Zukunftswelten 17.04.2009, 19:40 Uhr

Künstliche Welten erweitern die Realität  

In der Augmented Reality, der „erweiterten Wirklichkeit“, verschmilzt die echte Welt mit virtuellen Komponenten. Mit dieser Technik lassen sich Roboter in Fertigungshallen anpassen oder Handy-nutzer mit Zusatzinfos versorgen. Die auf der Hannover Messe ausstellende Industrie ist überzeugt: So lässt sich die Lücke zwischen Entwicklern und Anwendern schließen. Doch auch wenn in den Hallen Präsentationen zur Augmented Reality zu sehen sind, ist die Technik von der breiten Anwendung noch weit entfernt. VDI nachrichten, Düsseldorf, 17. 4. 09, rb

Das Jahr 2025: Techniker Bernd S. ist früh morgens auf dem Weg in ein Kraftwerk. Er soll die Anlage auf Schäden untersuchen. Bernd S. setzt eine spezielle Datenbrille auf, betritt die abgeschaltete Brennkammer der Gasturbine und sucht in den kleinen Keramikkacheln nach Rissen. Fällt sein Blick auf einen Riss, so blendet seine Spezialbrille Informationen in sein Sichtfeld ein – die Länge des Risses in cm etwa.

Virtuelle Objekte werden nahtlos in die reale Welt eingeblendet

Eine Farbskala von grün bis rot zeigt an, wie schlimm der Schaden ist. Für S. sieht es dank der Brille so aus, als klebten diese Beschriftungen am Riss in der Kachel fest. Bernd S. ist sich bei einer der beschädigten Kacheln unsicher. Per Knopfdruck schaltet er einen Servicetechniker aus der Zentrale zu. Auch dieser hat nun Zugriff auf die Bilder aus der Brennkammer. Gemeinsam besprechen die Techniker, wo ausgebessert werden muss.

Diese Zukunftsvision ist schon heute näher, als man denkt. „Es entstehen gerade aus Prototypen die ersten einsatztauglichen Geräte für den Regelbetrieb“, so Christian Reimann vom C-Lab der Siemens AG und der Universität Paderborn. Er leitet dort eine Arbeitsgruppe im Bereich Augmented Reality, kurz AR.

Augmented Reality bedeutet erweiterte, angereicherte Realität. Dabei werden virtuelle Objekte nahtlos in die reale Welt eingeblendet. Eine der frühesten AR-Anwendungen waren die „Head-Up-Displays“ in Kampfflugzeugen, mit deren Hilfe den Piloten Informationen direkt ins Sichtfenster projiziert werden.

Anwendungen im nichtmilitärischen Bereich sind noch nicht so alt. AR kann u. a. für Wartung und Montage von Maschinen und Industrieanlagen genutzt werden. Dabei ist besonders die Zeitersparnis durch AR-Technologie ein großer Vorteil, erklärt Reimann. Heute müssten Techniker bei einem Schaden in der Produktionsanlage noch weite Wege zurücklegen, um in der Dokumentation nachzuschlagen. „Und das kann dauern. Bei aktuellen Passagierflugzeugen z. B. wiegt die ausgedruckte Dokumentation mehr als das Flugzeug selbst. Mit AR-Technologie dagegen können die passenden Informationen direkt an Ort und Stelle in das Sichtfeld des Technikers eingeblendet werden.“

Neben den Daten kann der Techniker sogar Anweisungen zur Montage und Reparatur sehen, etwa einen virtuellen Schraubenschlüssel, der an der realen Schraube ansetzt und sie scheinbar dreht. Oder er kann in das Innere einer Maschine blicken – das Innenleben wird dann so in sein Blickfeld eingeblendet, dass er diesen Eindruck hat.

Die richtige räumliche Anordnung der virtuellen Objekte erfolgt durch eine Kombination verschiedener Sensorsysteme. Die grobe Positionsbestimmung des Nutzers kann – zumindest außerhalb von Gebäuden – über GPS erfolgen. Mithilfe eines so genanntes Gyroskops wird die relative Bewegung des Nutzers gemessen, das virtuelle Bild angepasst. Eine Bilderkennungs-Software schließlich sorgt für noch mehr Genauigkeit.

Eine der heute gängigen technischen Lösungen für AR-Anwendungen heißt „Video-See-through“. Dabei sieht der Benutzer auf Bildschirme, die durch ein Gestell an seinem Kopf direkt vor seinen Augen platziert sind. Das Videobild wird von einer Kamera aufgenommen, eine Software reichert das Videobild mit zusätzlichen Informationen und virtuellen Objekten an. Allerdings sind solche Datenbrillen heute oft noch klobig und unpraktisch. Zudem stellt sich beim Nutzer schnell ein Schwindelgefühl ein, da das Videobild mit einer geringen Zeitverzögerung bei ihm ankommt.

Die Forscher des Paderborner C-Labs setzen deshalb bei einer ihrer Entwicklungen auf eine andere Technologie: Der Wartungstechniker klappt an seinem Helm einen kleinen, halbtransparenten Spiegel in sein Sichtfeld herunter, auf dem Infos eingeblendet werden. „Sobald der stört, kann er schnell wieder weggeklappt werden“, erklärt Reimann.

Eine treibende Kraft der Augmented Reality wird der Consumer-Bereich sein

Zurück im Jahr 2025: Bernd S. trägt einen AR-Helm, während er durch die Produktionsstraße einer Automobilfabrik geht. Hier soll ein neuer Montageroboter eingefügt werden. Die heruntergeklappten, halbdurchlässigen Spiegel vor seinen Augen zeigen Bernd S., wie die Produktionsanlage nach einer Erweiterung aussehen könnte. Das Bild des Roboters wird über die Spiegel mit schwachen Lasern direkt auf seine Netzhäute projiziert, und bleibt daher ständig scharf. Mehrere Bauweisen und Standorte in der Fabrikhalle stehen zur Auswahl, nun soll entschieden werden. Schwenkt der Greifarm des virtuellen Roboters nach links, kollidiert er mit einem Stützpfeiler – so funktioniert es nicht. Mit einem Datenhandschuh schiebt S. die Maschine etwas weiter nach rechts. Diesmal passt alles: So kann gebaut werden.

Einen Vorläufer dieser Technologie hat die Firma Metaio schon heute entwickelt. Mit der Software „Unifeye Planner“ können virtuelle Elemente in eine bestehende Produktionsanlage eingeblendet werden, erklärt Metaio-Geschäftsführer Thomas Alt: „Der Nutzer platziert einige Marker in seiner Fabrik, und macht dann mit einer Digitalkamera Fotos. Mithilfe unserer Software kann dann ganz einfach ein neues Element in das Bild eingefügt werden, z. B. ein virtueller Roboter.“ Eine vereinfachte Version der Software läuft sogar auf dem iPhone. Die Nutzer können damit ihre Wohnungseinrichtung planen, indem sie virtuelle Möbel in Fotos ihres Wohnzimmers einblenden.

„Solche Augmented-Reality-Anwendungen schlagen eine Brücke zwischen Entwicklern und Anwendern“, sagt Alt, „Die Anwender können nun direkt vor Ort sehen, ob am Computer entworfene Neuerungen in die Realität umgesetzt werden können. ¿Seeing is believing¿ heißt es ja im Englischen.“ Mit einer anderen Metaio-Software können z. B. reale Prototypen von Autos mit 3-D-Daten aus dem Rechner überlagert werden.

Alt hält AR für eine Querschnittstechnologie, unzählige Anwendungen seien denkbar. „Eine treibende Kraft für die Entwicklung von AR-Technologien wird der Consumer-Bereich sein“, vermutet er, „etwa durch Anwendungen, die auf Smartphones laufen.“

„Der Consumer-Markt ist riesig“, sagt auch Ulrich Bockholt vom Fraunhofer-Institut für Grafische Datenverarbeitung in Darmstadt. Erst kürzlich haben Forscher des Instituts eine Anwendung für Handys wie das iPhone auf der CeBIT vorgestellt, die für Touristen interessant sein könnte. Hält man die Kamera des Handys auf das Berliner Reichstagsgebäude, wird das aktuelle Live-Video nahtlos und in Echtzeit mit historischen Fotografien und Erläuterungen überblendet. Durch die „magische Lupe“ des Smartphones sieht man das Gebäude so, wie es vor Jahrzehnten aussah. Ein weiteres Anwendungsgebiet sei die Medizin, so Bockholt: „Während einer Operation können dem Mediziner zusätzliche Informationen in das Bild seiner Endoskop-Kamera eingeblendet werden.“

Christian Reimann vom Paderborner C-Lab hält mobile Geräte für den vielversprechendsten industriellen Ansatz – tragbare Geräte, in denen Bildschirm, Rechner und Kamera vereint sind. „Solche Geräte müssen robust gebaut und leicht zu bedienen sein, damit man sie auch unter den schwierigen Bedingungen in einer Fabrikhalle benutzen kann.“

Die möglichst intuitive Bedienung solcher Geräte ist eines der Forschungsgebiete von Professor Christian Geiger, der an der Uni Düsseldorf „Mixed Reality und Visualisierung“ lehrt. Eine Möglichkeit zur Steuerung seien Datenhandschuhe. „Noch besser wäre aber möglicherweise eine Steuerung über Gesten.“

Geiger arbeitet außerdem daran, virtuelle Objekte nicht nur sichtbar, sondern auch greifbar zu machen. Wenn man dann ein virtuelles Objekt „berührt“, gibt es eine Kraftrückkopplung. Montagesimulation mit haptischem Feedback – ein Thema, das die Magdeburger Firma Livingsolids auf der diesjährigen Hannover Messe präsentiert.

Doch noch einmal ins Jahr 2025: Techniker Bernd S. hat Feierabend und ist in seinem Auto auf dem Heimweg. Die Windschutzscheibe zeigt ihm eine erweiterte Realität. Wenn Kollisionsgefahr mit einem anderen Auto besteht, wird das andere Auto rot markiert eine virtuelle grüne Navigationslinie auf der Straße weist ihm den richtigen Weg. Beim Einkaufen trifft Bernd S. einen Bekannten. An dessen Namen braucht er sich nicht zu erinnern – das übernimmt eine Software für ihn, und blendet den Namen in sein Sichtfeld ein.

Die virtuelle Realität und die Wirklichkeit sind zu einem Kontinuum verschmolzen. Und ohne Erweiterung wirkt die schnöde Wirklichkeit inzwischen oft eher langweilig. MICHAEL BÖDDEKER

Von Michael Böddeker

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