Bereich der Wartung und Reparatur werden heute AR-Systeme oft eingesetzt. Beispiel hierfür sind z.B. Ölbohrinseln, Flugzeug- und Autoindustrie. Die grundlegende Idee dabei ist, ein komplexes System in einem 3D-Modell mit zusätzlichen Informationen zu allen wichtigen Einzelteilen abzubilden.^[29] Durch die Anzeige dieser Informationen kann z.B. der Techniker auf diese Daten zugreifen und für seine Aufgabe verwerten, ohne großen Aufwand an Fehlersuche oder Dokumentations- oder Planrecherche zu verschwenden.

Das Forschungsprojekt "AMIRE" zielte darauf ab, ein Trainingsszenario für Mitarbeiter einer Ölraffinerie zu entwickeln. Grundgedanke hier war es, die zu reparierenden Pipelines exakt zu lokalisieren und die reine Außenansicht der Maschinen und Geräte durch eine virtuelle Innenansicht zu ergänzen. Da dieses Training direkt am Ort des späteren Einsatzes erfolgt, hat es den großen Vorteil, dass sich die Mitarbeiter den eigentlichen Einsatz in der Praxis vorstellen und sich somit besser auf bestimmte Situationen vorbereiten können. Da die Anordnung der Pipelines sehr komplex ist, werden sie im Realbild um den virtuell eingeblendeten Lageplan ergänzt und dadurch für die Mitarbeiter besser nachvollziehbar.^[30]Im Bereich der Öl-Industrie werden AR-Systeme auch oft zur Dreidimensionalen Visualisierung geologischer Daten eingesetzt.

4.2 Luftfahrt

Bereits Anfang der 90er Jahre wurde von dem Flugzeughersteller Boeing ein Projekt durchgeführt, mit dem Ziel die elektrische Verkabelung von Flugzeugen durch Einsatz von AR-Technologie vereinfachter zu realisieren. Die elektrische Verkabelung von Flugzeugen erfolgt außerhalb des Flugzeugs und ist eine komplexe, nicht zu automatisierende Aufgabe, die anhand von Zeichnungen und Handbüchern erfolgt. Eine umfassende Einarbeitung der Beteiligten Techniker, Konstrukteure etc. ist somit von großer Bedeutung. Der Arbeitsplatz ist eine mehrere Meter lange mobile Tafel, an der sich die Beteiligten hin und her bewegen müssen. Die Firma Boeing hat, unter der Mitwirkung von Tom Caudell und David Mizell, für diesen Arbeitsprozess eine AR-Lösung entwickelt und eingesetzt. Durch diese Innovative Lösung wurden einerseits die gedruckten Materialen durch digitale ersetzt und andererseits wurde erreicht, dass die geometrische Zeichnung über ein monokulares halb-durchsichtiges HMD in das Blickfeld der Benutzer eingeblendet wurde. Zu dem wurde ermöglicht Konstruktionsanweisungen bezüglich Technik und Design virtuell zur Verfügung zu stellen, um so zukünftige Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten zu vereinfachen. Der Einsatz verschiedenster AR-Systeme ist bei der Firma Boeing immer noch ein aktuelles Thema.^[31] Augmented Reality Systeme finden jedoch auch ihre Anwendung in den Cockpits von zivilen Flugzeugen. Nach langjährigem Einsatz von Head Up Displays bei Kampfflugzeugen werden diese auch in Transportflugzeugen und zivilen Strahlflugzeugen eingesetzt (Abb.12). Über die HUDs werden Informationen wie z.B. Fluggeschwindigkeit, Flughöhe, Kurs, Funkfrequenzen und Wegpunktinformationen (Richtung, Entfernung, geschätzte Ankunftszeit etc.) angezeigt. Hersteller von Airlinern und Business-Jets bieten z.B. optional die Ausstattung der Flugzeuge mit Head Up Displays an.^[32]

4.3 Medizin

AR-Anwendungen erhöhen den Informationsgehalt realer Szenen. Allein durch diese Eigenschaft bietet der Einsatz von AR-Systemen in der Medizin einen großen Vorteil. Die Praktisch-Medizinischen Anwendungen wie z.B. bei Therapien, Diagnosen oder Operationen erhalten eine völlig andere Dimension von Behandlungstechnik. In der Ausbildung von Medizinern werden AR-Systeme eingesetzt, wo z.B. zu erlernende Handlungen simuliert werden, aber auch zur Unterstützung bei der Interpretation dreidimensionaler Bilddaten. In Verschiedenen Bereichen der Medizin sind Augmented Reality-Systeme schon seit Jahren im Einsatz und es kommen ständig neue Entwicklungen dazu. In der Chirurgie, beispielweise bei einer Biopsie, beobachtet der Chirurg die Bilder auf einem Monitor, die durch eine Kamera geliefert werden, welche an einem Instrument montiert ist. Diese Vorgehensweise ist zwar sehr Vorteilhaft, für den Chirurgen selbst jedoch sehr schwierig, denn es muss ein ständiger Sichtkontakt zum Monitor bestehen und führt somit zu einer Verminderung der "Hand-Auge-Koordination" und beeinträchtigt damit den konstanten Operationsfluss. Durch Einsatz eines AR-Systems wird dieses Problem gelöst. Das AR-System ermöglicht dem Chirurgen Informationen über die exakte Position der Biopsienadel direkt in sein Blickfeld auf den Patienten einzublenden. Dieses Beispiel aus der Biopsie ist lediglich ein Beispiel für den Einsatz von AR in der Medizin. Z.B. können jegliche Bilder und Informationen von Organen in das Sichtfeld des Operateurs eingeblendet werden, die zuvor mit medizinischen Geräten wie Ultraschall, CT oder MRT gewonnen wurden. Dazu werden zweidimensionale Bilder mittels Algorithmen übereinander gelagert, so dass dreidimensionale Objekte entstehen. Auch Informationen über Position von Instrumenten, die mittels eines Navigationssystems ermittelt werden sind für den Anwender sofort sichtbar, da die Informationen direkt in das Sichtfeld eingeblendet werden.^[33]

Varioskope (Abb.13) werden schon seit Jahren in der Medizin, vor allem der Chirurgie eingesetzt. Varioskope sind vom Grundprinzip her tragbare Mikroskope oder Seeverstärker mit Zoomfunktion, haben aber mittlerweile viele erweiterte Funktionen und werden auch mit AR-Technologie eingesetzt. Das Varioscope® M5 (Abb.14) gibt z.B. dem Anwender die Möglichkeit der Datenvisualisierung (Augmented Reality, Navigation und Photodynamic Vision). Dieses Gerät ermöglicht auch die Dokumentation und Präsentation des Behandlungsgebietes aus dem Blickwinkel des Anwenders.^[34]

Die computergestützte Therapieplanung ist ein weiterer großer Anwendungsbereich von AR-Systemen in der Medizin. An Leberzentren wie Heidelberg werden seit Jahren AR-Anwendungen zur computergestützten Therapie- bzw. Operationsplanung eingesetzt. Der Einsatz von Operationsplanungssystemen ermöglicht neben der Dreidimensionalen Visualisierung von anatomischen Strukturen auch eine Abschätzung der Leberfunktion und somit eine zusätzliche Sicherheit bei der Beurteilung der Operabilität oder der Auswahl einer alternativen Therapie.^[35]

4.4 Unterhaltung, Bildung und Freizeit

Die Filmindustrie ist ebenfalls eines der zivilen Bereiche, in denen VR- und MR-Anwendungen schon seit langem eingesetzt werden. Dies stellt sogleich die Basis für AR-Anwendungen, wobei diese in einem bestimmten Umfang schon seit einigen Jahren angewendet und entwickelt werden. Um eine Vorvisualisierung der Dreharbeiten zu erhalten, werden zur Verwendung der Planung des Arbeitsablaufes Methoden der computergestützten Visualisierung oder Miniatur-Kulissen angewandt. Die Idee ist dabei, Werkzeuge, welche auf der AR-Technologie basieren z.B. zum testen der Belichtungsverhältnisse im Vorfeld oder bessere Möglichkeiten der Kamerajustierung zu erreichen.^[36] Seinen großen Auftritt hat Augmented Reality, besonders in Hollywood-Produktionen, im Bereich der "visual effects". Das wohl bekannteste Science-Fiction Spektakel aus den späten 70er Jahren ist Star Wars. Bis dato waren Spezialeffekte in diesem Umfang auf Kinoleinwänden noch nicht gesehen. Augmented Reality kam in einem gewissen Umfang ebenfalls zum Einsatz. Virtuelle Bilder wurden in die Reale Szene eingesetzt. In einer Filmszene z.B. wird eine virtuelle Karte eines Mondes (Hologramm) in die Szene eingesetzt. Da bei derartigen Spezialeffekten die Grenze zwischen trivialen dreidimensionalen Projektionsmethoden und Augmented Reality nur schwer zu ziehen ist, wurde die Bezeichnung "Spatial Augmented Reality" (spatial=räumlich) durch die Forscher Oliver Bimber und Ramesh Raskar für den Großteil dieser Technologien durchgesetzt.^[37] Heute werden in der Filmindustrie computergenerierte Bilder verstärkt eingesetzt. Ein relativ junges Verfahren, dass sogenannte Blue- bzw. Greenscreen ermöglicht es Gegenstände oder Personen nachträglich vor einem Hintergrund zu setzten.

Das Apple iPhone hat sich durch seine innovativen technologischen Möglichkeiten bei den Konsumenten in kürzester Zeit sehr beliebt gemacht. Apple beweist auch mit diesem Gerät und den Nachfolgermodellen, dass Innovation ganz groß geschrieben wird. Für das iPhone gibt es jetzt schon einige Applikationen (Apps) die auf AR-Technologie basieren. Eine Reihe von AR-Applikationen sind noch in der Entwicklungsphase oder noch nicht auf dem deutschen Markt erhältlich. Andere Mobilfunkhersteller wie Nokia oder Samsung bieten auch Funktionalitäten für AR-Anwendungen an. Nach Herstellerangaben werden für den Mobilfunkbereich in nächster Zeit verschiedene Applikationen angeboten, wobei die AR-Tools auch auf z.B. Windows Mobile oder Android Betriebssystemen ausgelegt werden. Im Folgenden werden einige "Applications" (Apps), die in erster Linie für das iPhone angeboten bzw. geplant sind aufgelistet und bezüglicher ihrer Funktionalitäten kurz beschrieben.

Junaio

Mit dem App Junaio ist es möglich mittels Schnappschüssen animierte 3D-Szenen zu erstellen, diese mit einem Standort zu verbinden und über Netzwerke wie Facebook zu veröffentlichen (Abb.15). Auch Twitter-Nachrichten oder Weblinks können standortbezogen abgelegt und von anderen Usern erkundet werden.^[38]

Pocket Universe

Das App Pocket Universe zeigt in Abhängigkeit der Blick- bzw. Ausrichtung des Gerätes den jeweiligen Sternenhimmel mit den zugehörigen Informationen wie z.B. Sternbildern, Sternen, Planeten, Monden und Nebeln an (Abb.16). Zusätzlich sind in diesem App noch aktuelle News bezüglich der Astronomieszene, eine Quizfunktion und eine Karte, die Krater und Meere des Mondes und Landestellen von Apollo Missionen enthalten (Abb.17).^[39]

Bionic Eye

Mit dieser App können interessante Orte genannt POI ( Point of Interest) angezeigt werden wie z.B. WiFi-Zone, Starbucks, McDonalds, Hilton, U-Bahnstationen und ähnliches. Eine grafische Darstellung und die Richtung wird auf dem Display angezeigt. Zur Richtungsnavigation wird der interne Kompass des iPhone 3GS benutzt.^[40]

Nearest Wiki

Bei dem App Nearest Wiki handelt es sich um eine AR-Anwendung, die mit einer Wissensdatenbank der Wikipedia verknüpft ist. Die Informationen werden in Form von Bild und Introtext von Dingen in der Umgebung angezeigt. Das Online-Lexikon Wikipedia ist damit mobil und fungiert quasi als Reiseleiter. Durch Ausrichtung der Kamera auf Gebäude wie z.B. Sehenswürdigkeiten, werden Informationen über diese auf dem Display eingeblendet.^[41]

Layar Reality Browser

Mit dem App Layar Reality Browser werden Informationen in Echtzeit zur Umgebung angezeigt. Mit dieser Anwendung kann z.B. eine Wohnungssuche sehr bequem durchgeführt werden. Durch die Ausrichtung der Kamera auf ein Gebäude werden Informationen, die z.B. von einem Immobilienmakler-Unternehmen zum jeweiligen Objekt hinzugefügt wurden, über das Handy-Display bezüglich des Objekts abgerufen.^[42]

Car Finder

Der Car Finder hilft dabei ein geparktes Fahrzeug zu finden. Wer z.B. sein Auto auf großen Parkplätzen parkt, muss manchmal lange suchen, um es unter den vielen anderen Fahrzeugen wiederzufinden. Die AR-Anwendung Car Finder für das iPhone 3GS merkt sich die Position des Autos und blendet die Position direkt ins Echtzeitkamerabild ein (Abb.18).^[43]

In der Spiele-Welt werden AR-Anwendungen seit einigen Jahren angeboten und haben heute einen neuen Markt geschaffen. Aktuelle Innovationen bieten vor allem die Spielkonsolen Nintendo Wii und die Playstation 3 von Sony. Bei diesen Spielen steht zwar die "Mixed Reality" im Vordergrund, verkörpern aber klare Ansätze von reinen AR-Games. Mit dem Nintendo DSI gegen Ende 2008 brachte Nintendo ein Nachfolgemodell der Handheld-Konsole Nintendo DS auf den Markt. Gemeinsam mit dem Nintendo DSI wurde das Spiel "Ghostwire: Links To The Paranormal" vertrieben. In diesem spiel geht es um die Geisterjagt innerhalb der eigenen vier Wände. Die Umgebung wird mittels der Kamera nach Geistern gescannt.^[44]Das PSP von Sony bietet ein ähnliches AR-Game namens "Invizimals", mit dem wesentlichen Unterschied, dass es bei diesem Spiel nicht ums aufspüren von Geistern sonder Monstern geht. Für Mobile Devices wie z.B. das Apple iPhone gibt es eine Reihe von Spielen die Virtuelle Objekte in reale Szenen setzten. Beispiele hierfür sind Games wie Firepower oder Firefighter360.

5 Fazit

Die Augmented Reality Technologie wird seit den 50er Jahren des vergangen Jahrhunderts immer weiter entwickelt und findet stetig neue Anwendungsgebiete. In Militärischen Teilbereichen sind AR-Anwendungen mittlerweile fest implementiert und in einigen Teilbereichen noch in der Entwicklung bzw. Erprobung. In der Industrie werden AR-Systeme in bestimmten Bereichen eingesetzt und die Forschung und Entwicklung wird gefördert. Heute Profitiert der zivile Bereich noch nicht im großen Umfang von dieser Entwicklung, denn Augmented Reality ist in einem zu frühen Entwicklungsstadium. Die Vereinfachung der technologischen Möglichkeiten sowie der Kostenfaktor werden sich aber in absehbarer Zukunft für den Masseneinsatz, zumindest in bestimmten Bereichen, marktorientiert entwickeln. In der Medizin gibt es viele Einsatzfelder, in denen AR-Systeme großen Nutzen haben könnten. Zu Schulungszwecken wie auch zur Diagnose- bzw. Operationsunterstützung. Im industriellen Bereich der Konstruktion, Architektur, Design, Wartung und Reparatur sind durch Einsatz von AR-Anwendungen viele Vorteile zu sehen. In vielen Bereichen unseres täglichen Lebens sind AR-Anwendungen schon vorgedrungen. Die AR-Apps des Apple iPhone sind ein aktuelles Beispiel dafür. Besonders in den Bereichen Freizeit, Sport und Vergnügung werden neue AR-Anwendungen in den nächsten Jahren den Markt überfluten. Die Entwicklung und Forschung auf dem Gebiet der Augmented Reality zeigt, dass sich die AR-Technologien in naher Zukunft noch viele Gebiete erschließen werden. Obwohl sich die AR-Technologie sich heute noch in einem relativ frühen Entwicklungsstadium befindet, sind AR-Systeme in vielen Bereichen im Einsatz und die Entwicklung wird im militärischen wie auch im zivilen Bereichen zunehmend gefördert. Dank des Potentials der Augmented Reality Technologie hat der Anwender die Möglichkeit unsichtbares zu sehen, unvorhersehbares vorauszusehen und schnell auf wichtige Informationen bezüglich Objekte zuzugreifen. Diese und andere Eigenschaften, erreicht durch AR-Technologie, macht Augmented Reality zu einer Zukunftsweisenden Technologie. Auch das Militär wird weiterhin hohes Interesse an dieser Technologie haben, sie weiter entwickeln und in weiteren Bereichen einsetzen. Es bleibt nur noch zu hoffen, dass Augmented Reality nicht nur die Militärmächte und Rüstungsnationen in Ausübung ihrer Macht verstärkt, sondern vor allem im medizinischen Bereich die Qualität der Therapien erhöht. Sicher ist aber, dass klein wie auch groß mit AR-Games viel Freude haben werden.

6 Verzeichnisse

6.1 Fußnoten

1. ↑ Vgl.AusarbMetz http://www.medien.ifi.lmu.de/fileadmin/mimuc/hs_2004/ausarbeitung_metz.pdf S.2. Stand: 28.12.2009 18.48 Uhr.
2. ↑ Vgl.RPOnline28.12.2009 http://www.rp-online.de/politik/deutschland/Die-Welt-ruestet-auf_aid_708316.html Stand: 28.12.09 19:00 Uhr.
3. ↑ Vgl.Azuma97 http://www.cs.unc.edu/~azuma/ARpresence.pdf S.2. Stand: 29.12.09 20:21 Uhr.
4. ↑ Vgl.MilgramKishino94 http://web.cs.wpi.edu/~gogo/hive/papers/Milgram_IEICE_1994.pdf S.2. Stand: 29.12.2009 20.44 Uhr.
5. ↑ Vgl.Azuma97 http://www.cs.unc.edu/~azuma/ARpresence.pdf S.2. Stand: 29.12.09 20:21 Uhr.
6. ↑ Vgl.ThSchilling http://www.db-thueringen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-16751/ilm1-2008000157.pdf S.9. Stand: 31.12.2009 18.11 Uhr.
7. ↑ Vgl.VallinoIntro http://www.se.rit.edu/~jrv/research/ar/introduction.html#Section1.3 Stand: 29.12.2009 22.49 Uhr.
8. ↑ Vgl.ATegtmeier http://diglib.uni-magdeburg.de/Dissertationen/2007/andtegtmeier.pdf S.14. Stand: 31.12.2009 02.26 Uhr.
9. ↑ Vgl.JoachSteinCAR http://www.alice-dsl.net/joachimsteinmetz/CAR/Computer_Augmented_Reality_by_Joachim_Steinmetz.pdf S.3. Stand: 30.12.2009 19.12 Uhr.
10. ↑ Vgl.JoachSteinCAR http://www.alice-dsl.net/joachimsteinmetz/CAR/Computer_Augmented_Reality_by_Joachim_Steinmetz.pdf S.3. Stand: 30.12.2009 19.18 Uhr.
11. ↑ Vgl.JoachSteinCAR http://www.alice-dsl.net/joachimsteinmetz/CAR/Computer_Augmented_Reality_by_Joachim_Steinmetz.pdf S.3-4. Stand: 30.12.2009 19.21 Uhr.
12. ↑ Vgl.JoaSetzer http://www.it.hs-esslingen.de/~schmidt/vorlesungen/vr/seminar/ws9899/tracking-verfahren.html Stand: 30.12.2009 21.21 Uhr.
13. ↑ Vgl.MarOrs http://campar.in.tum.de/twiki/pub/Chair/TeachingSS05ARProseminar/10_Produktion_Wartung_AA.pdf S.4. Stand: 13.01.2010 21.23 Uhr.
14. ↑ Vgl.DanSeibertUniUlm http://www-vs.informatik.uni-ulm.de/teach/ws03/vp/ausarbeitungen/MixedReality_Seibert.pdf S.6-7. Stand: 29.12.2009 15.43 Uhr.
15. ↑ Vgl.DanSeibertUniUlm http://www-vs.informatik.uni-ulm.de/teach/ws03/vp/ausarbeitungen/MixedReality_Seibert.pdf S.7-8. Stand: 29.12.2009 16.13 Uhr.
16. ↑ Vgl.FraMadUniM http://campar.in.tum.de/twiki/pub/Students/DaMader/diplomarbeit.pdf S.18. Stand: 04.01.2010 13.38 Uhr.
17. ↑ Vgl.LockhMar http://www.lockheedmartin.com/products/f35/ Stand: 04.01.2010 13.34 Uhr.
18. ↑ Vgl.DanSeibertUniUlm http://www-vs.informatik.uni-ulm.de/teach/ws03/vp/ausarbeitungen/MixedReality_Seibert.pdf S.8-10. Stand: 29.12.2009 16.28 Uhr.
19. ↑ Vgl.McSm http://www.dtic.mil/ndia/11ground/clauson.pdf S.2ff. Stand: 14.01.2010 16.26 Uhr.
20. ↑ Vgl.AusarbMetz http://www.medien.ifi.lmu.de/fileadmin/mimuc/hs_2004/ausarbeitung_metz.pdf S.4-5. Stand: 30.12.2009 22.22 Uhr.
21. ↑ Vgl.AusarbMetz http://www.medien.ifi.lmu.de/fileadmin/mimuc/hs_2004/ausarbeitung_metz.pdf S.5. Stand: 30.12.2009 22.38 Uhr.
22. ↑ Vgl.AVCATT http://www.peostri.army.mil/PRODUCTS/AVCATT/ Stand: 14.01.2010 00.56 Uhr.
23. ↑ Vgl.AusarbMetz http://www.medien.ifi.lmu.de/fileadmin/mimuc/hs_2004/ausarbeitung_metz.pdf S.5-6. Stand: 04.01.2010 02.16 Uhr.
24. ↑ Vgl.AusarbMetz http://www.medien.ifi.lmu.de/fileadmin/mimuc/hs_2004/ausarbeitung_metz.pdf S.5-6. Stand: 04.01.2010 02.19 Uhr.
25. ↑ Vgl.MBauerTUM http://campar.in.tum.de/twiki/pub/Chair/TeachingWS05AugmentedRealityAnwendungen/HristoGanchev.pdf S.1. Stand: 31.12.2009 01.58.
26. ↑ Vgl.ThSchilling http://www.db-thueringen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-16751/ilm1-2008000157.pdf S.13. Stand: 03.01.2010 23.46 Uhr.
27. ↑ Vgl.ThSchilling http://www.db-thueringen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-16751/ilm1-2008000157.pdf S.15. Stand: 03.01.2010 23.47 Uhr.
28. ↑ Vgl.AusarbMetz http://www.medien.ifi.lmu.de/fileadmin/mimuc/hs_2004/ausarbeitung_metz.pdf S.4. Stand: 11.01.2010 17.24 Uhr.
29. ↑ Vgl.AusarbMetz http://www.medien.ifi.lmu.de/fileadmin/mimuc/hs_2004/ausarbeitung_metz.pdf S.4. Stand: 11.01.2010 16.29 Uhr.
30. ↑ Vgl.CLAB http://www.c-lab.de/fileadmin/redactors/data/Services_Downloads/C-LAB_Reports/1_C-LAB-TR-2005-1-Augmented_Reality_Information_im_Fokus.pdf S.9. Stand: 14.01.2010 14.10 Uhr.
31. ↑ Vgl.InRüg S.170 Mobile Solutions 2007
32. ↑ Vgl.FraMadUniM http://campar.in.tum.de/twiki/pub/Students/DaMader/diplomarbeit.pdf S.16-18. Stand: 11.01.2010 23.34 Uhr.
33. ↑ Vgl.KaiBlümUniKa http://wwwiaim.ira.uka.de/Teaching/ProseminarMedizin/Ausarbeitungen/WS0102/07_Augmented_Reality.pdf S.9. Stand: 04.01.2010 15.10 Uhr.
34. ↑ Vgl.HessShop http://www.hess-shop.de/Produkte/HighTech/Varioscopy/VarioscopeM5/tabid/71/language/de-DE/Default.aspx Stand: 04.01.2010 16.02 Uhr.
35. ↑ Vgl.TimSuth http://opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2006/1380/pdf/suthau_tim.pdf S.39. Stand: 11.01.2010 16.42 Uhr.
36. ↑ Vgl.MaBr http://kola.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2007/159/pdf/Realisierung_einer_eigenst%C3%A4ndigen_Trackingbibliothek_auf_Bas.pdf S.1. Stand: 13.01.2010 23.40 Uhr.
37. ↑ Vgl.MartKran http://www.m-kranich.de/documents/seminararbeit-kranich-webbook.pdf S.26-27. Stand: 13.01.2010 23.55 Uhr.
38. ↑ Vgl.CreOrd http://createordie.de/cod/news/Augmented-Reality-App-Junaio-fuer-das-iPhone-052385.html Stand: 12.01.2010 22.00 Uhr.
39. ↑ Vgl.pockun http://www.benm.at/2009/07/07/augmented-reality-pocket-universe/ Stand: 12.01.2010 22.10 Uhr.
40. ↑ Vgl.bionic http://mashable.com/2009/09/24/bionic-eye/ Stand: 12.01.2010 22.14 Uhr.
41. ↑ Vgl.NeWik http://www.iphone-fan.de/nearest-wiki-erweitert-wahrnehmung-und-wissen/ Stand: 12.01.2010 22.20 Uhr.
42. ↑ Vgl.LaRB http://download.chip.eu/de/Layer-Reality-Browser_6046805.html Stand: 12.01.2010 22.16 Uhr.
43. ↑ Vgl.carfind http://www.macwelt.de/artikel/Kurztest_iPhone/369139/car_finder_10_hilft_beim_finden_eines_geparkten_autos/1 Stand: 12.01.2010 22.19 Uhr.
44. ↑ Vgl.NetBuz http://netbuzzr.com/unterhaltung/mit-dem-nintendo-dsi-auf-augmented-reality-geisterjagd/ Stand: 12.01.2010 22.19 Uhr.

6.2 Quellenverzeichnis

ATegtmeier	André Tegtmeier - Augmented Reality als Anwendungstechnologie in der Automobilindustrie - Dissertation - Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg http://diglib.uni-magdeburg.de/Dissertationen/2007/andtegtmeier.pdf
AusarbMetz	Christoph Metz - Seminararbeit zum Thema Virtual und Augmented Reality in Industrie und Militär. Ludwig-Maximilians-Universität München LFE Medieninformatik http://www.medien.ifi.lmu.de/fileadmin/mimuc/hs_2004/ausarbeitung_metz.pdf
AVCATT	U.S. Army PEO STRI - http://www.peostri.army.mil/PRODUCTS/AVCATT/
Azuma97	Ronald T. Azuma - A Survey of Augmented Reality - In Presence: Teleoperators and Virtual Environments 6, 4 (August 1997), 355-385.http://www.cs.unc.edu/~azuma/ARpresence.pdf
carfind	iPhoneWelt - Car Finder 1.0 - Hilft beim Finden eines geparkten Autos http://www.macwelt.de/artikel/Kurztest_iPhone/369139/car_finder_10_hilft_beim_finden_eines_geparkten_autos/1
CreOrd	Create Or Die - Augmented Reality-App Junaio für das iPhone - Rubrik "News" 13. November 2009 http://createordie.de/cod/news/Augmented-Reality-App-Junaio-fuer-das-iPhone-052385.html
CLAB	Christine Ludwig/Christian Reimann - Augmented Reality:Information im Fokus - C-LAB Report Vol.4 (2005)No.1 - ISSN 1619-7879 http://www.c-lab.de/fileadmin/redactors/data/Services_Downloads/C-LAB_Reports/1_C-LAB-TR-2005-1-Augmented_Reality_Information_im_Fokus.pdf
DanSeibertUniUlm	Daniel Seibert - Hauptseminar Virtuelle Präsenz Mixed Reality - Universität Ulm Fakultät für Informatik Wintersemester 03/04) http://www-vs.informatik.uni-ulm.de/teach/ws03/vp/ausarbeitungen/MixedReality_Seibert.pdf
FraMadUniM	Franz Mader/Diplomarbeit: Entwurf und Integration eines kamerabasierten Trackingsystems für ein Flugzeugcockpit zur Darstellung fortschrittlicher Flugführungsinformationen in einem Head-Mounted Display - TU München http://campar.in.tum.de/twiki/pub/Students/DaMader/diplomarbeit.pdf
HessShop	http://www.hess-shop.de/Produkte/HighTech/Varioscopy/VarioscopeM5/tabid/71/language/de-DE/Default.aspx
InRüg	Ingrid Rügge - Mobile Solutions -Einsatzpotenziale, Nutzungsprobleme und Lösungsansätze - 1.Auflage September 2007 Deutscher Universitäts-Verlag ISBN: 978-3-8350-0919-6
JoachSteinCAR	Joachim Steinmetz - Computer Augmented Reality http://www.alice-dsl.net/joachimsteinmetz/CAR/Computer_Augmented_Reality_by_Joachim_Steinmetz.pdf
JoaSetzer	Joachim Setzer - Virtuelle Realität - Kapitel 14. Trackingsysteme http://www.it.hs-esslingen.de/~schmidt/vorlesungen/vr/seminar/ws9899/tracking-verfahren.html
KaiBlümUniKa	Kai Blümchen/Proseminar: Augmented Reality - Simulation und Virtuelle Realität in der Medizin WS 2001/2002 - Uni Karlsruhe http://wwwiaim.ira.uka.de/Teaching/ProseminarMedizin/Ausarbeitungen/WS0102/07_Augmented_Reality.pdf
LaRB	Chip.de - Layer Reality Browser Download Info - http://download.chip.eu/de/Layer-Reality-Browser_6046805.html
LockhMar	Lockheed Martin Homepage - http://www.lockheedmartin.com
MaBr	Martina Brümmer - Realisierung einer eigenständigen Trackingbibliothek auf der Basis des ARToolkit und des ARToolkitPlus Studienarbeit im Studiengang Computervisualistik - April 2007 Uni Koblenz http://kola.opus.hbz-nrw.de/volltexte/2007/159/pdf/Realisierung_einer_eigenst%C3%A4ndigen_Trackingbibliothek_auf_Bas.pdf
MartKran	Martin Kranich/Vertiefungsseminararbeit - Augmented Reality - Grundlagen, Anwendungen der Erweiterten Realität und Potenziale im Zeitalter des allgegenwärtigen Rechnens - Technische Universität Dresden Juli 2007 http://www.m-kranich.de/documents/seminararbeit-kranich-webbook.pdf
MarOrs	Marek Orschewski/Proseminar: Anwendungen für Augmented Reality - Anwendungen in der Wartung und Produktion http://campar.in.tum.de/twiki/pub/Chair/TeachingSS05ARProseminar/10_Produktion_Wartung_AA.pdf
MBauerTUM	Martin A. Bauer - Proseminar: Augmented Reality - TU München http://campar.in.tum.de/twiki/pub/Chair/TeachingWS05AugmentedRealityAnwendungen/HristoGanchev.pdf
McSm	Mike Clauson/Steve McCormick - US Army Ground Vehicle Crew Compartment Halon Replacement Program - http://www.dtic.mil/ndia/11ground/clauson.pdf
MilgramKishino94	Paul Milgram and Fumio Kishino - A Taxonomy of Mixed Reality Virtual Displays. IEICE Transactions on Information Systems, Vol.E77-D, No.12 December 1994 http://web.cs.wpi.edu/~gogo/hive/papers/Milgram_IEICE_1994.pdf
NetBuz	http://netbuzzr.com/unterhaltung/mit-dem-nintendo-dsi-auf-augmented-reality-geisterjagd/
NeWik	iphone-fan.de - NearestWiki erweitert Wahrnehmung und Wissen http://www.iphone-fan.de/nearest-wiki-erweitert-wahrnehmung-und-wissen/
pockun	BENM.AT - Augmented Reality: Pocket Universe http://www.benm.at/2009/07/07/augmented-reality-pocket-universe/
RPOnline28.12.2009	Rheinische Post Online - 1339 Milliarden Dollar Militärausgaben - Die Welt rüstet auf. http://www.rp-online.de/politik/deutschland/Die-Welt-ruestet-auf_aid_708316.html
ThSchilling	Thomas Schilling - Augmented Reality in der Produktentstehung - Dissertation(Dr.-Ing.) - Technische Universität Ilmenau http://www.db-thueringen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-16751/ilm1-2008000157.pdf
TimSuth	Tim Suthau/Dissertation - Augmented Reality - Positionsgenaue Einblendung räumlicher Informationen in einem See Through Head Mounted Display für die Medizin am Beispiel der Leberchirurgie - Technische Universität Berlin http://opus.kobv.de/tuberlin/volltexte/2006/1380/pdf/suthau_tim.pdf
VallinoIntro	James R. Vallino - Introduction to Augmented Reality http://www.se.rit.edu/~jrv/research/ar/introduction.html

6.3 Abkürzungsverzeichnis

Abkürzung	Bedeutung
AR	Augmented Reality
AVCATT	Aviation Combined Arms Tactical Trainer
CAD	Computer Aided Design
CAVE	Cave Automatic Virtual Environment
CRT	Cathode Ray Tube (Kathodenstrahlröhre)
CT	Computertomographie (Medizin)
CVC	Combat Vehicle Crew
DARPA	Defense Advanced Research Projects Agency
DOF	Degrees of Freedom (Freiheitsgerade)
GPS	Global Positioning System
HMD	Head-Mounted-Display
HUD	Head-Up-Display
IHADSS	Integrated Helmet And Display Sight System
IPEK	Institut für Produktentwicklung der Universität Karlsruhe
LANTIRN	Low Altitude Navigation and Targeting InfraRed for Night System
LCD	Liquid Crystal Display (Flüssigkristallanzeige)
LED	Light Emitting Diode (lichtemittierende Diode)
MR	Mixed Reality
MRT	Magnetresonanztomographie (Medizin)
OpenGL	Open Graphics Library
OST	Optical-See-Through
POI	Point Of Interest
SIMNET	Networked Simulation
STRICOM	Simulation, Training and Instrumentation Command (U.S. Army)
VE	Virtual Environment
VR	Virtual Reality
WARS	Wearable Augmented Reality System
21CLW	21st Century Land Warrior

6.4 Abbildungsverzeichnis

Abb.-Nr.	Abbildung
1	Reality-Virtuality Continuum von Paul Milgram
2	Ein HMD aus den 60er Jahren
3	Aufbau eines AR-Systems
4	CAVE (Cave Automatic Virtual Environment)
5	F-16 mit LANTIRN Technologie
6	Apache AH-64 mit IHDASS Technologie
7	Helmet-Mounted-Display
8	Helmet-Mounted-Display
9	Ego-Shooter der U.S. Army
10	AVCATT - Kampshubschrauber-Simulator
11	Designer arbeiten an einem Fahrzeugmodell in einer Art CAVE
12	Ziviles Head Up Display einer Boeing 737-832
13	Operation mit dem Varioscope
14	Das Varioscope M5
15	Junaio
16	Pocket Universe
17	Pocket Universe
18	Car Finder