Technologische Grundlagen und Anwendungsfelder von Augmented Reality

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Namen der Autoren:	Nils Oltersdorf, Max Schindler, Gajanath Thavanesan
Titel der Arbeit:	Technologische Grundlagen und Anwendungsfelder von Augmented Reality
Hochschule und Studienort:	Fachhochschule für Oekonomie und Management in Düsseldorf

Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Ausgangslage und Zielsetzung 1.2 Aufbau und Vorgehensweise 2 Grundlagen 2.1 Augmented Reality 2.2 Begriffsabgrenzung 2.3 Motivation 2.4 Historie 3 Technologische Grundlagen 3.1 Konzeption 3.2 Technische Umsetzung 3.2.1 Trackingsystem 3.2.2 Szenengenerator 3.2.3 Ausgabesystem 3.2.3.1 Head-Mounted Displays 3.2.3.2 Monitor-based 3.2.3.3 Weitere Lösungen 3.2.4 Interaktionssystem 3.3 Herausforderung 4 Anwendungsgebiete von Augmented Reality 4.1 Unterhaltung 4.2 Industrie 4.3 Militär 4.4 Zivile Luftfahrt 4.5 Medizin 4.6 Bildung 4.7 Navigation 5 Bewertung 6 Schlussbetrachtung 7 Fußnoten 8 Anhang 8.1 Abkürzungsverzeichnis 8.2 Abbildungsverzeichnis 8.3 Tabellenverzeichnis 8.4 Literatur- und Quellenverzeichnis

1 Einleitung

Diese Fallstudie entsteht im Rahmen der Veranstaltung 'Fallstudie 2' unter der Leitung von Herrn Prof. Dr. Kern an der Fachhochschule für Ökonomie und Management am Studienstandort Düsseldorf.

1.1 Ausgangslage und Zielsetzung

In den zurückliegenden Dekaden hat der Computer einen immer wichtigeren Stellenwert in unserem Leben eingenommen. Der Fortschritt in der Entwicklung von digitalen Rechnern verläuft rasant: Auf der einen Seite werden die Produktionskosten immer geringer, auf der anderen Seite nimmt ihre Leistung und Geschwindigkeit stetig zu. Dadurch ist in den letzten Jahren eine Vielzahl neuer Anwendungsgebiete erschlossen worden. Computerchips finden sich nicht mehr nur noch in PCs, sondern auch in Mobiltelefonen, Kleidung, Häusern, Autos, also in fast allen Bereichen des Alltags. Die Interaktion mit Computersystemen ist damit für uns gebräuchlich geworden, so dass wir uns ihrer teilweise nicht einmal mehr bewusst sind.

Die vorliegende Studienarbeit dokumentiert die Entwicklungen im Umfeld von 'Augmented Reality'. Es werden die technischen Realisierung und potenziellen Anwendungsfelder für die neuartige Interaktion zwischen Mensch und Maschine durchleuchtet und kritisch bewertet.

Die durchgeführten Analysen stützen sich vorrangig auf vorhandene Forschungsergebnisse.

1.2 Aufbau und Vorgehensweise

Der Inhalt der vorliegenden Arbeit ist in sechs Kapitel aufgegliedert. Im nachfolgenden zweiten Kapitel wird auf die Entstehungsgeschichte von Augmented Reality und dessen Bedeutung eingegangen, bevor im dritten Teil die grundlegende Technik und Funktionen aufgezeigt werden. In den nächsten zwei Kapiteln werden die erfolgversprechendsten Anwendungsfelder mit Hilfe konkreter Beispiele erläutert und zusätzlich anhand festgelegter Kriterien bewertet. Im abschließenden sechsten Kapitel werden Ausblicke aufgezeigt, welche die Entwicklungstrends widerspiegeln und somit gleichzeitig den gegenwärtige Forschungsstand aufzeigt.

Für die erfolgreiche Anfertigung dieser Arbeit wurde in erster Linie auf Publikationen aus dem Internet zum Thema 'Augmented Reality' zurückgegriffen. Daneben wurde Fachliteratur für die erforderliche Wissensaneignung und Recherche herangezogen.

2 Grundlagen

In diesem Kapitel wird zunächst der Begriff „Augmented Reality“ erklärt und definiert sowie Gründe für den Einsatz aufgeführt. Im Anschluss wird die geschichtliche Entwicklung beleuchtet sowie eine Abgrenzung der verschiedenen Begrifflichkeiten im Zusammenhang mit dem Thema durchgeführt.

2.1 Augmented Reality

Augmented Reality (kurz: AR) bedeutet soviel wie „erweiterte Realität“ und beschreibt das Zusammenspiel von Technik und Wirklichkeit. Die Wahrnehmung wird computergestützt um wichtige Informationen ergänzt und kann alle menschlichen Sinne ansprechen, wobei häuftig nur die visuelle Wahrnehmung angesprochen wird. In der Literatur hat vorherrschend die Definition von Azuma (1997) Gültigkeit; denmach handelt es sich um ein AR-System, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

• die virtuelle Realität und die Realität sind miteinander kombiniert (teilweise überlagert)

• Interaktivität in Echtzeit

• Reale und virtuelle Objekte stehen 3-Dimensional zueinander in Bezug

Des Weiteren sind Kamera, Trackinggerät und die entsprechende Software unumgängliche technische Mittel zur Umsetzung eines ARS.

2.2 Begriffsabgrenzung

Mixed Reality ist der Oberbegriff für die Verschmelzung von realer und virtueller Welt. Innerhalb dieses Themas gibt es jedoch feine Unterschiede wie die beiden wichtigsten Ausprägungen „Augmented Reality“ und „Virtual Reality“ zeigen. VR bedeutet übersetzt „Virtuelle Realität“ und beschreibt die in Echtzeit computergestützte Darstellung und Wahrnehmung der Realität in einer virtuellen Umgebung. In Abgrenzung zur Augmented Reality steht hier die virtuelle Welt im Vordergrund und es findet keine Verschmelzung mit der Realität statt, wie es bei AR der Fall ist. Dort geht es mehr darum, dem Nuter sein Handeln zu erleichtern indem zusätzliche Informationen in die Realität implementiert werden.

2.3 Motivation

Die Motivation für den Einsatz von Augmented Reality ist offensichtlich die Ergänzung der Wirklichkeit um zusätzlichen Informationen und die damit verbundene Erleichterung der Arbeit und größt mögliches Maß an Service für den Nutzer. Ein bekanntes Beispiel für AR sind die Einblendungen bei Fußballspielen. Dem Zuschauer wird der aktuelle Spielstand eingeblendet oder bei Freistößen die Entfernung zum Tor angezeigt. Auch die Werbeindustrie hat die neue Technologie bereits für sich entdeckt. Virtuelle Einblendungen von Firmenlogos gehören bei großen, im TV übertragenen Events bereits zum Standart. Doch auch in anderen Anwendungsfelder sind die Möglichkeiten nahezu unbegrenzt. Heutzutage finden AR-Systeme bereits Anwendung in der Medizin, z. B. bei Operationen werden dem Chirurge basierend auf vorheriger Untersuchungen Bilder oder zusätzliche Informationen angezeigt. In der Industrie ist eine Einblendung von entsprechenden Lage- oder Bauplänen denkbar und bei Navigationssystemen gehört es ebenfalls bereits zum Standart dem Nutzer die Möglichkeit zu bieten, beim Passieren von bekannten Sehenswürdigkeiten Zusatzinformationen abzurufen. Das Militär experimentiert seit längerem mit Augmented Reality um den in der Presse häufig als „Soldaten der Zukunft“ beschriebenen Menschen zu erschaffen.

2.4 Historie

Ein erster wichtiger Schritt hin zur Entwicklung von Augemented Reality Systemen gelang Ivan Sutherland 1966 im Rahmen seiner Tätigkeit am MIT mit der Erfindung des Head-Mounted Displays. Auch wenn dieses noch so schwer war, dass es nur von der Decke hängend getragen werden konnte, zeichneten sich die entscheiden Vorteile deutlich ab. Aufgrund der Nähe zum Auge war zum einen ein komplettes Abtauchen in die virtuelle Realität möglich, des Weiteren aber auch eine Verschmelzung eben dieser und der Realität durch Überblendung möglich. Der Begriff „Augmented Reality“ wurde erstmals von Tom Caudell und David Mizell im Jahre 1990 geprägt. Zu der Zeit waren beide Angestellte beim Flugzeugbauer Boeing und arbeitetet im Rahmen eines Pilotprojektes an der Verbesserung des Produktionsprozesses. Montagepläne für Kabelbäume wurden digitalisiert und sollten den Mitarbeitern das Verlegen der Einzelkabel erleichtern. Ende der 90er Jahre folgte dann die Veröffentlichung von „A Survey of Augmented Reality“ von R. Azuma, welcher sowohl die bisherigen Entwicklungen zusammenfasste sowie eine Definition, welche bis heute Bestand hat, aufstellte.

3 Technologische Grundlagen

Dieses Kapitel behandelt den charakteristischen Aufbau und die technische Umsetzung von Augmented Reality Systemen und untersucht hierzu die Basisfunktionalitäten, Anforderungen und Herausforderungen.

3.1 Konzeption

Die schematische Darstellung in Abbildung 2 zeigt den typischen Aufbau eines AR Systems. Die mit der Kamera eingefangenen Bilder aus der realen 3D-Welt werden zunächst in ein 2D-Bild transformiert. Gleichzeitig wird vom Computer ein virtuelles Objekt erzeugt und mit einem Abgleich auf das reale Bild gerendert. Danach werden beide Bilder in der Augmented Darstellung überlagert. Die in der Darstellung aufgeführten Pfeile deuten die unterschiedliche Lage der Koordinatensysteme der unterschiedlichen Welten und zeigt die Übereinstimmung in der erweiterten Realitäts Darstellung.

Abbildung 2: Konzeption eines Augmented Reality Systems ^[2]

3.2 Technische Umsetzung

Eine grundlegende Entscheidung bei der Entwicklung eines AR-Systems ist die Auswahl der zu verwendenden Technologie. Das Zusammenführen der Realität mit der virtuellen Überlagerung kann auf ganz unterschiedlichen Verfahren erfolgen. Ausschlaggebend bei dieser Wahl ist vor allem das Anwendungsgebiet, in dem das AR-System eingesetzt werden soll.

Im allgemeinem besteht ein solches System aus drei verschiedenen Komponenten mit drei unterschiedlichen Aufgaben:

• Trackingsystem
• Szenengenerator
• Ausgabesystem

Abhängig vom Anwendungsgebiet kann ein AR System um eine Interaktionssystem ergänzt werden.

3.2.1 Trackingsystem

Die Funktion des Tracking ist unentbehrlich für jedes Augmented Reality System. Der Tracker ist verantwortlich für die genaue Erfassung der Position und Bewegung eines Benutzers oder Objektes, um so die korrekte Zusammenführung von realer und virtueller Welt sicherzustellen. Das virtuelle Bild in AR Anwendungen steht stets in Beziehung mit der realen Szene und somit fallen kleinere Fehler schnell ins Gewicht.

Um einen Anwender in einem AR Systemen bestmöglich zu erfassen sind folgende Punkte bei einem Trackingsystem relevant:

• Genauigkeit

Die Genauigkeit des Sensors ist entscheidend für die exakte Übereinstimmung der zusammenzuführenden Bilder. Nur ein sehr genau abgestimmter Sensor kann die kleinsten Veränderungen im Bild erkennen und korrigieren, um so ein optimale Darstellung zu gewährleisten.

• Reichweite

Um den Anwender uneingeschränkt agieren zu lassen, darf ein Tracker dessen Bewegungsfreiheit nicht einschränken. Für vereinzelte Anwendungen ist es von größter Wichtigkeit nicht an einem bestimmten Punkt gebunden sein, sondern sich frei im Raum bewegen zu können.

• Eingabediversität und -Bandbreite

Überall dort, wo für den Benutzer Zusatzinformationen, sichtbar oder hörbar, hilfreich sind, ist der Einsatz von AR Anwendungen von Vorteil. Aus diesem Grund kann die Menge der benötigten Sensoren und die damit zu verarbeitenden Information rasant ansteigen. Hierfür wird ein leistungsfähiges System benötigt, da nur die möglichst gleichzeitige Verarbeitung dieser Informationen ein optimales Ergebnis sicherstellt.

Darüber hinaus sind die verschiedenen Verfahren für Trackingsysteme zu berücksichtigen:

1. Mechanisch:

Bei dieser Form des Tracking ist das zu erfassende Gegenstand über einen Gelenkarm, mit einer fest installierten Station verbunden. Veränderungen des Winkel am Gelenkarm werden mittels optischer Sensoren gemessen. Daraus lässt sich die Position im Raum ermitteln. Dieses Verfahren liefert schnell exakte Ergebnisse und ist relativ preisgünstig. Dem gegenüber steht die stark eingeschränkte Bewegungsfreiheit durch den Gelenkarm.^[3]

2. Ultraschall:

Das zu untersuchende Objekt wird mit einem Sender versehen, der in sehr kurzen Abständen Ultraschallsignale sendet. Im Raum befinden sich mehrere fix montierte Mikrofone, die das Signal in unterschiedlichen Zeitabständen empfangen. Aus den gemessenen Zeitunterschieden des empfangenen Schalls kann die Position ermittelt werden. Für dieses Verfahren sprechen die geringen Kosten und die nicht vorrausgesetzte mechanische Verbindung. Allerdings ist die Genauigkeit nicht einwandfrei, eine direkte Verbindung zwischen Sender und Empfänger notwendig und anfällig gegenüber akustischen Nebengeräuschen. ^[4]

3. Inertial:

Bei diesem Verfahren wird unter Berücksichtigung der Massenträgheit die Position und Orientierung eines Objektes gemessen. Anhand von Beschleunigungsmesser und Gyroskop können Bewegungsgeschwindigkeit und Richtung des Objekts bestimmt werden. Die Anschaffung von zusätzlichen Gerätschaften ist nicht von nöten und macht dieses Konzept daher relativ preisgünstig. Daneben ist dieses Verfahren nicht anfällig gegen äußere Einflüssen, wie z.B. Magnetfeldern und die verwendeten Messgeräte schränken den Benutzer in seiner Bewegung nicht ein. Dagegen sprechen die nicht ausgereifte Technik und die zu erwartenden 'Drifts' (aufsummierte Messfehler).^[5][6]

4. Elektormagnetisch:

Hierbei werden von einem Transmitter (Sender) durch elektromagnetische Spulen Magnetfelder erzeugt. Am zu erfassenden Objekt ist ein Receiver (Empfänger) angebracht, der diese Magnetfelder empfängt. Mit Hilfe der empfangenen Signale kann die Position und Orientierung des Objektes im Raum mit hoher Präzision berechnet werden. Die Bewegungsfreiheit bleibt durch dieses Verfahren uneingeschränkt. Wegen der aufwändigen Messmethode können allerdings lange Verzögerungszeiten entstehen. Außerdem ist diese Methode störanfällig gegenüber Magnetfeldern.^[7][8]

5. Optisch:

Beim optischen Tracking wird zwischen aktivem und passivem Verfahren unterschieden. Beim aktiven Verfahren werden von mehreren kleinen Infrarotkameras, die sich am zu untersuchenden Objekt befinden, Infrarot-Leuchtdioden in einer festgelegten Anordnung an der Decke oder Wand aufgenommen. Anhand deren Lage kann die Position der Kameras festgestellt werden. Beim passiven Verfahren wird das zu untersuchende Objekt mit reflektierenden Markierungen versehen. Von einer Kamera, die ihrerseits mit Leuchtdioden versehen ist, werden die Markierungen erfasst. Mit Hilfe von Methoden zur Bilderkennung wird dann die Position des Objektes bestimmt. Aufgrund der Verwendung von aufwändigen Verfahren kann es zu längeren Verzögerungszeiten kommen.^[9]

6. Satellitenbasiert:

Für die Positionsbestimmung eines Datenhandschuh ungeeignet, liefert es für die Fahrzeugnavigation über eine virtuelle Straßenkarte ausgezeichnete Werte. Fast jedes Automobil ist mit einem Satellitenempfänger des GPS (Global Positioning System) ausgestattet, oder kann leicht um solch ein Gerät erweitert werden. Dadurch kann die Position des Fahrzeuges mit Hilfe der global zur Verfügung gestellten Satellitensignale bis auf wenige Meter genau bestimmt werden. Dieses Verfahren ist nicht für alle Anwendungsbereiche geeignet und verfügt über keine Funktion für die Erfassung der Orientierung des Anwenders. ^[10]

Alle diese Konzepte haben ihre Vor- und Nachteile, aber keines dieser Trackingsysteme liefert ein fehlerfreies Ergebnis. Aus diesem Grund wird in der Regel stets eine Kombination aus verschiedenen Trackingsensoren eingesetzt.

3.2.2 Szenengenerator

Diese Komponente ist die eigentliche Zentraleinheit des Systems und erzeugt aufgrund der Informationen des Trackers die virtuellen Objekte. Hier werden sämtliche Berechnungen bezüglich Größe, Lage, Kontrast und Helligkeit der grafischen Bilder durchgeführt. Zusätzlich wird der Szenengenerator beim Großteil der AR Systemen über eine Datenbank mit Anwendungsspezifische Zusatzinformationen versorgt.

3.2.3 Ausgabesystem

Die Ausgabemedien sind verantwortlich für die Visualisierung der virtuellen Objekte, die der realen Umgebung überlagert werden. Für die Visualisierung in AR-Systemen werden folgende Kategorien von Displays eingesetzt.

3.2.3.1 Head-Mounted Displays

Hierbei handelt es um den eigentlichen Urtypen eines Ausgabegerätes für die Verwendung im Bereich von AR.

Man unterscheidet zwei grundlegende Ansätze.^[11]

• Optische Technologie:

'Optical-See-Through' HMDs bestehen aus den folgenden Bauteilen, ein halbdurchlässiger Spiegel, ein kleiner Monitor und ein Tracker. Das Gestell hält die Komponenten und wird auf den Kopf befestigt. Von da aus läuft eine Datenverbindung zum Szenengenerator, den eigentlichen Rechner jeder AR Anwendung.

Abbildung 3: Schematische Zeichnung 'Optical see-through HMD'^[12]

Bei dieser Art der HMDs wird die direkte Warnehmung der Realität durch ein (teils-) durchsichtiges Display ergänzt. Der Anwender trägt hierbei eine halbdurchsichtige Brille, durch die er einerseits die reale Umgebung wahrnehmen kann und andererseits werden zusätzlich die virtuellen Grafiken auf den speziell beschichteten Brillengläsern projiziert. Der Vorteil dieser Technik ist, dass die direkte Sicht auf die reale Welt nicht beeinträchtigt wird. Dadurch entsteht keine Verzögerung zwischen der Bewegung und dem Bild in der realen Welt und die optischen Verzerrungen halten sich in Grenzen. Zusätzlich ist bei einem Ausfall des ganzen Systems die Sicherheit nicht beeinträchtigt. Nachteilig ist bei dieser Variante besonders die zeitliche Verschiebung zwischen virtuellem und realem Bild und das zu schwache Kontrastverhältnis.

Abbildung 4: Beispiel optische HMD Lösung

• Video Technologie:

'Video-See-Through' HMDs verfügen im Vergleich zu den 'Optical-See-Through' HMDs zusätzlich über eine Videokamera (bzw. zwei für 3D) und einen 'Video-Compositor'.

Abbildung 5: Schematische Zeichnung 'Video see-through HMD' ^[13]

Bei diesem System werden mittels der Videokameras die reale Welt aufgezeichnet und zwar für jedes Auge einzeln. Die Videobilder und die Trackerdaten werden vom Szenengenerator verarbeitet, um die benötigten virtuellen Bilder zu erzeugen. Im Anschluss vereint der 'Video-Compositor' die virtuellen Daten mit den Videos aus der realen Welt. Letzteres wird mittels eines 'Closed-view HMDs' dem Anwender zur verfügung gestellt. Ein wesentlicher Vorteil dieser Technik ist das Verzögerungen bei der Erzeugung der virtuellen Darstellungen durch eine entsprechende Aufschiebung des Videostreams aus der realen Welt korrigiert werden kann. Dadurch kann sicher gestellt werden das die abschließende Überlagerung von realem und virtuellem Bild zeitlich zusammenpasst. Die umfangreiche Bandbreite an Helligkeitsstufen in der Realität kann mit diesem System sinnvoll mit den Helligkeitsstufen der virtuellen Objekte in Einklang gebracht werden. Dafür entsteht ein sogenanntes 'Offset' zwischen den Videokameras und den Augen des Anwenders. Die Kameras zeichnen ein leicht verschobenes Bild, gegenüber dem was der Benutzer wahrnimmt auf. Dieser Umstand kann zwar durch Bearbeitung des Videostreams reduziert werden, aber hat ein intensiven Einsatz von Rechenleistung zur Folge.

Abbildung 6: Beispiel Video-basierende HMD Lösung

3.2.3.2 Monitor-based

Die Bestandteile einer monitorbasierenden Umsetzung sehen folgendermaßen aus. Eine Videokamera auf dem ein Tracker fest positioniert ist, ein Monitor für die Ausgabe, einen 'Video-Combiner' für technische Zusammenführung der Realitäten und optional eine polarisierte Brille.

Abbildung 7: Schematische Zeichnung 'Monitor-based AR' ^[14]

Identisch zum 'Video-See-Through' Konzept werden die aufgezeichneten realen Videos mit den erzeugten virtuellen Objekte zusammengeführt und dem Anwender auf dem Monitor dargestellt. Um diese Visualisierung in 3D zu betrachten wird die Verwendung von polarisierten Brillen, auch Shutter-Brille genannt, notwendig. ^[15]

Abbildung 8: Beispiel Monitor-basiernde Lösung

3.2.3.3 Weitere Lösungen

• Projektionsdisplays

Bei dieser Darstellungsvariante, auch Head-Up Displays (HUD) genannt, werden die gewünschten virtuellen Informationen direkt auf ein physisches Objekt in der realen Umgebung projiziert. Dies setzt aber vorraus, dass die Objekte mit einer speziellen Oberfläche beschichtet sind, die das Licht des Projektors reflektiert. Dabei kann ein einzelner fix im Raum installierter Projektor verwendet werden oder jeder Benutzer trägt seine eigenen, am Helm befestigten Projektor. Da die projizierten Bilder nur entlang der Projektionslinie sichtbar sind, können mehrere Benutzer, die mit einem eigenen Projektor ausgestattet sind, auch verschiedene Bilder auf demselben realen Objekt sehen.

Abbildung 9: Beispiel für eine Projektion im PKW

• Handhelds

Bei einem Handheld handelt es sich um einen Computer, der so kompakt ist, dass er in der Hand gehalten werden kann. In der Regel dient eine Minitastatur oder ein Pen als Eingabegerät. Neuwertige Geräte verfügen über ein Touchscreen, welches komplett mit den Fingern gesteuert werden kann. In Abhängigkeit vom Eingabemedium unterscheidet man zwischen Mobiltelefone und PDAs. Unter einem Handheld versteht man jedoch kein Mikrocomputer, sondern ein für bestimmte eingeschränkte Anwendungszwecke konzipiertes Gerät.

Abbildung 10: Beispiel Smartphone Iphone

Abbildung 11: Beispiel LG Handhelds

• Direkt-Projektion

Diese Visualisierungsmethode wird auch VRD (Virtual Retinal Displays) genannt, und stellt eine relativ neue Technik um die Bilder optisch darzustellen dar. Die wesentliche Funktion besteht darin, dass Bilder durch den Einsatz eines Niederleistungslasers auf dem Auge projiziert wird. Bei dieser Methode werden Lichtstrahlen mit Hilfe eines sehr schwachen Laser erzeugt und in Form eines Rasters als Punkt fokusiert auf die Netzhaut gestrahlt. Diese Methode ist sowohl für normale Anwender als auch für Benutzer mit Sehschwächen geeignet. Anhand der beschriebenen Leistungsmerkmale, die geringen Kosten in der Endfertigung und die Portabilität, ist dieses Verfahren eines der vielversprechendsten Konzepte für die Visualisierung innerhalb AR Anwendungen.

Abbildung 12: Beispiel für ein Retinal Display

3.2.4 Interaktionssystem

Für vereinzelte Anwendungsgebiete kommt zusätzlich ein Medium für die weiterführende Interaktion zwischen Anwender und Augmented Reality zum Einsatz. Mittels einer 3D-Maus oder eines Datenhandschuhs wird der Endanwender in die Lage versetzt mit der jeweiligen Anwendung zu interargieren und somit weiterführende Informationen für die virtuelle Verarbeitung bereitzustellen.

Abbildung 13: Beispiel für ein Datenhandschuh

3.3 Herausforderung

Grundsätzlich stellt die 'Registrierung', also die Ausrichtung von virtuellen Objekten an die reale Umwelt, die größte Herausforderung bei der Entwicklung von AR Systemen da. Der Anwender soll den Eindruck erhalten, dass beide Realitäten fehlerfrei harmonieren und dazu gehört die korrekte Darstellung der eingefangenen Objekte. Der kleinste Fehler in der Ausrichtung wird durch die hohe Auflösung des menschlichen Auges sofort erkannt. Bei Anwendungen mit Fahrzeugnavigation ist eine Millimeter genaue Positionisierung nicht erforderlich, hingegen in der Industrie und vor allem in der Medizin zwingend erforderlich.

Hierbei kann man die Fehler in zwei Kategorien einordnen.^[16]

• Statische Fehler

Diese Art von Störungen bei der Registrierung treten beim Stillstand der realen Umgebung auf. Einerseits optische Verzerrungen bei der Skalierung des Sichtfeldes, Fehler in der Messung durch den Tracker, mechanische Fluchtungsfehler und die Verwendung von falschen Parametern (Blickfeld, Pupillenabstand und Orientierung) bei der Kalibrierung.

Mittels regelmäßigen Anpassungen an der Kalibrierung können solche statischen Fehler in der Regel behoben werden.

• Dynamische Fehler

Eine AR Anwendung ist ein interaktives Medium indem jede Bewegung des Benutzer sekundenschnell aufgenommen und verarbeitet werden muss. Kommt es hierbei im System zwischen den einzelnen Modulen zu Verzögerungen oder Signalausfallzeiten, so entstehen dynamische Fehler. Besonders die dynamischen Fehler tragen die Hauptschuld bei dem vorherrschenden Problemen mit der Ausrichtung innerhalb AR Systemen.

Derartige Verzögerungen können mit komplexen Verfahren, wie z.B. Algorithmen, die Vorhersagen treffen über den zukünftigen Stand des Benutzers oder der zu erwartenden neuen Position eines Objektes, behoben werden.

4 Anwendungsgebiete von Augmented Reality

Dieses Kapitel gibt ein Überblick über die Entwicklungen im AR Umfeld in den vielversprechendsten Anwendungsgebieten, und untersucht hierfür die existierende Systeme und Konzepte.

4.1 Unterhaltung

Augmented Realtiy wird in der Unterhaltungsindustrie bereits seit langem besonders bei TV-Übertragungen eingesetzt. Inzwischen hat aber auch die Gameindustrie diese Technik für sich entdeckt und arbeitet an neuen Spielkonzepten. Im folgenden Abschnitt werden sowohl die bereits vorhandenen und vermutlichen ersten AR-Anwendungen im TV-Bereich dargestellt, sowie zukünfigte Entwicklungen im Gaming-Bereich beleuchtet.

• Fernsehübertragungen

Eine der wohl ersten AR-Anwendung im TV-Bereich war die Einblendung von Zusatzinformationen bei Übertragungen von Sportveranstaltungen, wie z. B. der aktuelle Spielstand. Im Laufe der Zeit folgte ein immer größerer Service für den Zuschauer. Bewegungsabläufe wurden als bewegte Linien dargestellt um z. B. Laufwege von Fussballern zu verdeutlichen. Beim Skispringen wird die aktuelle Bestweite als Linie eingeblendet. Ein weiterer Meilenstein war das s. g. „Motion Capturing“. Reale Bewegungen werden mittels Datenanzug in die virtuelle Umgebung implementiert. Dadurch lässt sich ein großtmöglichstes Maß an Realismus in computeranimierten Filme oder Sendungen erreichen. Mitlerweile lässt sich mit Hilfe dieser Technik auch die Mimik der Schauspieler auf virtuelle Charactere übertragen und lässt diese lebendiger wirken.

• Gaming

Augmented Reality Games nutzen neuartige Technologien um die Grenzen herkömmlicher Computerspiele zu überwinden. Ziel ist es die reale Welt als einen Teil des gesamten Spieles zu integrieren. Diese Technik befindet sich besonders auf dem mobilen Markt auf dem Vormarsch. Jedes neue Mobiltelefon verfügt bereits über eine Kamera und bietet damit die ideale Vorraussetzung für den Einsatz von AR-Games. Während in diesem Bereich bereits zahlreiche Spiele und Anwendungen bereit stehen, besteht bei den PC`s noch Entwicklungsbedarf, sowohl bei den Systemkomponten als auch bei den Spielkonzepten. Ein wichtiger Aspekt ist die ergonomische Gestaltung der AR-Systeme und der damit verbundenen Benutzerakzeptanz. Diese Problemstellung tritt bei den Mobiltelefonen logischerweise nicht auf und ist ein Grund dafür, dass dort die Entwicklung bereits deutlich weiter ist. Die Spielkonzepte sind ebenfalls noch nicht ausgereift, da sich herkömmliche Computerspiele nur bedingt für den Einsatz von Augmented Reality adaptieren lassen. Auch hier haben mobile Games einen klaren Vorteil, da sich die Umgebung nutzen lässt und man nicht an den PC bzw. den Schreibtisch gebunden ist.

4.2 Industrie

Augmented Relatiy bietet vielseitige Einsatzmöglichkeiten, u. a. in der Industrie. Die dort verwendeten Anlagen und Technologien werden stetig komplexer und anspruchsvoller in der Wartung. Lange Stillstandzeiten für Service und Maintenance haben hohe Kosten zur Folge. In diesem Bereich werden die Vorteile von AR besonders deutlich. Viele Arbeite benötigen hohe Beweglichkeit oder freie Hände des Technikers. Ebenfalls als unpraktisch erweist sich das ständige Herumblättern im Handbuch der entsprechenden Maschine. Einen hohen Stellenwert nimmt auch die genaue Visualisierung der Fehlerquelle ein und der damit eingesparte Zeitaufwand.

Die Lösung verspricht das s. g. „Wearable Computing“, welches die Tragbarkeit von Rechnerressourcen, z. b. integriert in die Kleidung, beschreibt. In Verbindung mit einem Head-Mounted-Display ist die dort verbaute Hardware beispielsweise in der Lage dem Techniker Bau- oder Lagepläne, Schaltpläne, Wartungsanweisungen oder sonstige wichtige Zusatzinformationen bereitzustellen. Eine Interaktion mit dem Computer ist per Sprache oder Gestik möglich, so dass auch bei diesem Schritt stets freie Hände des Technikers garantiert sind. Denkbar ist auch ein Einsatz von Augmented Realtiy im Fernsupport. Der Experte im heimischen Büro erhält ein Bild der zu reparierenden Anlage und kann dem Techniker wichtige Hinweise geben, welche in Echtzeit umgesetzt werden können. Langes Warten oder Fahrtkosten werden minimiert. Kleine Reparaturen oder Wartungen können schnell und selbstständig vorgenommen werden.

4.3 Militär

Insbesondere im militärischen Bereich ist der Einsatz von AR Anwendungen von großem Interesse, da hierbei das Risiko für den Menschen reduziert und Materialkosten eingespart werden können. Aus diesem Grund wird in diesem Anwendungsgebiet schon seit Jahren an effektiven Systemen für die Simulation von Trainingseinheiten und unterstützenden Vorrichtungen für den realen Kampfeinsatz entwickelt. Zuständig ist dabei im besonderen beim US Militär die PEO STRI (Programm Executive Office for Simulation, Training and Instumentation).

Eine im Militär bereits etablierte Vorrichtung ist die Benutzung von Informationssysteme über ein Head-Up Displays (HUD) bei Piloten von Kampfjets und Hubschraubern. Hier wird dem Piloten mittels des HUD eine erweiterte Sicht ermöglicht und direkt im Sichtfeld angezeigt. Nennenswerte sind dabei Radarinformationen für die Navigation, Zustandsmeldungen über das eigene Flugobjekt und weitere hilfreiche Messwerte beim Kampfeinsatz. Zusätzlich können solche Jets über automatische Zielerfassungssysteme verfügen, die beim anvisieren von feindlichen Zielen unterstützen. Daneben kann bei einem eingeschränkten Sichtverhältnissen das Terrain sichtbar und Objekte hervorgehoben werden.^[17]

Unter dem Namen 'BARS' (Battelfield Augmented Reality System) existiert ein Soldateninformationsystem für den Kampfeinsatz in städtischen Areal. Die Idee dabei ist, das reale Geschehen auf dem 'Battlefield' (Schachtfeld) aufzunehmen und es als 3D-Modell zu visualisieren. In der Kommandozentrale, dem '3DICE' (3D Interactive Command Environment), laufen alle Informationen zusammen - hier können die gesamten Vorkommnisse auf dem Schlachtfeld beoachtet werden. Ein für den Kampfeinsatz verantwortlicher Befehlshaber kann von hieraus seine Befehle individuell an einen Soldaten und strategische Kommandos an das Kollektiv ausrichten. Die 'Warriors' (Soldaten) sind ausgestattet mit 'WARS' (Wearable Augmented Reality System) - diese ermöglichen den Zugriff auf 3D-Modelle des Geländes und die Verwendung von X-Ray-Ansicht (Durchleuchtungsicht) für die Identifikation von verdeckten Objekten innerhalb oder hinter Gebäuden. In dieser erweiterten Realität ist auch das Auffinden und die Interaktion mit eigenen Kameraden möglich, wie z.B. die Anbringung von virtuellen Hinweisen an ausgewählten Stellen.^[18] Diese Anwendung ist auch prädestiniert für die Simulation von Manöver als authentische Vorbereitung auf reale Kampfeinsätze.

Die besondere Herausforderung für dieses Systems bei realen Kampfeinsätzen, ist die Ausfallsicherheit und die konstante Verfügbarkeit von belastbaren Daten für die Visualisierung. Ein gegenteiliger Umstand kann keinen reibungslosen Kampfeinsatz sicher stellen und im schlimmsten Fall fatale Folgen für den Menschen haben.

4.4 Zivile Luftfahrt

Auch in der zivilen und privaten Luftfahrt hat der Einsatz von Augmented Reality Systemen großes Potenzial. Da diese durch die erweiterte Darstellung von Informationen für mehr Sicherheit und Effizienz bei Piloten und Lotsen sorgen kann, besonders in Fällen von schlechter Witterung und Sicht. Aus diesem Grund wird mittlerweile an verschiedenen Fronten geforscht, vorallem im Bereich von Informationssystemen für Piloten und Lotsen. Allerdings befinden sich diese Entwicklungen im Gegensatz zur militärischen Luftfahrt noch in der Entwicklungsphase. Aktuell werden erst vereinzelt im Cockpit Bereich von Passagierflugzeugen HUD Systeme eingesetzt. 'Diese ermöglichen dem Piloten, flugrelevante Daten aufzunehmen, ohne den Blick auf die Displays im Cockpit zu richten.'^[19]

Unter dem Titel "Highway in the Sky" wird seit einigen Jahren an einem Piloten-Assistenzsystem für die Start-, Flug- und Landephase entwickelt. Hierfür wird beim Lehrstuhl für Flugregelung und Flugführung der TU München ein innovativer Flugsimulator für die Analyse der neuen Flugführungsmethoden eingesetzt. Die Schwierigkeit bei der Entwicklung dieses Systems ist die Berücksichtung der beträchtlichen rechtlichen Verordnungen und Sicherheitsbestimmungen. ^[20]

Daneben wird auch an Assistent-Systeme für die Navigation im Flugbereich entwickelt. Beispielsweise unterstützt das Fraunhofer Institut das Unternehmen Lumus Optical bei der Entwicklung eines AR-gestützte Navigationshilfe für Piloten. Das anvisierte Ziel dabei ist die Einblendung von Pfeilen auf Lumus-Displays, die den Piloten bei der Ansteuerung eines Flughafens assistieren. 'So finden die Piloten auch "durch die dickste Suppe" sicher nach Hause - obwohl sie nur "nach Sicht" fliegen.'^[21]

Fluglotsen sind heutzutage Dirigenten für jede Art von Bewegung am Boden und in der Luft bei Privat-, Geschäfts- und Verkehrsflieger. Hierfür müssen die Lotsen anhand von Radardaten und Berücksichtigung der realen Umgebung, wie zum Beispiel die Start- und Landebahn, den Luftraum überwachen. Für die Unterstützung dieser Aufgaben in der Flugsicherung befindet sich eine Anwendung namens ARTT (Augmented Reality Tower Tool) in der Entwicklung. Hierbei soll den Lotsen an Hand der erweiterten Realität die notwendige Sicht auf das reale Geschehen auf Monitore visualisert werden. ^[22] Auch hier ist die besondere Herausforderung das System permanent mit fehlerfreien Daten für die Visualisierung zu versorgen.

4.5 Medizin

Computer sind aus den heutigen Operationssälen nicht mehr wegzudenken. Vor allem im Bereich von sogenannten minimal- invasiven Eingriffen kann durch Medical Augmented Reality Systeme die Operation einfacher und sicherer für den Patienten und den Operierenden gemacht werden.

• Grundidee:

Bereits im Jahre 2007 entwickelte Systeme sollten bei den Operationen durch individuelle Informationen dem Operierenden bei seiner Arbeit helfen. Dabei soll ein Head-Mounted-Display (HMD) dem Arzt präoperative Bilddaten im Arbeitsbereich darstellen. Dies bietet im Gegensatz zu einer klassischen Mehrschirmlösung den Vorteil das der Arzt während der Operation nicht abwechselnd auf Monitore und den Patienten sehen muss, sondern durch die Augmentierung der Sicht er sich allein auf den Patienten fokussieren und konzentrieren kann. Zusätzlich kann der Arzt durch eine Vielzahl von Zusatzinformationen und Hilfen, z.B. in der Positionierung von Organen, Knochen oder Ähnlichem unterstützt werden. So können schwierige Eingriffe erleichtert werden und es kann so das Risiko einer Operation verringert werden. ^[23]

Abbildung 14: Skizze eines AR-gestützten minimal-invasiven Eingriffs ^[24]

• Realisierung:

Erste Prototypen aus dem Jahr 2007 erwiesen sich nach eine Reihe von experimentellen Operationen, auch nach mehreren Optimierungen in Design, Handhabung und Funktionalität in Hinblick auf Tragekomfort und Gewicht also nicht durchgehend während einer Operation verwendbar. In der Krebstherapie gibt es drei Operationsverfahren: den konventionell-invasiven Eingriff, den endoskopiegestützte minimal-invasiven Eingriff und den neuartigen Augmented- Reality gestützten minimal invasiven Eingriff.

Ein AR gestützter Eingriff verläuft immer in den folgenden Phasen:

- Phase 1: Datenakquisition durch Computertomographie und MRT – Geräte. Mit diesen Daten können dann während einer Operation dem Arzt Informationen über z.B. Das HMD bereitgestellt werden.

- Phase 2: Operationsplanung und Proben des Eingriffs an Modellen , meist in virtuellen Umgebungen.

- Phase 3: Konfiguration, Registrierung der Geräte und Kalibrierung des AR- Systems

- Phase 4: Eingriff

Die Operationsplanung mit den anschließenden Tests in virtuellen Umgebungen müssen bestimmten Anforderungen unterliegen um eine möglichste hohe Detailgenauigkeit und Realitätsgrad erzielen zu können.Die Simulation muss in der Lage sein Objekte so zu berechnen, dass sie deformierbar wie echte Organe und echtes Gewebe sind. In der Umsetzung gibt es zwei verschiedene Methoden.

Ein einfaches Verfahren ist das Masse- Feder- Modell. Hierbei wird ein Körper, z.B. ein Organ, in mehrere Massepunkte aufgeteilt die untereinander mit Federn verbunden sind. So kann auf einfache Weise eine Elastizität hergestellt werden. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt in einem verhältnismäßigen unrealistischen Verhalten. Ein weiteres Berechnungsverfahren ist die Finite Elemente Methode (FEM).In dieser Methode wird ein Körper, z.B. ein Organ, in mehrere Subkörper unterteilt. Diese Subkörper bestehen aus geometrischen Körpern wie z.B. Tetraedern oder Würfel. Für jeden dieser Körper wird eine eigene Steifigkeitsmatrix entwickelt. Die elastischen Kräfte die auf jeden Subkörper ausgeübt werden, z.B. durch Druck werden mit Hilfe der Steifigkeitsmatrizen und weiteren Faktoren errechnet. Neben diesen Berechnungen muss die Simulation auch Kollisionen berechnen und darstellen. Wenn z.B. ein Benutzer mittels eines Operationswerkzeugs Druck auf einen Organ ausübt muss sich das Organ an den entsprechenden Stellen verformen lassen. Neben der Verformbarkeit gibt es aber noch weitere Vorgänge die simuliert werden müssen. Das Abtrennen von Gewebe oder das Einschneiden in Organe sind wichtige Bestandteile eine Simulationssystems. Um dem Benutzer ein möglichst echtes Feedback geben zu können, wird dieses sowohl visuell als auch haptisch erfolgen.

• Augmented Reality in Operationen

Die Schwierigkeit bei minimal invasiven Eingriffen, liegt darin, das kein wirklicher Schnitt in die Haut des Patienten gemacht wird, sondern nur eine Art Endoskop als Operationswerkzeug dient. Besonders in diesem Bereich kann mit AR Techniken der Operierende stark unterstützt werden. Ein solches System besteht aus Trackingsystem und einem Visualisierungssystem. Insbesondere an das Trackingsystem werden hohe Anforderungen in puncto Präzision gestellt. Das Tracking der einzelnen Komponenten: Patient, Operierender, Operationswerkzeug etc. kann auf verschiedene Weisen realisiert werden. Durch Sensordaten die über mechanische, optische, elektromagnetische Wege oder durch Ultraschall ermittelt werden, erfolgt die Lokalisierung dieser Komponenten. Um dem Chirurgen die nötigen Informationen bereitzustellen, können folgende Visualisierungsmedien z.B. Projektionssysteme, Brillensysteme, halb durchlässige Spiegel, 3D Monitore, Mikroskope oder Hologramme benutzt werden. Bei die Verwendung von optischen Trackingsystemen können radiofähige Marker am Patienten positioniert werden, sodass ein Kameraverbund die Bildpunkte der Operationsszene aufnimmt und aus dem stereoskopischen Bild Informationen über die räumliche Position der Marker erfasst werden können. Dadurch, dass das Bild der Kameras mit weiteren Informationen aufbereitet wird, z.B. mit Bildmaterial aus CT Aufnahmen, hat der Operierende während der Operation weitere wichtige Daten vor Augen, ohne den Blick vom Patienten zu nehmen.

Neben dem Tracking von Organen eines Patienten ist es auch möglich, die Instrumente des Operierenden technisch zu erfassen und so in die Visualisierung mit einzubeziehen. Durch die Kombination dieser Bilder kann der präoperative Weg der Operation einfacher und sicherer eingehalten werden.

4.6 Bildung

Augmented Reality ist nicht in jedem Bereich das ideale Medium um Schülern Wissen zu vermitteln, dennoch ist immer eine Alternative die nicht außer acht gelassen werden sollte. Die eingesetzte Technik muss immer auf die Ziele und Anforderungen der Lernanwendung abgestimmt werden.

Neben klassischen Möglichkeiten sich weiterzubilden, wie z:B. durch Bücher, ist mit Auftreten und stetigen Weiterentwicklung von Augmented Reality Techniken eine Gelegenheit geboten, Inhalte auf verschieden Weisen dem Menschen beizubringen.

Wenn man sich den Bereich Unterricht von Kindern genauer betrachtet, kommt es oftmals nicht darauf an, was das Kind lernen soll, sondern wie es ihm vermittelt wird. Viele Unterrichtsstunden in den ersten Schuljahren werden daher mit Spielen kombiniert.

Mit den neuen technischen Wegen die man durch AR betreten kann, können Kinder in China mit AR Mandarin spielerisch lernen. In einem Lehrbuch finden sich neben den Vokabeln auch kleine Grafikcodes. Die Codes können von einer entsprechender Software, die auf Smartphones installiert werden kann, interpretiert werden. Die Kamera des Smartphones muss somit auf die Grafik ausgerichtet werden und die dafür vorgesehen Software erkennt diese Grafik und gibt auf dem Display eine kurze Animation mit einem kleinen Panda wieder, der zuerst die Vokabel in Englisch und dann in Mandarin aufsagt. Dadurch benötigt das Kind keinen Computer zum Lernen, somit kann es praktisch an jeden Ort lernen, es verwendet aber dennoch moderne Techniken und Medien und integriert diese so in sein Lernverhalten.

In weiteren Schuljahren können mit AR auch weitaus schwierigere Inhalte einfacher vermittelt werden in dem diese anders aufbereitet und dem Schüler mit neuen Techniken präsentiert werden. Wenn man sich z.B. das Fach Astronomie genauer betrachtet, werden Inhalte in diesem Fach meist nur durch Bücher vermittelt. Texte und starre Grafiken sollen hier dazu diesen dem Schüler einen Eindruck zu vermitteln in welchem Zusammenhang die Planeten und andere Himmelskörper zueinander stehen. In manchen Schulen wird dieser Zusammenhang noch mit plastischen Modellen veranschaulicht da die Schüler so Planetenlaufbahnen und Proportionen einfacher nachvollziehen können.

Mit der Hilfe von AR kann Wissen in Astronomie, z.B. die Jahreszeiten auf der Erde erklärt werden. Der Schüler benutzt hierzu ein HMD um betrachtet hierdurch eine Fläche auf der in der Mitte eine spezielle Grafik abgedruckt ist, die von dem HMD erkannt wird. Dem Schüler wird jetzt ein Bild der Sonne und der umlaufenden Erde dargestellt. Durch bestimmt Gesten kann das Bild gedreht oder vergrößert werden.

Construct3D

Abbildung 15 Darstellung einer Unterrichtsszene in Construct 3D ^[25]

An der technischen Universität in Wien hat man ein System entwickelt, mit dem Menschen in der Lage sind, gleichzeitig zusammen an einer AR Anwendung zu arbeiten. Diese speziellen Anwendung mit dem Namen „Construct3D“ dient dazu, mathematische und geometrische Inhalte zu vermitteln.

Hierbei können die Schüler in Zusammenarbeit mit einem anderen Schüler Sachverhalte analysieren und gemeinsam Lernen. Neben dem Ziel, mathematisches Wissen zu erlangen soll das System dabei helfen soziale Fähigkeiten der Schüler zu fördern, indem Sie im Team lernen. Dadurch das sie in einem gemeinsamen physischen Raum zusammen sind, können Sie im Gegensatz zu einer Virtual Reality (VR) Anwendung, in der sie sich nicht sehen, miteinander durch Gestik und Mimik miteinander kommunizieren. Zusätzlich können sie die Vorteile von AR für ihr Lernen verwenden. ^[26]

Positiv auf das Lernverhalten wirkt sich der folgende psychologische Faktor aus. Eine Anwender von VR Systemen fühlen sich nicht sicher in einer vollkommen künstlichen Umgebung in der ihre Sicht nicht mehr auf die reale Umgebung sondern vollständig auf Darstellungen aus Computern gerichtet ist. Durch die Verwendung von AR, ist der Schüler in der Lage nicht nur künstliche, sondern auch seine Umgebung zu erkennen, was ihm ein Gefühl von Sicherheit gibt. ^[27]

Die Akzeptanz eines AR Systems hängt nicht nur von seine primären Zweck ab, denn auch mehrere Rahmenbedingungen müssen stimmen. Ein System das beim Lernen helfen soll, wird nicht angewendet, wenn die Schüler sich während der Anwendung nicht auf die visuellen Eindrücke konzentrieren können. In kollaborativen AR Systemen spielt Sicherheit eine wichtige Rolle, denn die Schüler können sich während der Anwendung frei im Klassenraum bewegen verschiedene Ansichten auf die Darstellung des Systems zu haben. Somit basiert das System auf Emotionen, Kommunikation und Lernen. In wie weit Emotionen und Gefühle, wie z.B. Unsicherheit den Lernprozess beeinflussen wird noch durch weitere Studien untersucht.

• Motivation zur Umsetzung von Construct3D:

Construct3D soll den Schülern dabei helfen sich Räumliches Wissen an zu eignen. Räumliches Wissen kann hierbei in fünf Bereiche aufgeteilt werden: ^[28]

− räumliches Vorstellungsvermögen

− räumliches Darstellungen

− geistiges Drehen von Körpern

− räumliche Verhältnisse und Proportionen

− räumliche Orientierung

Um diese Bereiche bestmöglich vermitteln zu können wird mit Hilfen von AR versucht ein möglichst natürlicher Aufbau herzustellen in dem die Schüler durch Benutzung der HMD dreidimensionale Objekte erkennen können, die sie vorher nur berechnet und auf Papier gezeichnet haben. Die Macher von Construct3D sind der Ansicht, dass durch das Arbeiten in diesem dreidimensionalen Raum, komplexe räumliche Zusammenhänge schneller und besser erlernt werden als mit Hilfe von traditionellen Methoden.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Geometrie Anwendungen, bei denen es hauptsächlich darum geht, exakte Darstellungen von Objekten, in Größe, Form und Proportion zu erstellen, zielt Construct3D auf andere Punkte. Hierbei geht es vielmehr um das Verständnis, wie geometrische Objekte beschaffen sind und welchen Gesetzten sie unterliegen.

Bei der Verwendung von Construct3D war es den Machern wichtig, das es keinen großen Lernaufwand benötigt, mit Construct3D zu lernen. Es sollte möglichst intuitiv sein und dem Schüler bei der Erstellung von Objekte begleiten und ihm helfen die Werkzeuge des Systems zu Nutzen und die verschiedenen Darstellungen zu begreifen. Also wird versucht im Gegensatz zu CAD Anwendungen, die mit einer Vielzahl von Werkzeugen daher kommen und Anfänger daher leicht überfordern können, soll hierbei ein System geschaffen werden, das die Lernprozesse des Schülers nicht dadurch behindert, das es mit der Benutzung des Systems überfordert ist, sondern bei seinem Tätigkeiten unterstützt und begleitet wird. ^[29]

• Funktionen von Construct3D:

Construct3D bietet diverse Werkzeuge für die Erstellung von dreidimensionalen Objekten. Linien, Zylinder, Würfel, Kugeln und Kegel. Mit Hilfe dieses Systems kann der Schüler experimentell vorgehen in der er z.B. jedes Objekt manipuliert werden kann.

Alle Funktionen im System werden mit Hilfe eine Stifts getätigt, der in sechs Rotationsfreiheitsgrade bewegt werden kann. Als Voraussetzung für eine flüssiges Arbeiten mit dieser AR Anwendung gilt, dass die Benutzer sowohl ihren Körper und ihre Hände, als auch die Auswirkungen ihrer Bewegungen und Interaktionen in einem Bild verschmolzen sehen können. Durch diese Symbiose ist der Schüler näher mit dem Erstellungsprozess verbunden, als in herkömmlicher Geometriesoftware. In weiteren Studien wird untersucht, in wie weit diese Stärken von AR Anwendungen gegenüber herkömmlichen Systemen den Schüler beim Lernprozess fördern können.

Die Interaktionsmöglichkeiten in Construct3D, wie z.B. Auswahl, Löschen und das Verschieben von Objekten, wird vom PIP, dem Personal Interaction Panel, erfasst und weiterverarbeitet. Neben der Steuerung über den Stift, kann der Arbeitsprozess durch verschiedene Sprachbefehle erleichtert und die Effizienz gesteigert werden. ^[30]

• Möglichkeiten des Lernens mit Construct3D:

Experimentelles Lernen, wie es durch Construct3D möglich sein soll, ist nur dann effektiv und umsetzbar, wenn das System dem Schüler beim Lernen behilflich ist. Wenn der Einstieg in die Anwendung zu schwer ist, werden Schüler Probleme haben, sich frei zu im System zu bewegen und Neues zu entdecken.

Im System sind vier verschiedene Lernmodi integriert:

− Lehrer Modus: Hierbei erklärt ein Lehrer einem oder mehreren Schülern den gesamten Konstruktionsprozess, wobei er Rücksprünge machen kann, sowie auf andere vorher angefertigte Teilmodelle springen kann, um das System und seine Eigenschaften einfacher zu erklären.

− Normaler Lernmodus: Der gesamte Konstruktionsprozess oder einzelne Schritte davon werden dem Schüler vorgeführt. Die Vorführung beinhaltet Anleitungen und Hilfestellungen, die den Schüler, auf die spätere selbstständige Erstellung der gerade gezeigten Aufgaben vorzubereiten. Während des gesamten Lernprozesses wird der Schüler durch einen Lehrer begleitet.

− Selbstständiger Lernmodus: Hierbei werden durchgeht ein Schüler ein Lernmodul, mit vorgefertigten Sprachanleitungen die bei der Erledigung der Teilschritte helfen sollen. Das Ziel ist es, das die Schüler, allein mit Hilfe der Anweisungen die im System gespeichert wurden, zurecht findet und die Konstruktionsaufgabe erledigen kann.

− Prüfungsmodus: Hier wird den Schüler eine Konstruktionsaufgabe gestellt, die er allein und ohne Hilfe des System bewerkstelligen muss. Am Ende der Aufgabe, kann der Schüler auf Knopfdruck seine geleistete Arbeit mit der Musterlösung vergleichen.

• Zusammenfassung des Projekts:

Auf Grund von Fortschritten in pädagogischen Konzepten und Technik gleichermaßen und den stetig fallenden Hardwareanschaffungskosten werden solche Anwendungen, wie Construct3D, in Zukunft für kleinere Schulungseinrichtung eine interessante Alternative sein. Es ist außer Frage, ob AR beim Lernprozess behilflich sein kann, die Aufgabe ist es jedoch herauszufinden, wie AR effizient das Potential dieser Technik genutzt werden kann.

4.7 Navigation

Wenn man sich die Vorzüge von AR genauer ansieht, wird man feststellen das klare und detaillierte Informationen nur einige der Vorteile sind, die dieser Technik in immer mehr Bereichen Einzug gebieten. So wurde am 26ten „Chaos Computer Congress“ (am 29.12.2009) das Navigationssystems „Navit“ vorgestellt, welches mit Hilfe der AR Anwendung „Reality View“ dem Benutzer eine komfortable Navigation zu Fuß bietet. ^[31]

Dieses System verwendet neben der Kamera, die im Smartphone integriert sein muss, weitere elektronische Sensoren, wie z.B. ein Bewegungssensor, eine elektronischer Kompass und ein GPS. Mit Hilfe dieser Zusätze kann die Anwendungen die Position, die Ausrichtung und die Lage ermitteln und diese Informationen dann in dem Display des Smartphones aufbereiten.

• Grundlagen von Navit:

Durch das Abfilmen der Umgebung werden georeferenzierte Informationen, wie Straßennamen oder historische Gebäude mit der Lage des Smartphones vergleichen und in Bild der Kamera an den entsprechenden Stellen eingeblendet. Der Benutzer erhält so eine Überlagerung von realen Bilddaten und virtuellen Bilddaten, die möglichst deckungsgleich angezeigt werden. Dadurch kann der Benutzer eine Aktualität gepaart mit Präzision genießen, die in diesem Ausmaß bisher nicht miteinander zu vereinbaren waren. Mit der ständig fortschreitenden technischen Entwicklung beinhalten bereits aktuelle Smartphones eine Mannigfaltigkeit von Sensoren um die Ausrichtung und Lage des Gerätes bestimmen zu können.

• Die Software Navit:

Navit ist eine, ursprünglich für Linux Systeme entwickelte C++-Navigationssoftware auf Open-Source- Basis, die mittlerweile plattformübergreifend verwendet werden kann. Der Benutzer kann zwischen der Ansicht aus der Vogelperspektive und einer 3D-Ansicht wählen. Das Routing wird nicht nur durch Open-Source- Kartenmaterial (OpenstreetMap-Dateien) sichergestellt, es können z.B. auch Karten der Firmen Garmin und Falk verwendet werden. Im Gegensatz zu der herkömmlichen Navigation in Fahrzeugen, werden die Karten in hierbei in Echtzeit zu Vektoren generiert.

• Reality View:

Die Kombination der von der Kamera erfassten Bildaten, in Kombination mit den präzisen Routeninformationen ermöglicht dem Benutzer, seine Umgebung wiederzuerkennen und parallel Wegbeschreibungen zu lesen und zu verstehen. Ein großer Vorteil und ein wichtiges Merkmal von diesem System, liegt hierbei in der Benutzerfreundlichkeit des Systems. Die intuitive Navigation im Gegensatz zu Fahrzeugnavigationssystemen wird hier als eine Schlüsseleigenschaft angesehen. Anders als in virtuellen Umgebungen aus den Fahrzeugsystemen, findet sich der Anwender hier schnell in der ihm bekannten Umgebung zurecht und er kann die Aufmerksamkeit schneller auf das Wesentliche – die Navigation – richten. Neben den eigentlichen Routeninformationen, können bei Bedarf weitere Daten, wie Entfernung, Lage und Fußwegdauer bis zum Ziel eingeblendet werden.

5 Bewertung

Bereich	Entwicklungsstand	Nutzen	Grenzen	Zukunftspotenzial
Unterhaltung	Vereinzelte AR Systeme haben bereits jetzt einen einsatzfähigen Reifegrad erreicht. Aus diesem Grund kommen die Funktionen von AR Systeme für die Entwicklung von PC- und Konsolenspielen zum Einsatz, vor allem für eine authentische Umsetzung von Gesichts- und Landschaftstexturen. Gleiches gilt für die Produktion von Kinofilmen, hier wird seit Jahren 'Motion-Capture'-Systeme für die Darstellung von Kampfszenen und Fabelfiguren verwendet.	Auf Grund der fehlenden effizienten Maßnahmen gegen die vorherrschende Film- und Spielepiraterie, generieren Film- und Spieleentwicklungsstudios immer weniger Geld mit ihren Produkten. Aus diesem Grund müssen Filmproduzenten und Spieleentwickler auf Systeme zurückgreifen, die Produktionskosten reduzieren ohne einen sichtbaren Qualitätsverlust zu verursachen und das ermöglichen AR Anwendungen.	Die Hardware für die Interaktion mit dem Computer ist momentan noch nicht verfügbar und befindet sich in der Entwicklung. Gleiches gilt für die Spieleindustrie - viele Games befinden sich im Entwicklungs- oder Teststadium und sind noch nicht massentauglich.	Bereits jetzt genießen Augmented Reality Systeme in der Unterhaltungsbranche einen hohen Stellenwert, daher ist ein gegenläufiger Trend nicht zu erwarten. Ganz im Gegenteil, in Zukunft ist eine Zunahme in diesem Bereich zu erwarten, da sich die Technik stätig weiterentwickelt. Interaktive Systeme für den Film- und Fernsehezuschauer, z.B. 3D Umsetzung, stehen erst am Anfang und werden die Kinosäle und Wohnzimmer im Sturm erobern.
Industrie	AR Realisierung als zusätzliche Informationsquelle für vereinfachte Visualisierung von Arbeitsschritten bei der Installation und Wartung von Anlagen bieten gegenwärtig gute Ergebnisse für Servicemitarbeiter. Daneben werden auch erweitere Sichten bei der Arbeit mit 3D Modellen in der Automobilbranche wirksam eingesetzt.	Jegliche strategische und operative Entscheidung in einem Unternehmen verursacht Kosten. AR Anwednungen versetzen Unternehmen mit eigener Konstruktion und Fertigung in die Lage, ihre Prozesse und Arbeitsschritte qualitativ und quantitativ zu optimieren.	In der Industrie kommen vor allem Präzionswerkzeuge und leistungsfähige CAD-Systeme zum Einsatz. Ein AR System findet in diesem Umfeld nur einen flächendeckenden Einsatz, wenn es den höchsten Maß an Genauigkeit liefern kann. Auf Basis der aktuell zur Verfügung stehenden Trackerverfahren, kann dies nicht permanent sichergestellt werden. Darüber hinaus werden in der Manufaktur bereits komplett automatisierte Fertigungsstraßen eingesetzt, wodurch Augmented Sichten für Fließbandarbeiter nicht in Frage kommt.	Auf Grund der zu erwartenden Weiterentwicklungen in der Zukunft, vor allem bei Trackingverfahren, ist ein erhöhter Einsatz in der Industrie von Vorteil.
Militär	Besonders im militärischen Bereich haben sich Lösungen für die Bereitstellung von zusätzlichen Informationen mittels HUD Systeme für Kampfpiloten und Soldaten etabliert. Daneben befinden sich Konzepte wie 'BARS' (Battelfield Augmented Reality System) noch in der Entwicklungsphase und werden daher noch für Simulation von Kampfeinsätzen eingesetzt.	Für Soldaten und Befehlshabern die sich im Kampfeinsatz befinden, kann der richtige Einsatz von AR Systemen entscheidend sein. Der zur Verfügungsstellung von weiterführenden Informationen und innovativen Vorrichtungen können einen Kampfplioten beim anvisieren von feindlichen Objekten helfen und Kommandeuren für die taktische Manöver behilflich sein.	IIn erster Linie stellt die stabile Bereitstellung von belastbaren Daten für die Visualisierung innerhalb AR Anwendungen eine wesentliche Schwierigkeit da. Bei der Anwendung 'BARS" muss eine enorme Menge an Echtzeitdaten ohne längere Verzögerungen vom Schlachtfeld einer Kommondazentrale sichtbar gemacht werden. Da kann es schon bei leichten Messfehlern des Trackers zu einer unzutreffenden Darstellung führen, welches eine sichere und erfolgreiche Durchführung von Manövern im realen Kampfeinsatz hinderlich ist.	Basierend auf den bereits eingesetzten Anwendungen, wie zum Beispiel die Informationssysteme für Soldaten, kann für die Zukunft ein vermehrter Einsatz von AR Systemen im militärischen Bereich erwartet werden. Da der zusätzliche Einsatz von ausgereiften AR Systmen eine weitere Verbesserung der Traingseinheiten und die Risikominderung für reale Kampfeinsätze verspricht.
Zivile Luftfahrt	Im Gegensatz zum Militär, befinden sich die Vielzahl der AR Endanwendungen im zivilen Breich noch in der Entwicklung und teils in der Erforschung. Es werden aktuell nur vereinzelt Piloteninformationssysteme, ähnlich der für Kampfpiloten, in Passagierflugzeugen eingesetzt. Hier wird größtenteils auf Lösungen basierend auf Projektionsdisplays zurückgegriffen, da der Einsatz von HUD Systemen nicht von Vorteil ist.	Die existierenden Lösungen und Konzepte versetzen Piloten und Fluglotsen in die Lage ihre Aufgaben effektiver und sicherer durchzuführen. Zum Beispiel kann ein Pilotenassistenzsystem bei schlechter Witterung Piloten bei der Ansteuerung von Zielflughafen unterstützen.	Ein wesentliches Hindernis bei der Umsetzung von AR Anwendungen im zivilen Bereich ist die Berücksichtung der vorherrschenden Vorschriften für Passagier- und Privatflieger. Im speziellen da die Überschreitung von Ländergrenzen im Flugverkehr fließend sind und hiermit auch die Beachtung von internationalen und länderspezifische Regeln Grundvorraussetzung ist.	Vor allem die in den Grenzen beschriebenen rigorosen Vorschriften im Flugverkehr machen einen flächendeckenden Einsatz von AR Systemen beschwerlich. Dagegen ist der Einsatz von AR Lösungen für die Ausbildung von Piloten und Fluglotsen mittels innovativen Flugsimulatoren denkbar.
Medizin	Durch Erweiterung des C-Bogens um eine AR Komponente, kann die Strahlenbelastung auf den Patienten verringert werden. Diese Neuerung hilft den Ärzten bei kritischen Operationen kein Gewebe oder Organe zu beschädigen. Darüber hinaus eine moderne Möglichkeit für die Ausbildung im medizinischen Bereich.	Im Beispiel des erweiterten C-Bogens: Überwachung der Operation, durch Überlagerung von Röntgenaufnahmen und dem "echten" Patienten. Verringerung der Strahlenbelastung durch weniger benötige Röntgenaufnahmen bei minimal invasiven Eingriffen, damit der Arzt nicht den Blick vom Patienten nehmen muss.	Dadurch, dass es bei der Verwendung von AR in der Medizin sehr auf ein hochpräzises Tracking ankommt, liegt auf dem Trackingsystem ein besonderes Maß an Verantwortung. Dieses System muss absolut verlässlich arbeiten, denn selbst minimale Ungenauigkeiten können hier schlimme Folgen für den Patienten haben. Darüber hinaus sind Schadenersatzklagen von Patienten bzw. Angehörigen gegenüber Krankhäuser und der behandelnden Ärtze wegen Kunstfehlern zu erwarten.	Mit Hilfe von Augmented Reality, wie z.B. bei minimal-invasiven Eingriffen oder in C-Bögen, kann dem Arzt z.T. schon heute bei Operationen geholfen werden. Diese Hilfe sind teilweise noch in der Entwicklungs- und Testphase, jedoch können kleinere Systeme, bereits bei Operationen dem Arzt assitieren.
Bildung	Construct3D ist für experimentelles Lernen bereits funktionsfähig, jedoch bedarf es noch an Erweiterungen, bevor das System an lehrende Einrichtungen ausgeliefert werden kann..	Neben der eigentlichen Navigation für Fußgänger werden nützliche Informationen zu Sehenwürdigkeiten angezeigt.Construct3D hilft den Menschen ihr räumliches Denken fast spielend zu verbessern. Durch die verschiedene Schulungsmöglichkeiten kann ein Schüler autodidaktisch oder auch durch einen Lehrer geschult werden.	Es werden komplexe Algorithmen zur Berechnung von dreidimensionalen Objekten und Aktionen (Operationen) mit diesen Objekten benötigt. Im Betrieb mit mehreren Personen, kann es zu Unstimmigkeiten kommen, wenn ein Benutzer ein Objekt löscht, das der andere Benutzer aber seinerseits auch gerade bearbeitet.	Durch AR können Bildungseinrichtungen bereits heutzutage, ihren Schülern durch Simulatoren und spielerischen Lernen Wissen vermitteln. In einigen Bereich wird bereits mit Simulatoren gearbeitet, die dem Schüler eine Kombination aus realem Bild und zusätzlichen informellen Bildmaterial darstellen.
Navigation	Navit wurde durch die Erweiterung um „Reality View“ zu einem funktionsfähigen AR-Fußgängernavigationssystem entwickelt.	Neben der eigentlichen Navigation für Fußgänger werden nützliche Informationen zu Sehenwürdigkeiten angezeigt.	Eine konstant passgenaue Überlagerung beider Bilddaten. Probleme bei schlechten Lichtverhältnissen und Schatten und Schwankungen in den Sensoren auch bei ruhiger Position. Diese auftretenden Beeinträchtigungen führen zu Verwacklungen und störenden Interferenzen.	Vollständige AR-gestützte Navigationssysteme, wie "Reality View" können bereits heute dazu benutzt werden, um Fußgängern in Städten beim navigieren zu helfen. In Zukunft sollen diese auch einen vollen Ersatz für Städteführer werden, um dem Benutzer neben der Navigation durch die Stadt auch hochwertige Informationen zu Plätzen, Gebäuden und Denkmälern geben zu können.

6 Schlussbetrachtung

Die vielfältig vorgestellten und bereits einsatzfähigen Augmented Reality Konzepte geben einen ersten Eindruck, welches außergewöhnliches Potenzial dieses Umfeld für die verschiedenen Anwendungsgebiete hat. Doch drängt sich die Frage auf, ob Augmented Reality wieder nur eine kurzzeitige Modeerscheinung in der IT-Branche oder eine zukunftsweisende Technik ist?! Viele Faktoren sprechen dafür das letzt genanntes der Fall sein wird. Wünsche und Ideen der Anwender und Entwickler hierzu sind umfassend und übersteigen zeitweilig die Möglichkeiten der zur Zeit verfügbaren Interaktionsgeräte. Daher ist davon auszugehen, dass die Forschung auf diesem Gebiet nach innovationen Lösungen für die ideale Zusammenarbeit von virtueller und realer Welt weiter voran schreiten wird. Außerdem ist AR bereits allgegenwärtig und in vielen Bereichen nur schwer wegzudenken.

Im TV und der Werbeindustrie gehört die Technik bereits seit langem zum Standart und bietet durchweg Vorteile. Ein Fussballspiel ohne Spielstände wäre genauso undenkbar wie etwa fehlende Weitenangaben bei großen Leichtatlethikveranstaltungen. Auch Werbeexperten schätzen den Einsatz von AR, denn durch simple Einblendungen bei größeren Events lässt sich mit einem vergleichsweise geringen Aufwand eine große Zielgruppe ansprechen. Im Navigationsbereich überwiegen ebenfalls klar die Vorteile, welche den Service für den Endverbraucher enorm erhöhnen. Die mobile Hardware erkennt mit Hilfe einer Kamera und entsprechender Software seine Umgebung und blendet bei Bedarf nützlich Zusatzinformationen ein. Ebenso in der Industrie, wo dem Techniker über ein Head-Mounted-Display Lage- oder Schaltpläne genauso wie Handbücher angezeigt werden können und dieser dadurch stets freie Hände zum Agieren hat. Dies erweist sich nicht nur als praktisch sondern führt auch zu einer nicht geringen Zeit- und Kostenersparnis. Besonders in diesen genannten Bereichen ist davon auszugehen, dass der Einsatz und die Entwicklung von AR schnell voran schreiten wird, da es keine nennenswerten Nachteile oder Risiken gibt.

Allerdings gibt es auch Bereiche wo der Einsatz von Augemented Realtiy zwar sinnvoll und wichtig ist, wo aber auch gleichzeitig ein Sicherheitsrisiko besteht. Auch in der Medizin ist AR nicht mehr wegzudenken, viele Operationen würden ohne computergestützte Hilfe praktisch nicht mehr funktioneren, dennoch kann hier ein Ausfall oder eine Fehlfunktion der Technik enorme Folgen mit sich bringen. Ebenso beim Militär und in der zivilen Luftfahrt; wenn in diesem Bereich kein fehlerfreier Betrieb gewährleistet werden kann, kann dies schnell katastrophale Folgen haben. Trotz der genannten Risiken ist auch in diesem Bereich von einer schnellen Weiterentwicklung auszugehen, da die Technik deutliche Vorteile in Sachen Effizienz und Sicherheit bietet und den Piloten, Soldaten oder Ärzten die Arbeit merklich erleichtert.

Augemented Reality ist definitv mehr als nur ein neuer Trend in der IT-Branche und wird sich auch zukünftig weiterentwickeln. Die Anwendungsgebiete sind bereits jetzt schon sehr vielfältig und die Vorteile der Technik liegen klar auf der Hand: höhere Sicherheit für den Menschen, Kosten- und Zeitersparnis und eine Erleichterung des Alltags oder der Arbeit. Dennoch sollten die Risiken nicht außer Acht gelassen werden, denn nur eine fehlerfrei funktionierende Hard- und Software garantiert genannte Vorteile.Trotz Verschmelzung zwischen Realität und virtueller Welt, sollte jedem bewusst sein, dass die Auswirkungen in Folge von technischen Defekten durchaus und ausschließlich real sind.

7 Fußnoten

1. ↑ Vgl. Milgram (1994); S. 283
2. ↑ Vgl. Vallino (2002)
3. ↑ Vgl. Mader (2004); S. 31
4. ↑ Vgl. Pattis (2004); S. 6-7
5. ↑ Vgl. Pattis (2004); S. 10
6. ↑ Vgl. Mader (2004); S. 31-32
7. ↑ Vgl. Pattis (2004); S. 9-10
8. ↑ Vgl. Mader (2004); S. 30
9. ↑ Vgl. Mader (2004); S. 32-33
10. ↑ Vgl. Pattis (2004); S. 11
11. ↑ Vgl. Azuma (1997); S. 10-12
12. ↑ Vgl. Azuma (1997); S. 11
13. ↑ Vgl. Azuma (1997); S. 11
14. ↑ Vgl. Azuma (1997); S. 13
15. ↑ Vgl. Azuma (1997); S. 12ff
16. ↑ Vgl. Azuma (1997); S. 19ff
17. ↑ Vgl. GS (2009)
18. ↑ Vgl. Julier (2000)
19. ↑ Vgl. Mader2 (2004); S. 1
20. ↑ Vgl. Mader2 (2004); S. 1
21. ↑ Vgl. FIT (2005)
22. ↑ Vgl. Reismann (2006); S. 3ff
23. ↑ TUM (n.b.)
24. ↑ Vgl. Narvis.org (2007)
25. ↑ Vgl. Kaufmann(2002)
26. ↑ Vgl. Kaufmann (2002)
27. ↑ Vgl. Kort (2001)
28. ↑ Vgl. Maier(1994)
29. ↑ Vgl. Winn(1993)
30. ↑ Vgl. Szalavári (1997)
31. ↑ Vgl. Schallaer (2009)

8 Anhang

8.1 Abkürzungsverzeichnis

Abkürzung	Bedeutung
3DICE	3D Interactive Command Environment
AR	Augmented Reality
BARS	Battelfield Augmented Reality System
DARPA	Defense Advanced Research Projects Agency
GPS	Global Positioning System
HMD	Head-Mounted-Display
HUD	Head-Up-Display
MRT	Magnet Resonanz Tomograph
PIP	Personal Interaktion Panel
RV	Reality Virtuality
VR	Virtual Reality
VRD	Virtual retinal displays
WARS	Wearable Augmented Reality System

8.2 Abbildungsverzeichnis

Abb.-Nr.	Abbildung	Quelle
1	Vereinfachte Darstellung einer RV Continuum	Milgram (1994), S. 283
2	Konzeption eines Augmented Reality Systems	Vallino (2002)
3	Schematische Zeichnung 'Optical see-through HMD'	Azuma (1997), S. 11
4	Beispiel optische HMD Lösung	http://www.mip.informatik.uni-kiel.de/show_image.php?id=131
5	Schematische Zeichnung 'Video see-through HMD'	Azuma (1997), S. 11
6	Beispiel Video-basierende HMD Lösung	http://www.inition.co.uk/inition/images/product_hmd_trivisio_arvision.jpg
7	Schematische Zeichnung 'Monitor-based AR'	Azuma (1997), S. 13
8	Beispiel Monitor-basiernde Lösung	http://www.interaction-design.de/images/augmented-reality.jpg
9	Beispiel für eine Projektion im PKW	http://1.bp.blogspot.com/_jW5mhh5flI4/Ry7ugBbsxXI/AAAAAAAAADc/--s2Z93xmVs/s400/psticker.jpg
10	Beispiel Smartphone Iphone	http://www.unogomes.com/wp-content/uploads/2009/11/augmented-_reality.jpg
11	Beispiel LG Handhelds	http://www.lgblog.de/wp-content/uploads/future_search1_petitinvention-431x218.jpg
12	Beispiel für ein Retinal Display	http://www.futureconverged.com/Portals/3/TechMainImages/RetinalDisplay.jpg
13	Beispiel für ein Datenhandschuh	http://www.itwissen.info/bilder/datenhandschuh-foto-springwald.png
14	Skizze eines AR-gestützten minimal-invasiven Eingriffs	http://campar.in.tum.de/twiki/pub/Narvis/WebHome/HMD-skizze_english_height400.jpg
15	Darstellung einer Unterrichtsszene in Construct 3D	http://www.ims.tuwien.ac.at/media/documents/publications/Imagina-AR_EducationPaper.pdf

8.3 Tabellenverzeichnis

Tabelle Nr.	Quelle
1	Bewertung der Anwendungsgebiete

8.4 Literatur- und Quellenverzeichnis

Milgram (1994)	P. Milgram, H. Takemura, A. Utsumi, F. Kishino: "Augmented Reality - A class of displays on the reality-virtuality continuum", 1994, Abgerufen am 02.10.2009 von: http://vered.rose.utoronto.ca/publication/1994/Milgram_Takemura_SPIE1994.pdf
Azuma (1997)	R.T. Azuma: "A Survey of Augmented Reality", 04.08.1997, Abgerufen am 03.10.2009 von: http://www.cs.unc.edu/~azuma/ARpresence.pdf
Azuma (2001)	R.T. Azuma, Y. Baillot, R. Behringer, S. Feiner, S. Julier, B. MacIntyre,: "Recent Advances in Augmented Reality", Nov. 2001, Abgerufen am 15.12.2009 von: http://www.cc.gatech.edu/~blair/papers/ARsurveyCGA.pdf
Vallino (2002)	J. Vallino: "Introduction to Augmented Reality", 22.08.2002, Abgerufen am 03.12.2009 von: http://www.se.rit.edu/~jrv/research/ar/introduction.html
Mader (2004)	F. Mader: "Entwurf und Integration eines kamerabasierten Trackingsystems für ein Flugzeugcockpit zur Darstellung fortschrittlicher Flugführungsinformationen in einem HMD", 15.07.2004, Abgerufen am 18.12.2009 von: http://campar.in.tum.de/twiki/pub/Students/DaMader/diplomarbeit.pdf
Pattis (2004)	Pattis: "Trackingsysteme (non Vision)", 2004, Abgerufen am 18.12.2009 von: http://www.medien.ifi.lmu.de/fileadmin/mimuc/hs_2004/ausarbeitung_pattis.pdf
Zielke (2000)	T. Zielke: "Grundlagen der visuellen Wahrnehmung und der Bildentstehung", 2000, Abgerufen am 20.12.2009 von: http://193.23.171.171/download/BVuVis_02.pdf
GS (2009)	globalsecurity.org: "F-22 Cockpit", 2009, Abgerufen am 20.12.2009 von: http://www.globalsecurity.org/military/systems/aircraft/f-22-cockpit.htm
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