Virtualisierung von AR-Systemen für die Wartungsplanung in immersiven Umgebungen
Final Report Abstract
Die Projektergebnisse schaffen die Möglichkeit, den industriellen Einsatz von Augmented Reality (AR) vorzudenken. In größenechten Virtual Reality (VR)-Umgebungen können künftige Einsatzszenarien nachgebildet, untersucht und bewertet werden. Die Kombination aus AR und VR ermöglicht eine virtuelle Planungsumgebung für die Wartung. Dokumente und Dialoge können schon während der Produktentwicklung am virtuellen Prototypen geplant, gestaltet und überprüft werden. Ziel ist die Bereitstellung von qualitativ hochwertigen AR-Arbeitsunterlagen bereits bei Markteinführung eines Produkts. Im Projekt werden Wartungsarbeiten untersucht, die mit AR unterstützt werden. Die visuelle Darstellung der erforderlichen AR-Arbeitsunterlagen kann zum einen mittels Integration einer physische AR-Anzeige ins VR oder zum anderen durch die Virtualisierung dieser AR-Anzeige im VR erfolgen. Die physische Integration erlaubt den direkten Test konkreter Anzeigen. Soll eine Vielzahl von AR-Anzeigen getestet werden ist dieser Ansatz sehr aufwändig. Die Virtualisierung erlaubt die Untersuchung beliebiger AR- Anzeigen mit weniger Aufwand und ohne die VR zu verlassen. Für die physische Integration von AR-Anzeigen wird ein grundsätzliches Vorgehen erarbeitet. Am konkreten Beispiel des Nomad ND2000 wird gezeigt, wie ein physisches AR-System in einer VR-Umgebung einsetzbar ist, um die gleichzeitige Wahrnehmung von AR-Information und virtuellem Prototyp zu realisieren. AR-Arbeitsunterlagen können evaluiert und vorgegebene Arbeitsschritte am virtuellen Prototyp durchgeführt werden. Die Testpersonen sind in der Lage, nach einer Trainingsphase selbstständig mit dem System in der VR-Umgebung zu arbeiten. Bei der Virtualisierung von AR-Anzeigen hängt die erreichbare Qualität maßgeblich von der VR- Hardware ab. Damit die eingeblendeten AR-Informationen schnell und sicher erfasst werden können, müssen die Inhalte vor allem gut erkennbar sein. Beeinflussende Faktoren der VR-Hardware (z.B. Pixeldichte, Leuchtdichte, Instabilität) werden in diesem Zusammenhang untersucht und die Gültigkeit bestehender Regeln aus Normen wird bestätigt. Als Resultat lässt sich die erreichbare Qualität der Virtualisierung abschätzen. Dies unterstützt dem Entwickler bei der Auswahl von geeigneter VR-Hardware und beim Planen von Untersuchungen. Damit die Virtualisierung das Original möglichst genau abbildet, gelten besondere Anforderungen an die VR- Projektion (z.B. sehr hohe Auflösung). Alternativ kann durch die Verwendung eines getrackten Tablet-Computers die Auflösung vergleichsweise einfach lokal erhöht werden. Mit diesem Multi-Display-Ansatz werden passend zur Perspektive des Nutzers AR-Informationen mit oder ohne VR-Umgebung in höherer Qualität eingefügt. Zusätzlich kann die Erkennbarkeit durch eine modifizierte Darstellung der AR und VR verbessert werden. Mögliche Maßnahmen sind beispielsweise die Reduktion der Sättigung der VR-Darstellung sowie die Verwendung von Komplementär-Kontrasten für die AR-Darstellung. Mit einer aufgebauten Komponentendatenbank werden eine Vielzahl von AR-Systemen strukturiert und konsistent verwaltet. Es wird sichergestellt, dass der Nutzer einmal definierte AR-Systeme ohne weiteren Aufwand in die VR-Umgebung laden und für die Evaluierung von AR-Arbeitsunterlagen nutzen kann. Ein im Projekt erarbeitetes Werkzeug erlaubt, Handlungen im VR am virtuellen Prototyp zu erfassen, aufzuzeichnen oder auch zwischen Anwendungen auszutauschen. Dies hilft bei der Auswertung, Weiterverwendung und Archivierung von virtuellen Untersuchungen in der Produktentwicklung.
Publications
- Augmented Reality Based Maintenance within Virutal Environments. Presented at the Proceedings of the 11th Biennial Conference on Engineering Systems Design and Analysis , Nantes (2012)
Stelzer, R., Steindecker, E., Saske, B., Lässig, S.
- AR-Systeme für die Wartungsplanung in immersiven Umgebungen. 11. Paderborner Workshop: Augmented & Virtual Reality in der Produktentstehung. pp. 237–250. HNI-Verlagsschriftenreihe, Parderborn (2013)
Stelzer, R., Steindecker, E., Saske, B.
- Expanding VRPN to Tasks in Virtual Engineering. Proceedings of the ASME 2014 International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engineering Conference. ASME, Buffalo (2014)
Stelzer, R., Steindecker, E., Arndt, S., Steger, W
(See online at https://dx.doi.org/10.1115/DETC2014-34277) - Requirements for Virtualization of AR Displays within VR Environments. 16th International Conference on Human-Computer Interaction, Heraklion (2014)
Stelzer, R., Steindecker, E., Saske, B.
(See online at https://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-07458-0)
