Die Bachelorarbeit mit dem Titel „Der Einsatz von Augmented Reality als Kommunikationsmittel – ein zukünftiger Standard im Marketing?“ von Hoang Anh Nguyen erscheint 2018 im Rahmen des Studiums der Betriebswirtschaftslehre mit den Schwerpunkten Kundenmanagement und strategisches Management und umfasst 56 Seiten.
Die Arbeit untersucht die Entwicklung und den aktuellen Stand von Augmented Reality, ihre Anwendungsgebiete, bereits umgesetzte sowie zukünftige Einsatzmöglichkeiten. Dabei wird der Frage nachgegangen, wie diese Technologie speziell in der Marketingkommunikation für die Präsentation der Produkte und Angebote eingesetzt werden und sich in Zukunft als Standard im Marketing etablieren kann.
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Hinführung zum Thema
1.2 Aufgabenstellung und Zielsetzung
1.3 Methodisches Vorgehen und Aufbau der Arbeit
2. Theoretische Grundlagen von Augmented Reality
2.1 Definition und Abgrenzung zu Virtual Reality
2.2 Historische Entwicklung
3. Aufbau des Augmented Reality Systems
3.1 Darstellung virtueller Objekte
3.1.1 Head-Mounted Display
3.1.2 Head-Up-Display
3.1.3 Kontaktlinse
3.1.4 Handheld Displays
3.2 Tracking für Augmented Reality Anwendungen
3.2.1 Trackingverfahren
3.2.2 Visuelles Tracking mit Markern
3.2.3 Visuelles Tracking ohne Marker
3.2.4 Face Tracking
3.2.5 Registrierung
4. Einsatzgebiete und Anwendungsbeispiele außerhalb des Marketings
4.1 Industrie - am Beispiel der Robert Bosch GmbH
4.2 Navigation
4.3 Logistik – am Beispiel der Deutschen Post DHL Group
4.4 Medizin
5. Augmented Reality als Kommunikationsmittel im Marketing
5.1 MAKE-UP GENIUS by L’Oreal Paris
5.2 Magazine – „DIE WELT der Zukunft“
5.3 IKEA Place
5.4 Messe – Mercedes Benz auf der CES 2014
5.5 PoS – Lego Digital Box
6. Zielgruppe
7. Akzeptanz von Augmented Reality Anwendungen
7.1 Akzeptanz der Nutzer
7.2 Akzeptanz der Unternehmen
8. Chancen und Risiken
8.1 Chancen
8.2 Risiken
9. Fazit
Literaturverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Pokémon Go - Spielprinzip
Abbildung 2: Realitäts- Virtualitäts-Kontinuum
Abbildung 3: The Sensorama
Abbildung 4: Digitale Visualisierung auf realem Marker per ARToolKit
Abbildung 5: Head-Mounted-Display der Vuzix Corp.
Abbildung 6: Head-Mounted-Display mit See-through-Funktionalität
Abbildung 7: Head-Mounted-Display mit Video See-through-Funktionalität
Abbildung 8: Head-Up-Display in einem Kraftfahrzeug
Abbildung 9: Kontaktlinse mit LEDs
Abbildung 10: Tablet mit eingebauter Kamera auf der Rückseite
Abbildung 11: Künstliche Marker für den Einsatz kamerabasierten Trackings
Abbildung 12: Musterbasierter Ansatz vs. bildbasiertes Verfahren
Abbildung 13: Einsatz von AR-Applikationen im Wartungsbereich
Abbildung 14: Augmented Reality bei der Flugzeug-Navigation in Verbindung mit einem HUD
Abbildung 15: Einsatz einer Smart Glass durch Kommissionierer
Abbildung 16: Augmented Reality in der Medizin - „Röntgenblick“
Abbildung 17: MAKE-UP GENUIS by L'Oreal Paris
Abbildung 18: Augmentierte Informationsgrafik aus der Zeitung
Abbildung 19: Smartphone Applikation - IKEA Place
Abbildung 20: Vorstellung der neuen C-Klasse von Mercedes Benz mit AR auf der CES 2014
Abbildung 21: Lego Digital Box am PoS
Abbildung 22: Anteil der Smartphone-Nutzer in Deutschland nach Altersgruppe im Jahr 2017
Abbildung 23: Innovationszyklus von Rogers (1992)
Abbildung 24: Die Sinus-Milieus in Deutschland 2017
Abbildung 25: "HoloTour" mit einer Datenbrille im Saturn Markt
Abbildung 26: Hauptgründe für die Auseinandersetzung mit dem Thema Virtual & Augmented Reality in Unternehmen heute
Abbildung 27: Bereiche, auf die VR und AR in den nächsten 5-10 Jahren einen hohen oder extrem hohen Einfluss haben werden
Abbildung 28: Rosige Zukunft für Erweiterte Realität
Abbildung 29: Möglichkeit der AR Applikation für Gesichtserkennung gekoppelt mit sozialen Netzwerken
Abstract
Die Bachelorarbeit mit dem Titel „Der Einsatz von Augmented Reality als Kommunikationsmittel – ein zukünftiger Standard im Marketing?“ von Hoang Anh Nguyen erscheint 2018 im Rahmen des Studiums der Betriebswirtschaftslehre mit den Schwerpunkten Kundenmanagement und strategisches Management an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden und umfasst 56 Seiten. Die Arbeit untersucht die Entwicklung und den aktuellen Stand von Augmented Reality, ihre Anwendungsgebiete, bereits umgesetzte sowie zukünftige Einsatzmöglichkeiten. Dabei wird der Frage nachgegangen, wie diese Technologie speziell in der Marketingkommunikation für die Präsentation der Produkte und Angebote eingesetzt werden und sich in Zukunft als Standard im Marketing etablieren kann.
1. Einleitung
1.1 Hinführung zum Thema
Im Juli 2016 begaben sich Millionen von Menschen aus aller Welt freiwillig auf die Straßen, zu jeder erdenklichen Tages- und Nachtzeit. Kollektiv haben sich teilweise fremde Menschen versammelt, um eine gemeinsame Begeisterung zu teilen. Das Szenario, welches sich zu dieser Zeit abgespielt hat, werden die meisten noch vor Augen haben. Eine Vielzahl von Menschen, die mit gesenktem Haupt auf ihre Smartphones starren und die Städte und deren Straßen befüllten, um diese neu zu entdecken. Bewaffnet mit Proviant, Power Banks und Campingstühlen zogen Millionen aktiver Spieler los, mit dem Ziel, sie alle zu fangen. Die Rede ist vom „Pokémon Go – Hype“, der Mitte des vorletzten Jahres ausgebrochen ist. Zu Hunderten besetzten Spieler im Sommer 2016 Parks, Kirchen und andere Sehenswürdigkeiten, um die virtuellen Monster, die sogenannten Pokémon, einzufangen. Seit 20 Jahren gibt es diese populären Figuren bereits, früher als beliebtes Sammelkartenspiel und heute als Gaming-Applikation auf den Smartphones.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1: Pokémon Go - Spielprinzip[1]
Das Spielprinzip ist hierbei simpel. Wie in Abbildung 1 dargestellt, erscheinen die Pokémon auf dem Bildschirm sobald sich bestimmten Orten genähert wird. Die virtuellen Fantasiefiguren werden in die reale Umgebung eingeblendet, welche von der Kamera erfasst wird. Durch eine Wischbewegung mit dem Finger werden die typisch rot-weißen Pokébälle geworfen, um die Pokémon zu fangen. Die Realität wird durch zusätzliche Informationen erweitert.
Augmented Reality (AR) wird diese Technologie genannt, die es ermöglicht hat, die halbe Welt zu begeistern und momentan speziell im Markt mobiler Endgeräte Einzug hält. Ob im beruflichen oder privaten Alltag, ständig werden wir mit neuen Technologien konfrontiert. Wie facettenreich sich die Nutzung gestaltet wird durch die Kommunikation, Information und dem Kauf von Produkten hervorgehoben. Unabhängig davon, ob eine Kaufaktion durchgeführt wird oder nicht, hat dies trotzdem eine einschlägige Auswirkung auf die Einstellung zu einer Marke. Für Unternehmen ist es im Marketing vor allem wichtig, den Markt ständig zu beobachten, um Trends frühzeitig zu erkennen. Nur auf diese Weise ist es möglich, sich an der Spitze zu halten und konkurrenzfähig zu bleiben.
1.2 Aufgabenstellung und Zielsetzung
Hinter dem Begriff Augmented Reality verbirgt sich nicht nur eine neue Technologie, sondern auch ein Marketinginstrument. Die Thematik ist von der Vielfältigkeit an Einsatzgebieten geprägt. In dieser Arbeit steht vor allem der Einsatz im Marketing im Vordergrund.
In der Vergangenheit konnte sehr gut beobachtet werden, dass die Veränderung der Mediennutzung und des Konsumverhaltens besonders auf den Fortschritt und Einfluss der Technik zurückzuführen ist. Früher wurde das Mobiltelefon lediglich mit den Eigenschaften Erreichbarkeit und Flexibilität verbunden, das zweifarbige Display und die simple Software ließen nicht mehr zu. Heute ist das Smartphone ein ständiger Begleiter im Alltag und fungiert als kleines Allround-Talent. Vermehrt wird bequem online vom Smartphone eingekauft oder sich für die zukünftigen Einkäufe informiert. Diese Veränderung des Nutzungsverhaltens öffnet viele Türen in Bezug auf die Marketingkommunikation.
Allerdings haben sich hierbei auch einige Technologien nicht durchgesetzt, obwohl diese ein vielversprechendes Konzept bieten. Ob diesbezüglich Erfolge verzeichnet werden können, liegt oftmals an der Akzeptanz der Nutzer und der Unternehmen.
Diese wissenschaftliche Arbeit umfasst die betriebswirtschaftliche Fragestellung im Hinblick auf das Potenzial, welches Augmented Reality als Kommunikationsmittel im Marketing besitzt. Erforscht wird hierbei, ob es den Unternehmen gelingt, AR in Zukunft als Standard im Marketing erfolgreich zu implementieren oder diese Technologie weitere Fehlschläge in Form von Ablehnung der Nutzer verschreiben wird.
1.3 Methodisches Vorgehen und Aufbau der Arbeit
Im Anschluss an diesen Abschnitt wird zunächst eine theoretische Grundlage gelegt, die für die Analyse des Potenzials notwendig ist. Hierbei werden die zentralen Begriffe von Augmented Reality und die Abgrenzung zu anderen ähnlichen Begriffen erläutert. Zudem wird die historische Entwicklung der Erweiterten Realität und die damit verbundenen Meilensteine betrachtet, um den Wurzeln der Technologie auf den Grund zu gehen.
Nachdem die Begriffe und die Thematik bekannt sind, wird anschließend der Aufbau des Systems nähergebracht. Die erforderlichen technischen Voraussetzungen, um AR zu realisieren, werden diesbezüglich einzeln dargestellt. Darüber hinaus wird hier ein detaillierter Einblick in das System gegeben, welcher die Komponenten für die Umsetzung von AR Anwendungen einschließt. Das Verständnis für die Funktionsweise von AR soll hiermit hergestellt werden.
Anschließend wird der Facettenreichtum der Einsatzgebiete außerhalb des Marketings hervorgehoben. Darüber hinaus zeigt das Kapitel anhand von Unternehmens- und Branchenbeispielen auf, in welchen Bereichen sich Augmented Reality bereits etabliert hat. Unter anderem wird der Mehrwert hervorgehoben, den die Technologie in diesen Anwendungsbeispielen generiert.
Als Grundlage für die betriebswirtschaftliche Analyse wird zunächst der Einsatz von Augmented Reality als Kommunikationsmittel im Marketing unter die Lupe genommen. Welche Vielfältigkeit diese Technologie in Bezug auf die Marketingkommunikation bietet, wird durch Praxisbeispiele verdeutlicht.
Darauf aufbauend beschäftigen sich die nachfolgenden Kapitel mit der Marktanalyse. Beginnend mit der Eruierung der Zielgruppe, welche eine große Bedeutung für die Planung einer Marketing- und Produktkommunikation besitzt, wird danach in die Akzeptanz Seitens der Unternehmen und der Nutzer übergegangen. Diese stellt einer der wichtigsten Erfolgsfaktoren dar. Aus diesem Grund wird untersucht, ob die Akzeptanz beider Gruppen vorhanden ist. Jede Technologie bietet neue Chancen, allerdings gehen damit auch immer Risiken einher. Welche der beiden Seiten am Ende dominiert, wird sich in diesem Abschnitt zeigen.
Im Rahmen dieser wissenschaftlichen Arbeit werden Fachbegriffe bewusst großgeschrieben, selbst wenn sich diese aus zwei Begriffen zusammensetzen, um eine einheitliche Begrifflichkeit darzustellen. Dazu gehören vor allem Augmented Reality, Virtual Reality, Augmented Virtuality und Mixed Reality. Parallel dazu wird dies auch bei den deutschen Fachbegriffen wie Erweiterte Realität, Virtuelle Realität, Erweiterte Virtualität und Gemischte Realität umgesetzt.
Gemäß dem Fachjargon des Marketings, auf welche diese Arbeit basiert, werden geläufige englische Begrifflichkeiten wie User, Mobile Device, posten, Tracking, Smartphone, Feature, Interface, PoS und Ähnliche verwendet. Des Weiteren wird die Anschaulichkeit des Themas durch Abbildungen zu den jeweiligen Textstellen unterstützt, um die bestmögliche Verständlichkeit für den Leser zu garantieren.
2. Theoretische Grundlagen von Augmented Reality
Das nachstehende Kapitel definiert den Begriff Augmented Reality und grenzt diesen von der geläufigen Begrifflichkeit Virtual Reality (VR) ab. Wie die Realität zur Virtualität in Beziehung steht, wird anhand des Realitäts-Virtualitäts-Kontinuums dargestellt. Darüber hinaus wird ein Rückblick in die Vergangenheit gegeben, um die historische Entwicklung von AR näher zu bringen.
2.1 Definition und Abgrenzung zu Virtual Reality
Der Begriff Virtual Reality ist heutzutage weit verbreitet, im Vergleich dazu ist Augmented Reality weniger geläufig.[2] Um die beiden ähnlichen Begrifflichkeiten und deren tatsächliche Bedeutung besser näher bringen zu können, werden diese zunächst voneinander abgegrenzt.
Virtual Reality beschreibt eine computergestützte virtuelle Umgebung, die die reale Umwelt ausblendet. Hierbei agiert die virtuelle Umgebung interaktiv und bindet physikalische Eigenschaften in Echtzeit im Zusammenhang mit der Wahrnehmung der Wirklichkeit ein. Hiermit wird die Möglichkeit geboten, in jede denkbare virtuelle Umgebung einzutauchen. Der Begriff Augmented Reality definiert hingegen eine Erweiterung der bestehenden Realität durch computergenerierte Zusatzinformationen. Der Hauptunterschied zu VR liegt darin, dass keine komplett neue Umwelt erschaffen wird, sondern die Realitätswahrnehmung durch virtuelle Elemente erweitert wird.[3]
In der Literatur gibt es keine einstimmige Definition zu Augmented Reality. Größtenteils wird auf das „reality-virtuality continuum“, welches von Milgram et al. (1994) entwickelt wurde, verwiesen. Dieses beschreibt einen fortlaufenden Übergang zwischen realer und virtueller Umwelt.[4]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 2: Realitäts- Virtualitäts-Kontinuum[5]
In Abbildung 2 wird das Realitäts-Virtualitäts-Kontinuum dargestellt. Die linke Seite definiert die reale Umgebung, welche ausschließlich aus realen Objekten besteht und durch eine Person oder Medien wie Fenster, Fotoapparat etc. wahrgenommen werden kann. Die rechte Seite setzt sich ausschließlich aus virtuellen Objekten zusammen, die durch einen Computer dargestellt werden, folglich ist der reale Anteil auf der rechten Seite gleich Null. Der Bereich innerhalb der zwei Extremen des Kontinuums wird als Mixed Reality (MR) bezeichnet, welcher den realen und virtuellen Anteil beliebig kombiniert. Augmented Reality wird hierbei vom realen Anteil dominiert, Augmented Virtuality (AV) dagegen von dem Virtuellen.[6]
In der Wissenschaft wird vorwiegend auf die etablierte Definition von Azuma aus dem Jahre 1997 zurückgegriffen:[7]
„Augmented Reality (AR) is a variation of Virtual Environments (VE ), or Virtual Reality as it is more commonly called. VE technologies completely immerse a user inside a synthetic environment. While immersed, the user cannot see the real world around him. In contrast, AR allows the user to see the real world, with virtual objects superimposed upon or composited with the real world. Therefore, AR supplements reality, rather than completely replacing it.“ [8]
Aus dieser Definition gehen wichtige Charakteristika hervor. Hiernach beschreibt AR eine Kombination beziehungsweise eine Überlagerung von Realität und Virtualität, die interaktiv in Echtzeit agiert und einen dreidimensionalen Zusammenhang zwischen realen und virtuellen Objekten herstellt.
Dörner et al. (2013) definiert Augmented Reality folgendermaßen:
„Augmentierte Realität ist eine (unmittelbare, interaktive und echtzeitfähige) Erweiterung der Wahrnehmung der realen Umgebung um virtuelle Inhalte (für beliebige Sinne), welche sich in ihrer Ausprägung und Anmutung soweit wie möglich an der Realität orientieren, so dass im Extremfall (so das gewollt ist) eine Unterscheidung zwischen realen und virtuellen (Sinnes-) Eindrücken nicht mehr möglich ist.“ [9]
Diese Definition enthält zwar auch bereits genannte Elemente, jedoch werden hier weitere Sinne miteinbezogen. Wie auch in dieser wissenschaftlichen Arbeit, wird AR gegenwärtig in Verbindung mit visueller Erweiterung der Sinne wahrgenommen, allerdings kann sie sich auch auf den Hör-, Tast- und Geruchsinn ausdehnen.[10]
2.2 Historische Entwicklung
Dieser Abschnitt befasst sich mit der historischen Entwicklung und den Wurzeln von Augmented Reality. Die Anfänge von Systemen, welche AR basiert sind, lassen sich bis in die 1950er und 1960er zurückverfolgen.
Zwischen 1957 und 1962 wurde der Sensorama von Morton Heilig entwickelt und patentiert. Dieser Simulator arbeitet mit visuellen Effekten, Sound, Vibrationen und Geruch.[11] So wurde der Sensorama von Herrn Heilig als „Experience Theater“ beschrieben, welches als „Kino der Zukunft“ gesehen wurde.[12]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3: The Sensorama[13]
Im Jahr 1966 hat Ivan Sutherland das Head-Mounted-Display (HMD) erfunden. Das auf dem Kopf befestigte Ausgabegerät stellte mithilfe einer Anzeige in Form eines Bildschirms auf Augenhöhe computergenerierte Bilder dar oder bildete diese direkt auf die Netzhaut ab. Hierdurch wurde dem Nutzer einen Blick in die virtuelle Welt ermöglicht. Allerdings war dieses HMD so schwer, dass es zusätzlich von der Raumdecke getragen werden musste.[14]
1975 war es Usern erstmals möglich, mit virtuellen Objekten zu interagieren. Myron Krueger entwickelte hierzu das Videoplace. Der Begriff Virtual Reality wurde 1989 von Jaron Lanier geprägt und ab diesem Zeitpunkt für die Ersten kommerziellen Anwendungen genutzt.[15]
Parallel dazu wurde im Jahre 1990 der Begriff Augmented Reality von Tom Caudell im Rahmen von Kabelverlegungsarbeiten in Flugzeugen der Boeing Company entwickelt. Zudem entstand im selben Jahr eines der ersten funktionsfähigen AR Systeme, welches durch L.B. Rosenberg in den U.S. Air Force Armstrong Labs gebaut wurde.[16]
Das Knowledge-based Augmented Reality for Maintenance Assistence, kurz KARMA, wurde 1993 von Steven Feiner, Blair MacIntyre und Doree Seligmann an der Columbia University in New York entwickelt. Dieses halbtransparente HMD unterstützt Nutzer bei Reparaturen und Wartungen technischer Geräte. Ein Handbuch und technisches Know-how ist dadurch nicht mehr nötig, da das Display die einzelnen Arbeitsschritte und Anweisungen auf das zu reparierende Gerät projiziert.[17]
1999 wurde das AR Toolkit von Hirokazu Kato entwickelt,[18] eine Software-Bibliothek um AR Anwendungen zu kreieren. Dies sind Anwendungen, die die Überlagerung virtueller Elemente mit der realen Umwelt beinhalten. Über folgende Eigenschaften verfügt diese Software:[19]
- Ortung und Verfolgung der Kameraposition
- Tracking Code unter Verwendung einfacher schwarzer Quadrate
- Die Möglichkeit, jede quadratische Markierung oder Muster zu verwenden
- Einfacher Kalibrierungscode der Kamera
- Besitzt die notwendige Schnelligkeit für AR Programme in Echtzeit
- Einsatz unter SGI IRIX, Linus, MacOS und Windows OS
- Verbreitung mit vollständigem Quellcode
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 4: Digitale Visualisierung auf realem Marker per ARToolKit[20]
In der obigen Abbildung erscheint ein dreidimensionales virtuelles Objekt, welches auf einer echten Karte steht. Dieses kann nur durch den Nutzer mit dem HMD wahrgenommen werden. Wird die Karte vom User bewegt, so wird das virtuelle Element mitbewegt und es entsteht eine Verbindung mit dem realen Objekt.[21] Im Jahr 1999 wurde auch die ARQuake von Bruce H. Thomas erfunden, welches das erste mobile Outdoor AR Spiel ist. Dieses wurde von ihm auf dem International Symposium on Wearable Computers präsentiert.[22]
Den AR Travel Guide für das G1 Android Mobiltelefon veröffentlichte Wikitude im Jahr 2008. Anschließend folgt ein Jahr später das Drive-AR Navigation System für die Android Plattform.[23]
2009 erfolgte die Portierung des AR Toolkits zu Adobe Flash (FLARToolkit) durch Saqoosha, welches die Darstellung von AR im Webbrowser erlaubt. Im darauffolgenden Jahr wurde AR durch acrossair erstmalig auf dem IPhone 3 Gs ermöglicht.[24]
3. Aufbau des Augmented Reality Systems
Dieses Kapitel verdeutlicht den Aufbau des Augmented Reality Systems. Es werden technische Themengebiete behandelt, die zum Verständnis der einzelnen Elemente von AR beitragen. Die Umsetzung von Augmented Reality bedarf zwei Komponenten, zum einen die Darstellung virtueller Objekte durch Displays, zum anderen das Trackingverfahren für AR Anwendungen.
3.1 Darstellung virtueller Objekte
Für die Darstellung virtueller Objekte in einem realen Umfeld sind Displays erforderlich. Hierbei existieren diverse Ausgabegeräte mit unterschiedlichen Möglichkeiten und Einsatzgebieten. Die Funktionsweisen der bereits eingesetzten Displays sowie die Forschung an einer zukünftigen Methode sind ebenfalls Bestandteile dieses Unterpunktes.
3.1.1 Head-Mounted Display
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 5: Head-Mounted-Display der Vuzix Corp.[25]
Mit Augmented Reality wird in der Regel ein Head-Mounted-Display wie in Abbildung 5 dargestellt, verbunden. Hierbei trägt der User eine Art Brille mit ein bis zwei integrierten Displays. Bei einem Optical See-Through Display verhält es sich wie bei einer herkömmlichen, durchsichtigen Brille, durch welche die reale Umwelt wahrgenommen werden kann. Die computererzeugten Bilder werden mithilfe eines sogenannten Combiners, einem halbdurchlässigen Spiegel, dargestellt. Der Nutzer kann somit die reale Umgebung und die zusätzlich eingeblendeten Informationen im Sichtfeld wahrnehmen. Ähnliches lässt sich beobachten, wenn schräg aus einem Fenster geblickt wird. Hier sind sowohl die reale Umgebung außerhalb des Fensters, als auch die Gegenstände innerhalb des Raumes sichtbar. Der Effekt, der hier beobachtet werden kann, wird als Combinereffekt bezeichnet.[26]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 6: Head-Mounted-Display mit See-through-Funktionalität[27]
Eine andere Variante bietet das VR-Display, welches geschlossen ist und dem Nutzer ein Abbild des realen Umfelds als Video einblendet. Dieses Video wird durch ein bis zwei Kameras in Echtzeit aufgenommen und abgespielt. Hier wird von einem Video See-Through HMD gesprochen.[28]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 7: Head-Mounted-Display mit Video See-through-Funktionalität[29]
Unterschieden wird zudem noch, welche Anzahl von Displays eine Brille besitzt. So ist von einem monokularen Display die Rede, wenn nur ein Display für beide Augen verbaut ist. Die Bezeichnung stereoskopisches Display beschreibt zwei Bildschirme, also ein Bildschirm pro Auge, welche einen tatsächlichen dreidimensionalen Eindruck erzeugen können.[30]
3.1.2 Head-Up-Display
Das Head-Up-Display (HUD) wurde ursprünglich in Militärflugzeugen verbaut, um den Piloten Zusatzinformationen in die Frontscheibe einzublenden.[31] Die hilfreichen Tools wie Kompass oder ein künstlicher Horizont haben den Piloten schon damals das Steuern von Flugzeugen vereinfacht. Ab dem 21. Jahrhundert wurden die ersten HUDs in Kraftfahrzeugen offeriert. Hierbei wird ein kleines Display mit zusätzlichen Informationen in die Windschutzscheibe auf der Fahrerseite eingeblendet. Die Frontscheibe fungiert dabei als Combiner, der die realen und virtuellen Elemente miteinander verknüpft. Aktuell werden in den verbauten HUDs Informationen in Form von Symbolen eingeblendet, wie beispielsweise die gefahrene Geschwindigkeit, Geschwindigkeitsbegrenzung und Navigationshinweise. Der Mehrwert eines solchen Displays ist klar ersichtlich, der Fahrer muss seinen Blick bei Benutzung eines HUDs nicht mehr von der Straße abwenden, um die wichtigsten Hinweise wahrzunehmen.[32] Bei dieser Art der Darstellung von Augmented Reality werden grundsätzlich keine Marker und größtenteils kein Tracking eingesetzt.[33] Diese beiden Begrifflichkeiten werden im Folgenden näher beleuchtet.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 8: Head-Up-Display in einem Kraftfahrzeug[34]
3.1.3 Kontaktlinse
Der Einsatz einer neuen Technologie in Form einer speziellen Kontaktlinse bietet AR eine weitere Einsatzmöglichkeit. Für die Einblendung werden LEDs verwendet, die Datenübertragung erfolgt hierbei drahtlos. Die Entwicklung befindet sich zwar erst in den Anfängen, allerdings wird es bereits in Zukunft möglich sein, beispielsweise eine Textdarstellung durch Erhöhung der Anzahl der LEDs zu ermöglichen.[35]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 9: Kontaktlinse mit LEDs[36]
Die Schwierigkeit besteht darin, technische Elemente auf ein dünnes und flexibles Polymer aufzubringen, ohne eine Beeinträchtigung des Auges hervorzurufen. Zudem muss die Kontaktlinse halbdurchsichtig sein, um die Wahrnehmung der realen Umwelt nicht zu hemmen. Eine weitere Problematik könnte die Fokussierung des Auges darstellen, da das Auge nur Objekte fokussieren kann, die zehn Zentimeter oder weiter von dem Auge entfernt sind. Obwohl der Strombedarf einer solchen Kontaktlinse nicht sehr hoch ist, erzeugt die essentielle Energieversorgung trotzdem eine zusätzliche Schwierigkeit. Erste Erfolge lassen sich mit LEDs verzeichnen, die es ermöglichen, ein Bild abzubilden, welches dem Nutzer so erscheint, als wäre es ungefähr einen halben Meter weiter entfernt. Die Umsetzung und Entwicklung einer solchen Technologie stellt eine technische Herausforderung dar, allerdings könnte hierfür bereits in absehbarer Zeit eine Lösung gefunden werden.[37]
3.1.4 Handheld Displays
Handheld Displays sind wie der Name schon verrät, mobile Geräte, die der User in der Hand halten und bedienen kann, um vollkommen flexibel zu sein. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Mobiltelefone oder PDAs mit integrierten Kameras, sowie Tablets oder Notebooks in Verbindung mit einer Webcam.[38] Die genannten Geräte differenzieren sich in Speicherkapazität und Performance. Für AR Anwendungen eignen sich Mobiltelefone und Tablets besonders gut, da die eingebaute Kamera auf der Rückseite der Geräte die Umgebung aufnimmt und als Input für das optische Tracking verwendet. Der Bildschirm und die Kamera des Geräts liegen sich gegenüber, somit ist das Ausrichten der Kamera auf die reale Umwelt und das zeitgleiche Wahrnehmen der Projektion simpel.[39] Der Unterschied zu einem HMD ist, dass nicht die Kopfposition entscheidend für die Bestimmung des Blickfeldes auf dem Display ist, sondern die Position der fest verbauten Kamera des mobilen Geräts.[40]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 10: Tablet mit eingebauter Kamera auf der Rückseite[41]
3.2 Tracking für Augmented Reality Anwendungen
Die zweite zentrale Komponente von Augmented Reality bildet neben der Darstellung virtueller Objekte die Lagebestimmung der Kamera beziehungsweise der Blickpunkt des Nutzers.[42] Die Voraussetzung für die Umsetzung von AR Anwendungen sind die Erfassung der realen Umwelt sowie die Ergänzung durch computergenerierte Objekte. Die Bezeichnung für eine solche Software wird Tracking, Software oder Tracker genannt.[43] Hierbei spiegelt vor allem die Genauigkeit die Qualität der Illusion wider. Je genauer die Integration der Virtualität in die Realität erfolgt, desto besser ist diese Illusion.[44]
3.2.1 Trackingverfahren
Die Aufgabe der Software ist es, zum einen die reale Umwelt mit den damit verbundenen Objekten zu erfassen, zum anderen den Blickwinkel des Users in möglicher Kombination mit der Lage eines Markers in Echtzeit zu erfassen. Um dies umzusetzen, werden spezifische Sensoren oder eine Verknüpfung diverser Sensoren verwendet. Mehler-Bicher et al. (2011) unterscheidet grundlegend zwei verschiedene Verfahren: Nichtvisuelles und visuelles Tracking.[45]
Nichtvisuelles Tracking
Für das nichtvisuelle Tracking kann ein Kompass eingesetzt werden, welcher das magnetische Feld der Erde nutzt, um die Ausrichtung relativ zu den Erdachsen zu berechnen.[46]
Eine andere Möglichkeit zur Bestimmung des Standortes bietet das satellitenbasierte Ortungssystem GPS. Es werden hierfür nicht wie bei der üblichen Navigation die Satellitendaten mit dem vorhandenen Straßennetz abgeglichen. Die Position ist bei Augmented Reality Anwendungen fast beliebig, allerdings kann es zu Abweichungen der Genauigkeit von zehn Metern geben. Dies hängt ganz davon ab, wie die Qualität des Empfangs aktuell ist. Die Funktionalität von GPS setzt die Sicht auf mindestens vier Satelliten voraus. Folglich ist die Nutzung im freien Umfeld nahezu uneingeschränkt möglich, allerdings kann es innerhalb von Gebäuden aufgrund von Empfangsproblem zu Schwierigkeiten kommen. Auch netzschwache Orte wie Wälder oder Täler eignen sich nicht sehr gut für eine Positionsbestimmung, da dort in der Regel nur eine niedrige Signalstärke vorhanden ist. Ebenso kann es zu Empfangsproblemen in der Innenstadt durch die hohen Gebäude und engen Gassen kommen, somit ist die Sicht auf die Satelliten nicht gewährleistet. Um das GPS-Signal an unvorteilhaften Positionen trotzdem aufrecht zu erhalten und die Empfangsstärke zudem noch zu erhöhen, werden Differenzmethoden wie Differential GPS (DGPS) oder Satellite Based Augmentation System (SBAS) eingesetzt. Diese Methoden nehmen einen oder mehrere Referenzpunkte an und berechnen daraus das korrigierte Signal. Bei Smartphones und Tablets werden oft Verfahren wie Assisted GPS (A-GPS) und WLAN-Ortung verwendet. A-GPS basiert auf dem aktuellen Mobilfunknetz, über welches eine ungefähre Standortbestimmung erfolgt. Die WLAN-Ortung hingegen verwendet bekannte WLAN-Netze für eine Positionsbestimmung.[47]
Unter nichtvisuelles Tracking fällt zudem das sensorbasierte mobile Orientierungs-Tracking. Unter Verwendung von Sensoren, welche in mobilen Endgeräten wie Smartphones und Tablets heutzutage serienmäßig verbaut sind, erfolgt eine Lageschätzung im Umfeld. In der Regel wird für diese Art des Trackings eine Kombination aus drei verschiedenen Sensortypen eingesetzt. Diese setzt sich aus einem Magnetometer, der zur elektronischen Messung des Magnetfelds der Erde verwendet wird, und aus Inertialsensoren zusammen. Diese Inertialsensoren, welche in linear und rotatorisch untergliedert werden, dienen der Messung der linearen Beschleunigung beziehungsweise der Dreharten. Üblicherweise werden für eine erfolgreiche Messung der Orientierung bei beliebiger Lage des Geräts neun Sensoren verwendet, diese resultieren aus jeweils drei orthogonal zueinander angeordneten Sensoren pro Sensortyp.[48] In der Praxis werden beispielsweise Ultraschallsensoren verwendet, die den Abstand und die damit verbundene Position zueinander durch das Messen der Laufzeit von Ultraschallwellen zwischen mehreren Sendern und Empfängern ermittelt. Auch wird Infrarot eingesetzt, welches unter die optischen Sensoren fällt, die Messung erfolgt dabei über den Abstand zwischen mehreren Sendern und Empfängern.[49]
Visuelles Tracking
Für die Realisierung des visuellen Trackings werden generell Videokameras verwendet. Hierbei wird zwischen zwei Varianten unterschieden, zum einen ist die Kamera als HMD auf dem Kopf des Nutzers befestigt, wobei die Position des Kopfes von dem Tracker berechnet wird, zum anderen kann die Kamera alternativ auch fest montiert sein, wie beispielsweise eine Webcam an einem Computer. Unter Verwendung von Bildverarbeitung berechnet der Tracker die Position der realen Objekte. Somit ist sowohl die Berechnung der Kameraposition als auch die Position und Ausrichtung der von der Kamera erfassten Objekte miteinbegriffen.[50]
Das visuelle Tracking lässt sich in zwei Systeme kategorisieren. Auf der einen Seite existieren merkmalsbasierte Systeme, in denen der Tracker zweidimensionale Punkte erfasst und folglich die Kameraposition berechnet. Auf der anderen Seite gibt es modellbasierte Systeme, dabei ist dem Tracker ein Referenzmodell bekannt, welches er nutzt, um dieses mit einem Videobild abzugleichen und daraus die Position zu errechnen.[51] In der heutigen Zeit werden häufig merkmalsbasierte Systeme aufgrund der begrenzten Leistung der eingesetzten Endgeräte wie beispielsweise Smartphone oder Tablet genutzt. Hierbei werden sogenannte Marker verwendet, die gewisse geometrische und farbliche Eigenschaften besitzen, um in einer Videoaufnahme erkannt werden zu können.[52] Das modellbasierte Tracking findet aufgrund der mangelnden Stabilität der Systeme aktuell weniger Verwendung.[53]
Folgende zwei Schritte beschreiben den Tracking Prozess beider Varianten. Im ersten Schritt wird das Bild bearbeitet, um die wichtigsten Informationen des Bildes zu erlangen. Im zweiten Schritt erfolgt die Positionsbestimmung mithilfe des bearbeiteten Bildes. Welche Qualität und Präzision ein Tracker besitzt hängt stark von den Algorithmen und Eigenschaften der Kamera und des Bildsensors ab.[54]
3.2.2 Visuelles Tracking mit Markern
Beim visuellen Tracking mit Markern wird zunächst ein Muster an das zu trackende Objekt angebracht, das mittels einer Bildverarbeitungssoftware identifiziert werden kann. Die daraus extrahierten Informationen liefern die Basis für eine Berechnung der Position und der Orientierung.[55] Diese Marker werden meist optisch optimiert, um einwandfrei von einem Trackingsystem erkannt werden zu können.[56]
Mehler-Bicher et al. (2011) definiert Marker folgendermaßen:
„Unter einem Marker versteht man ein zwei- oder dreidimensionales Objekt, das durch seine Art und Form leicht durch eine Kamera identifiziert (getrackt) werden kann.“ [57]
Marker werden in der Regel eingesetzt, um eine Trackingoptimierung zu erreichen. Dabei hängt die Leistung des Gesamtsystems von der Erkennungsgeschwindigkeit des Trackers ab. Eine Erleichterung für die Erkennung der Position und Ausrichtung der Kamera ist ein zusätzlicher Grund für den Einsatz von Markern.[58]
Idealerweise sollte ein Augmented Reality Marker folgende Kriterien erfüllen:[59]
- Ein idealer Marker sollte die eindeutige Bestimmung der Position und der Ausrichtung der Kamera unterstützen.
- Der Marker sollte einige Orientierungen nicht anderen bevorzugen.
- Der Marker sollte ein Teil einer Reihe von Bildern sein, die leicht unterschieden werden können, um eine große Anzahl von Objekten markieren zu können.
- Der Marker muss mithilfe schneller und einfacher Algorithmen leicht zu finden und identifizieren sein.
- Der Marker muss über einen weiten Kameraerfassungsbereich funktionieren.
Die folgenden Eigenschaften beschreiben einen Augmented Reality Marker:[60]
Form
Für die eindeutige Bestimmung der Position eines Objekts im dreidimensionalen Raum ist es notwendig, mindestens vier nicht lineare Punkte zu haben. Im Optimalfall sind das die Eckpunkte eines Quadrates, um die gute Erkennung unabhängig von der Ausrichtung gewährleisten zu können. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, dass der gesamte Marker eine quadratische Form besitzen muss. Künstliche Marker besitzen jedoch häufig einen Rahmen, folglich wäre es von Vorteil, wenn dieser eine quadratische Form aufweist.
Farben
In Bezug auf die farbliche Gestaltung eines Markers existieren zwei Möglichkeiten. Zum einen die schwarz-weiß Variante, die in den meisten Fällen bevorzugt wird, zum anderen die farbige Variante, die aus technischen Gründen weniger verwendet wird. Der Grund hierfür ist, dass die meisten Kamerasysteme die Funktion des menschlichen Auges nachbilden, allerdings reagieren diese empfindlicher auf die Helligkeit als auf die Farbigkeit. Folglich überwiegen die Helligkeitsinformationen den Farbinformationen. Ein schwarz-weiß Marker, auch monochromer Marker, genannt besitzt zudem die Möglichkeit, reine Graustufen eines Bildes zu analysieren. Dies kann demzufolge zu einer Reduzierung des Speicherverbrauchs und zur Verwendung effizienter Algorithmen führen.
Position
Beim Vorliegen eines Markers mit einem schwarzen Rahmen, befindet sich dieser im Idealfall auf einem weißen Hintergrund. Der Kontrast ist in diesem Fall am höchsten, folglich kann das Bild sehr gut identifiziert werden.
Identifizierung
Für eine einfache Identifizierung eines Markers sollte sich innerhalb des Rahmens ein unterscheidungskräftiges Bild befinden. Die beste Möglichkeit bietet hier die Verwendung von zweidimensionale Barcodes. Auf der einen Seite stehen somit eine Vielzahl von unterschiedlichen Markern zur Verfügung, auf der anderen Seite wird dadurch der Zusammenhang zwischen den einzelnen Bildern reduziert, um die Unterscheidungskraft zu erhöhen.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 11: Künstliche Marker für den Einsatz kamerabasierten Trackings[61]
[...]
[1] Abb.: http://www.cdn0.tnwcdn.com
[2] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 9)
[3] Vgl. (Klein, 2009, S.1)
[4] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 9)
[5] Abb.: http://www.researchgate.net
[6] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S.9f)
[7] Vgl. (Dörner, Broll, Grimm, & Jung, 2013, S. 245)
[8] (Azuma, 1997, S. 2)
[9] (Dörner, Broll, Grimm, & Jung, 2013, S. 246)
[10] Vgl. (Dörner, Broll, Grimm, & Jung, 2013, S. 246)
[11] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S.13)
[12] Vgl. (Kent, 2011, S. 960)
[13] Abb.: http://www.iqglobal.intel.com
[14] Vgl. http://lukemears.com
[15] Vgl. (Enderlein, 2003, S. 5)
[16] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 13)
[17] Vgl. (Feiner, MacIntyre, & Seligmann, 1993, S. 54)
[18] Vgl. http://lukemears.com
[19] Vgl. http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/
[20] Abb.: http://www.hitl.washington.edu
[21] Vgl. http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/
[22] Vgl. http://lukemears.com
[23] Vgl. http://www.wikitude.com
[24] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 13)
[25] Abb.: http://www.res.cloudinary.com
[26] Vgl. (Tönnis, 2010, S.23f)
[27] Abb.: http://www.media2mult.uos.de
[28] Vgl. (Tönnis, 2010, S. 23f)
[29] Abb.: http://www.media2mult.uos.de
[30] Vgl. (Tönnis, 2010, S. 23f)
[31] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 46)
[32] Vgl. (Tönnis, 2010, S. 27)
[33] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 46)
[34] Abb.: http://www.bimmerfest.com
[35] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 47)
[36] Abb.: http://www.cdn1.spiegel.de
[37] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 47)
[38] Vgl. (Tönnis, 2010, S. 28f)
[39] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 48)
[40] Vgl. (Tönnis, 2010, S. 29)
[41] Abb.: http://www.edesign.sws.iastate.edu
[42] Vgl. (Tönnis, 2010, S. 42)
[43] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 27)
[44] Vgl. (Klein, 2009)
[45] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 27)
[46] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 28)
[47] Vgl. (Dörner, Broll, Grimm, & Jung, 2013, S. 253ff)
[48] Vgl. (Dörner, Broll, Grimm, & Jung, 2013, S. 255)
[49] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 28)
[50] Vgl. (Klein, 2009, S. 3f)
[51] Vgl. (Zhao, 2003, S. 3)
[52] Vgl. (Klein, 2009, S. 5f)
[53] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 29)
[54] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 29)
[55] Vgl. (Tönnis, 2010, S. 45)
[56] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 29)
[57] (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 29)
[58] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 29)
[59] Vgl. (Owen, 2002, S. 99)
[60] Vgl. (Mehler-Bicher, Reiß, & Steiger, 2011, S. 30)
[61] Abb.: http://www.augmentedpixels.com
- Citar trabajo
- B.A. Hoang Nguyen (Autor), 2018, Der Einsatz von Augmented Reality als Kommunikationsmittel. Ein zukünftiger Standard im Marketing?, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/437095
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