Anwendungsspezifische Gestaltung von Augmented Reality-Illustrationsobjekten für eine Wearable Computing-Plattform

Diplomarbeit von Stefan Hamelmann

Zusammenfassung:

Die Gewinnung und Anwendung von Wissen im Unternehmen ist ein bedeutender Produktionsfaktor. Die Rechnerintegrierte Produktion (CIM) hat die Produktentwicklung und Produktionsplanung revolutioniert, aber die durchgängige Verwendung der gewonnenen Erkenntnisse scheitert regelmäßig an den Einschränkungen der stationären Informationstechnik (IT) und der Mensch- Computer-Interaktion (HCI). Der traditionelle Personal Computer (PC) begrenzt den Ort des Informationszugriffs auf den Arbeitsplatz und die Interaktion mit dem System auf den virtuellen Raum.

Am Körper tragbare Computer- Systeme (Wearable Computer) offerieren Abhilfe durch die Gewährung des allgegenwärtigen Zugriffs auf Information. Die Kombination mit der Augmented Reality (AR)-Technologie als neuer Form der HCI bietet zusätzliche Möglichkeiten zur Interaktion mit dem System und der Umwelt. Mobile AR-Systeme erlauben die interaktive, dynamische und kontextsensitive Erweiterung der Realität mit virtueller Information. Die Repräsentation der computergenerierten Information ist auf reale Objekte bezogen und verlagert die Benutzungsschnittstelle (UI) in den architektonischen Raum.

Dieser Ansatz eignet sich deshalb zur effizienten Unterstützung manueller Tätigkeiten in den industriellen Anwendungsgebieten der Entwicklung, Produktion, Wartung und Schulung. Diese Anwendungsfelder sind auf die menschliche Arbeitskraft angewiesen und können von der kontextsensitiven Bereitstellung der passenden Information zur richtigen Zeit am richtigen Ort profitieren. Aus diesem Grund liegt der Einsatz von mobilen AR-Systemen in den Szenarien des wearIT@work-Projekts nahe.

Die vorliegende Arbeit evaluiert den Einsatz der AR-Technologie auf Basis einer Wearable Computing-Plattform und schlägt anhand des Nutzungskontextes individuelle Benutzungskonzepte für ihren Einsatz vor. Die abschließende Unterbreitung der Vorschläge an die Projektgruppen zur technischen Implementierung Szenario spezifischer AR-Anwendungen rundet die Arbeit ab.

Gang der Untersuchung:

Der Aufbau der Arbeit weist die folgende Gliederung auf: Zunächst beginne ich mit der Präsentation der für die Aufgabenstellung zu berücksichtigenden Basistechnologien des Wearable Computing und der AR. Der Schwerpunkt der Betrachtung liegt auf der AR-Technologie, die ich an dieser Stelle umfassend vorstelle. Neben diesen Basistechnologien betrachte ich im folgenden Kapitel verwandte relevante Technologien wie VR, Ubiquitous Computing (UC), Ambient Displays (AD) und Tangible User Interfaces (TUI). Dazu stelle ich die einzelnen Technologien mit ihren Charakteristiken vor und zeige ihre Anwendungsfelder auf. Die Betrachtung konzentriert sich auf die neuen Ansätze im Umgang mit Mensch, Maschine und Umwelt. Vor allem die Ideen zur Gestaltung neuer Interaktionstechniken und -metaphern lassen sich meiner Meinung nach Gewinn bringend auf die Aufgabenstellung anwenden, weil sie große Nutzenpotenziale für benutzerfreundliche und intuitive Benutzungsschnittstellen versprechen.

Das folgende Kapitel widmet sich dem aktuellen Stand der Forschung in der Entwicklung von mobilen AR-Systemen. Die Ermittlung der technischen Möglichkeiten und Einschränkungen der AR-Technologie erfolgt anhand von wissenschaftlichen Publikationen und einer Übersicht der am Markt verfügbaren Komponenten. Die Untersuchung konzentriert sich auf die Anwendungsgebiete mobiler AR-Systeme zur Verbesserung der Kooperation, Kommunikation und des Zugriffs auf Information. Dazu untersuche ich die Ergebnisse von wissenschaftlichen Forschungsprojekten, die den Einsatz der AR zur Unterstützung manueller Tätigkeiten in der Produktion, der Diagnose und Wartung komplexer industrieller Anlagen sowie der Navigation und Orientierung in Gebäuden und im Freiland zum Inhalt haben. Das Wissen darum ist der Unterbau für die Konzeption der szenariospezifischen AR-Anwendungen.

Deshalb erfolgt im Anschluss eine Beschreibung der Anwendungsszenarien der Projektpartner. Diese stellen den Ausgangspunkt zur Erarbeitung und Bewertung der technischen Anforderungen an die Wearable Computing-Plattform dar. Aus diesen expliziten Anforderungen extrahiere ich im folgenden Schritt die impliziten Anforderungen an die AR-Technologie in den Anwendungsszenarien, denn diese Kriterien bestimmen die Eigenschaften der zu entwickelnden AR-Anwendungen maßgeblich.

In einem weiteren Schritt kommt das Wissen um die Möglichkeiten und Limitierungen mobiler AR-Systeme zur Anwendung, um die darzustellenden Inhalte klassifizieren und geeignete anwendungsspezifische AR-Illustrationsobjekte und Repräsentationsformen erarbeiten zu können. Die Konzeption und Beschreibung einer Anwendung auf Basis der Wearable Computing Plattform soll die Einsatzmöglichkeiten in mehreren ausgewählten Anwendungsszenarien demonstrieren und das Nutzenpotenzial der AR-Technologie für das wearIT@ work-Projekt verdeutlichen. Ziel ist eine Übertragung innovativer Ansätze aus der Forschung und Praxis mit dem Schwerpunkt der Gestaltung einer geeigneten Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Erleichterung mobiler und manueller Tätigkeiten.

Inhaltsverzeichnis: