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Was ist Augmented Reality und Virtual Reality?

Augmented Reality und Virtual Reality (üblicherweise als AR bzw. VR abgekürzt) sind Reality-Technologien, die eine reale Umgebung durch eine simulierte Umgebung entweder erweitern oder ersetzen. Augmented Reality (AR) erweitert Ihre Umgebung, indem einer Live-Ansicht digitale Elemente hinzugefügt werden, oft unter Verwendung der Kamera eines Smartphones. Virtual Reality (VR) ist eine vollständig immersive Erfahrung, die eine Realumgebung durch eine simulierte Umgebung ersetzt.

Bei AR wird eine virtuelle Umgebung so gestaltet, dass sie mit der realen Umgebung koexistiert, mit dem Ziel, zusätzliche und informative Daten über die reale Welt zu liefern, auf die ein Benutzer zugreifen kann, ohne eine Suche ausführen zu müssen. Beispielsweise können AR-Apps für den Industrieeinsatz sofort Informationen für das Troubleshooting bieten, wenn das Smartphone auf ein defektes Gerät gerichtet wird.

Virtual Reality ist eine vollständige Umgebungssimulation, die die Welt des Benutzers durch eine gänzlich virtuelle Welt ersetzt. Da diese virtuellen Umgebungen komplett fingiert sind, sind sie oft so gestaltet, dass sie überlebensgroß erscheinen. Beispielsweise kann ein Benutzer in VR mit einer Cartoon-Version von Mike Tyson in einem virtuellen Boxring kämpfen.

Während sowohl Virtual Reality als auch Augmented Reality darauf ausgelegt sind, dem Benutzer eine simulierte Umgebung zu vermitteln, sind beide Konzepte einzigartig und voneinander zu unterscheiden und umfassen verschiedene Anwendungsfälle.Neben Unterhaltungsszenarien wird Augmented Reality auch zunehmend von Unternehmen wegen der Informationseinblendungen genutzt, die nützliche Realwelt-Szenarien hinzufügen.

In den folgenden Abschnitten werden wir die Funktionsweise dieser beiden Reality-Technologien näher beleuchten, wobei wir uns im Besonderen auf die Business Cases im Bereich der AR konzentrieren werden.

Übersicht

Was ist der Unterschied zwischen AR und VR?

Obwohl es sich bei beiden Technologien um simulierte Realitäten handelt, beruhen AR und VR auf unterschiedlichen zugrundeliegenden Komponenten und bedienen im Allgemeinen unterschiedliche Zielgruppen.

Bei Virtual Reality trägt der Benutzer fast immer ein augenbedeckendes Headset und Kopfhörer, um die reale Welt vollständig durch die virtuelle zu ersetzen. Die Idee von VR ist es, die reale Welt so weit wie möglich zu eliminieren und den Benutzer von ihr zu isolieren. Einmal betreten, kann das VR-Universum so ziemlich alles Vorstellbare bieten, von einem Lichtschwertkampf mit Darth Vader bis hin zu einer realistisch wirkenden (jedoch frei erfundenen) Nachbildung der Erde. Während VR einige geschäftliche Anwendungsfelder in Produktdesign, Training, Architektur und Einzelhandel hat, ist die Mehrheit der VR-Anwendungen heute auf Unterhaltung, insbesondere Spiele, ausgerichtet.

Augmented Reality integriert demgegenüber die simulierte Welt in die reale. In den meisten Anwendungen nutzt der Benutzer dazu den Bildschirm eines Smartphones oder Tablets, indem er die Kamera des Telefons auf einen gewünschten Punkt richtet und ein Live-Streaming-Video dieser Szene auf dem Bildschirm erzeugt. Die Bildschirmdarstellung wird dann mit hilfreichen Informationen überlagert, zu denen Implementierungen wie Reparaturanleitungen, Navigationsinformationen oder Diagnosedaten gehören.

AR kann aber auch in Unterhaltungsanwendungen eingesetzt werden. Das Handyspiel Pokemon Go, bei dem die Spieler versuchen, virtuelle Kreaturen zu fangen, während sie sich in der realen Welt bewegen, ist ein klassisches Beispiel.

Welche Anwendungsfälle bieten sich für Augmented Reality und Virtual Reality an?

Augmented Reality bringt eine – ständig wachsende – Fülle von Anwendungsfällen mit sich. Hier sind einige real eingesetzte Anwendungen, mit denen Sie bereits heute arbeiten können.

  • Ikea Place ist eine mobile App, mit der Sie sich Ikea-Möbel in Ihrem eigenen Zuhause vorstellen können, indem eine 3D-Darstellung des Möbelstücks über einen Live-Videostream Ihres Zimmers gelegt wird.
  • Mit YouCam Makeup können Benutzer echte Kosmetika virtuell mithilfe eines Live-Selfies ausprobieren.
  • Reparaturtechniker können ein Headset aufsetzen, das sie durch die Reparatur oder Wartung eines defekten Geräts führt, wobei genau dargestellt wird, wo jedes Teil hingehört und in welcher Reihenfolge welche Schritte auszuführen sind.
  • Verschiedene Sportarten setzen auf Augmented Reality, um Echtzeit-Statistiken bereitzustellen und das körperliche Training für Sportler zu verbessern.

Neben Spielen und anderen Unterhaltungsanwendungen gibt es auch einige geschäftliche Beispiele für Virtual Reality:

  • Architekten nutzen VR, um Häuser zu entwerfen und sie Kunden bei einem Besuch erleben zu lassen, bevor auch nur das Fundament gelegt ist.
  • Automobile und andere Fahrzeuge werden zunehmend in VR entworfen.
  • Feuerwehrleute, Soldaten und andere Arbeiter in gefährlichen Umgebungen nutzen VR für das Training, ohne sich selbst in Gefahr zu bringen.

Automobilhersteller nutzen VR-Technologien zunehmend für alle Aspekte des Autodesigns.

Wann wurden Virtual Reality und Augmented Reality erstmals vorgestellt?

Während primitive Virtual-Reality-Systeme ihre Anfänge in den 1950er und 1960er Jahren hatten, begannen die Konzepte von VR und AR in den frühen 1980er Jahren in militärischen Anwendungen an Relevanz zu gewinnen. Kinofilme wie „Tron“, „Matrix“ und „Minority Report“ boten allesamt futuristische Anspielungen darauf, wie sich diese Technologien in den kommenden Jahren weiterentwickeln würden.

Der erste Versuch eines VR-Headsets für den Massenmarkt war die Sega VR im Jahr 1993, ein Add-On für das Sega Genesis-Gamingsystem. Obwohl es nie auf den Markt kam, weckte es das Interesse der Verbraucher an der Technologie. Erst mit der Oculus Rift im Jahr 2010 hatte ein VR-Headset Erfolg bei den Verbrauchern – allerdings sind diese Geräte auch heute noch teuer und hauptsächlich für Nischenanwender mit einem Fokus auf Videospiele interessant.

Augmented Reality spaltete sich um 1990 von der Virtual Reality ab und wurde 1998 ein Thema, als Fernsehsender begannen, eine gelbe Linie auf dem Football-Spielfeld einzublenden, um die Entfernung zu einem First Down besser anzuzeigen. Während des folgenden Jahrzehnts wurden verschiedene Anwendungen rund um die AR-Technologie entwickelt, sowohl für den militärischen Einsatz (z.B. in Cockpits von Kampfjets) als auch für den Verbraucher, als Printmagazine und verpackte Waren damit begannen, QR-Codes einzubetten, die mit dem Mobiltelefon des Verbrauchers gescannt werden konnten und das Produkt mit einem kurzen 3D-Video „lebendig“ werden ließen.

Im Jahr 2014 brachte Google die Google Glass auf den Markt, mit dem Ziel, möglichst viele Menschen mit einem AR-Gerät mit Head-Mounted-Display auszustatten. Das AR-Headset, das über Sprache und Touch-Gesten gesteuert wurde, stieß auf Skepsis und Kritik, was mit der Tatsache zu tun hatte, dass Menschen rund um die Uhr in der Öffentlichkeit Videos aufzeichneten. Der Datenschutz wurde plötzlich zu einem wichtigen Aspekt in der AR-Branche. Google stellte das Projekt schließlich ein und startete es ein paar Jahre später mit dem Fokus auf Unternehmensanwender neu.

Die Privatsphäre der Benutzer ist ein zunehmend wichtiges Thema bei AR-Headgear für Endverbraucher

Wie wird Augmented Reality in der Wirtschaft eingesetzt?

Heute bilden Geschäfts- und Unternehmensanwendungsfälle die vorherrschende praktische Nutzung für AR. Einige wichtige Beispiele umfassen die Bereiche:

  • Design und Konstruktion: Die wohl häufigste und ergiebigste Anwendung für AR heutzutage: Designer nutzen Augmented Reality, um zu sehen, wie hypothetische Produkte (oder Gebäude) in realen Umgebungen aussehen, und um virtuelle Änderungen an bestehenden Produkten vorzunehmen, ohne jemals Hand an sie zu legen.
  • Wartung und Reparatur: AR-Technologie kann Techniker durch alle Schritte einer Reparatur, Aufrüstung und Wartung einer breiten Palette von Produkten führen, von Industrieanlagen bis hin zu ganzen Gebäuden. AR ermöglicht es Technikern, an Geräten und Anlagen zu arbeiten, ohne auf gedruckte Handbücher oder Websites zurückgreifen zu müssen, indem detaillierte Anweisungen – oft visuell – über dem Gerät selbst eingeblendet sind.
  • Schulung und Ausbildung: Unternehmen nutzen AR-Technologie, um bei der Schulung von Mitarbeitern ein immersives Erlebnis zu schaffen, das ihnen eine umfassendere Visualisierung neuer Produkte und Konzepte ermöglicht. Schulen nutzen die Technologie gleichermaßen.
  • Gesundheitswesen: AR-Technologie hat ihren Weg in den Operationssaal gefunden, mit Overlays, die die kritischen Schritte einer Operation, die Vitaldaten der Patienten und mehr anzeigen.
  • Einzelhandel: Vom virtuellen Make-up bis hin zu virtuellen Umkleidekabinen nutzen Unternehmen AR, um Einzelhandelskunden beim Einkaufen ein neu gestaltetes, modernes Augmented-Reality-Erlebnis zu bieten.
  • Technologie: Produkte wie Splunk Augmented Reality bringen AR in große Versorgungsunternehmen, um ihre Reaktionsfähigkeit bei Stromausfällen zu verbessern und ihnen einen vollständigen Einblick in die Gesamtheit ihrer Daten zu geben.
  • Marketing: AR-Konzepte auf Verpackungen, Point-of-Sale-Materialien und sogar Plakatwänden geben Unternehmen eine ganz neue – und viel einprägsamere – Möglichkeit, direkt mit Kunden zu interagieren.

Aus welchen Komponenten besteht ein Augmented Reality-System?

Was Augmented Reality umfasst, variiert je nach Implementierung, aber zu den häufigsten Komponenten gehören die folgenden, kategorisiert nach Hardware und Software.

Diese Hardware-Komponenten bilden das Rückgrat von Augmented Reality. Einige dieser Komponenten werden möglicherweise bereits unterstützt, wenn Sie AR mit Ihrem Smartphone nutzen (mehr dazu im folgenden Abschnitt):

  • Prozessor: Augmented Reality erfordert eine erhebliche Rechenleistung, um die benötigten Bilder zu erstellen und sie an der richtigen Stelle zu platzieren, damit sie in einer realen Umgebung zu existieren scheinen. Prozessoren können in ein Mobiltelefon eingebaut oder in ein tragbares Gerät eingebettet sein (mehr dazu weiter unten).
  • Display: In AR werden Bilder erstellt und dann auf einer Art von Display angezeigt. Das kann unterschiedlich aussehen, je nach der spezifischen Anwendung. Dazu gehören:

    • Mobile Handheld-Geräte: Der Smartphone- oder Tablet-Bildschirm stellt wohl die gängigste Betrachtungsweise für AR-Hologrammbilder dar. Ein Benutzer richtet die Kamera seines Smartphones auf den gewünschten Punkt und das vom Kameraobjektiv erzeugte Live-Video-Hologramm wird mit AR-Informationen überlagert.
    • Wearables: Intelligente Brillen wie Google Glass, Vuzix Blade und Solos Smart Glasses sind alle als normale Brillen konzipiert, die zusätzlich ein kleines, nur für den Träger sichtbares Display enthalten. Die Person, die das Augmented-Reality-Headset trägt, kann die reale Welt sehen, indem sie direkt durch die Brillengläser blickt, während das eingebettete Display überlagerte Informationen liefert. VR-Headsets sind in AR-Umgebungen nicht sehr gebräuchlich, da sie dem Träger kein direktes Sehen der Realwelt ermöglichen, stattdessen muss diese als Video neu erschaffen und auf dem eingebauten Bildschirm angezeigt werden, der seinerseits lichtundurchlässig ist.
    • HUDs in Automobilen: HUDs, vollständig als Head-up-Displays bezeichnet, sind Systeme, die die Windschutzscheibe Ihres Autos als Bildschirm nutzen. Ein Gerät projiziert ein Bild – Geschwindigkeit, Wegangaben usw. – vom Armaturenbrett nach oben auf die Windschutzscheibe. Der Fahrer sieht die Reflexion dieses Bildes, das am Glas wie an einem Spiegel reflektiert wird.
    • Sonstige: Mit Blick auf die Zukunft könnten weitere futuristische Geräte realisierbar werden, wie intelligente Kontaktlinsen und Systeme, die ein Bild direkt auf die Netzhaut projizieren können.
  • Kamera: Als primärer Sensor, der für das Funktionieren von AR erforderlich ist, speist die Kamera das Live-Video in den Prozessor, der die Schlüsselfacetten der Umgebung erkennt, über welche die AR-Daten gelegt werden. Die Kamera selbst verarbeitet keine der digitalen Informationen, sie liefert lediglich den Video-Feed.
  • Weitere Sensoren: AR ist oftmals auf Bewegung ausgelegt, daher sind zusätzliche Sensortypen für den Betrieb erforderlich. Dazu können räumliche Sensoren gehören, wie z. B. Beschleunigungsmesser und digitale Kompasse, die anzeigen, in welche Richtung die Kamera gerichtet ist, GPS-Sensoren, die den Standort des Benutzers in der Welt verfolgen, Mikrofone, die Audiodaten in die Simulation einbeziehen, und LiDaR, das Laser zur exakten Abstandsmessung verwendet.
  • Eingabegeräte: Ein Benutzer hat unterwegs oft nicht die Möglichkeit, Befehle in einen Computer einzugeben. Daher wurden AR-Systeme so konzipiert, dass sie mit zahlreichen Arten von Eingabetechnologien funktionieren. An erster Stelle steht der Touchscreen eines mobilen Geräts, der eine intuitive Interaktion ermöglicht, wenn ein Handy oder Tablet zur Verfügung steht. Weitere Optionen sind die Spracherkennungstechnologie, mit der der Benutzer das System per Sprache steuern kann, und Gestenerkennungssysteme, die typischerweise die Bewegung der Hand des Benutzers in Befehle umsetzen.

Zur Realisierung von Augmented Reality sind verschiedene Arten von Software-Algorithmen erforderlich. Im Großen und Ganzen gehören dazu:

Image Registration: Software, die eine fotografische Darstellung der Umgebung nutzt und aus diesen Informationen verschiedene Koordinaten der realen Welt und der darin enthaltenen Objekte bestimmt. Die Image Registration bildet die reale Welt ab und legt fest, was sich im Vordergrund und was sich im Hintergrund befindet, wo ein Objekt endet und ein anderes beginnt, ferner werden Points of Interest und weitere Informationen ermittelt.

3D-Rendering: Nachdem die reale Welt abgebildet und kategorisiert wurde, werden im nächsten Schritt die Augmented-Reality-Informationen darüber gelegt. Der 3D-Renderer erstellt virtuelle Objekte und platziert sie an der entsprechenden Stelle im Live-Bild. Die Programmiersprache Augmented Reality Markup Language (ARML) ist der aktuelle Standard, um die Position und das Aussehen eines virtuellen Objekts festzulegen.

Content Management: Content Management ist eine Back-End-Technologie, die ein System zur Verwaltung einer Datenbank mit virtuellen Objekten und 3D-Modellen beinhaltet.

Benutzeroberfläche: Ganz gleich, ob es sich um ein Videospiel oder ein technisches Management-Tool handelt, die Benutzeroberfläche stellt die Schnittstelle zwischen dem Benutzer und der Videodarstellung der Augmented-Reality-Umgebung dar.

Entwicklungs-Toolkits: Eine Vielzahl von Open-Source- und proprietären Technologien wird verwendet, um Programmierern ein Gerüst für die Erstellung von AR-Anwendungen auf der Plattform ihrer Wahl zu geben.

Wie funktioniert Augmented Reality auf mobilen Geräten?

Wenn Sie heute auf eine AR-Anwendung stoßen, dann wahrscheinlich in Form einer Handy-App: Jeder Smartphone-Besitzer hat Zugang zu Hunderten von AR-Anwendungen auf iPhone- oder Android-Handys, ohne dass zusätzliche Hardware benötigt wird. Alle Kernfunktionen der Software, die für AR benötigt werden, sind bereits in das Betriebssystem integriert.

In einem typischen Anwendungsfall startet der AR-Benutzer eine Anwendung auf seinem Mobiltelefon oder Tablet. Die meisten AR-Apps kommen mit einem simplen Design daher. Der Benutzer richtet das Mobiltelefon oder Gerät einfach auf die gewünschte Stelle und wartet darauf, dass die Anwendung den Bildschirm mit zusätzlichem Kontext füllt. Dies kann alles Mögliche sein, von einer Wegbeschreibung über die Benennung der Sterne am Himmel bis hin zu Tanzschritten.

Hunderte von AR-Anwendungen sind auf mobilen Geräten verfügbar

Herausforderungen und Trends

Worin liegen die Herausforderungen für AR/VR?

AR und VR stecken noch in den Kinderschuhen und haben eine lange Entwicklungszeit vor sich, bevor sie zu echten Mainstream-Technologien werden. Zu den am häufigsten genannten technologischen und geschäftlichen Herausforderungen zählen:

Technologische Herausforderungen

  • Begrenzte mobile Verarbeitungskapazität: Handgehaltene Mobilgeräte bieten eine begrenzte Verarbeitungsleistung, aber einen Benutzer an einen Desktop oder Server zu binden, ist kein realistisches Szenario. Entweder muss die mobile Rechenleistung erweitert werden oder der Workload muss in die Cloud ausgelagert werden.
  • Begrenzte mobile Bandbreite: Während die Cloud-basierte Verarbeitung eine überzeugende potenzielle Lösung für den Engpass bei der mobilen Verarbeitung bietet, ist die Bandbreite von Mobiltelefonen an den meisten Orten noch zu gering, um die erforderliche Echtzeit-Videoverarbeitung zu ermöglichen. Dies wird sich wahrscheinlich ändern, wenn sich die mobile Bandbreite verbessert.
  • Komplexe Entwicklung: Das Entwickeln einer AR- oder VR-Anwendung ist kostspielig und kompliziert. Entwicklungstools müssen benutzerfreundlicher werden, um diese Technologien für Programmierer zugänglich zu machen.

Geschäftliche Herausforderungen

  • Unbequeme VR-Hardware: Das Aufsetzen eines Virtual-Reality-Headsets und das Verlassen des Raums beeinträchtigen oft das Benutzererlebnis. VR-Eingabegeräte, in Form modifizierter Spielecontroller, sind oftmals wenig intuitiv und weisen eine steile Lernkurve auf.
  • Aufbau eines Geschäftsmodells: Jenseits von Videospielen befinden sich viele AR- und VR-Anwendungen noch in einem frühen Entwicklungsstadium mit unbewiesener Tragfähigkeit in der Geschäftswelt.
  • Sicherheits- und Datenschutzfragen: Die ablehnende Reaktion auf die ursprüngliche Google Glass hat bewiesen, dass der Mainstream gegenüber der Verbreitung von Kameras und deren Auswirkungen auf die Privatsphäre weiterhin skeptisch ist. Wie werden die Videoübertragungen gesichert und werden Kopien gespeichert?

Ungeachtet dieser Herausforderungen werden jedoch erhebliche Fortschritte gemacht, um sowohl geschäftliche als auch kommerzielle Anwendungsfälle für AR und VR zu erweitern und stärker in den Mainstream zu bringen.

Wie geht es mit AR und VR weiter?

AR und VR haben eindeutig eine vielversprechende Zukunft und die kommenden Jahre werden viele neue Funktionen und eine breitere Nutzung ermöglichen. Verbesserungen bei der Videoqualität, der Rechenleistung, der mobilen Bandbreite und der AR/VR-Hardware werden die Akzeptanz im Mainstream erhöhen und sinkende Entwicklungskosten sowie eine geringere Komplexität werden den Entwicklern mehr Optionen bieten. Systeme, die Augenbewegungen und Gesichtsausdrücke verfolgen, werden klobige Joysticks und andere Steuerungen nach und nach überflüssig machen.

Zwar werden Videospiele und Unterhaltungsprodukte diesen Markt weiterhin antreiben, doch es wird auch neue praktische Anwendungen für AR und VR geben. Dazu gehören vollständige virtuelle Operationen, bei denen Chirurgen ihre Arbeit nur in einer simulierten Umgebung ausführen und Robotersysteme die eigentliche Arbeit übernehmen. In der AR wird die Fähigkeit, virtuell an jeden Ort der Welt zu reisen, durch eine aufkommende Technologieplattform namens Mirrorworld ermöglicht, die darauf abzielt, das physische Universum im Maßstab 1:1 nachzubilden. Im Bildungswesen wird wahrscheinlich eine Verlagerung zu einem virtuellen Modell auf AR- und VR-Plattformen erfolgen, sowohl im akademischen Bereich als auch in der Unternehmenswelt. Und schließlich werden Einzelhändler weiterhin auf AR-Anwendungen setzen, um virtuelle Shopping-Anwendungen zu verbessern, wodurch die Notwendigkeit physischer Schaufenster langsam überflüssig wird.

Fazit

AR und VR sind bereit für den nächsten Schritt

Sowohl AR als auch VR sind heute eher Nischentechnologien, aber beide haben eine beeindruckende Zukunft vor sich, wenn sie ausgereifter sind. Mit wachsender Dynamik um innovative VR-Videospiele und AR-Navigationshilfen sind die Verbraucher zunehmend bereit, mit zukünftigen Anwendungen zu experimentieren. In der Industrie findet AR vor allem Anwendung in allen Bereichen von Design über Wartung bis hin zum Gesundheitswesen. Es wird spannend sein, zu verfolgen, welche neuen AR- und VR-gesteuerten Tools in Zukunft verwirklicht werden.