Von den Anfängen bis zu ELIXIER

Auf der Suche nach einem Medium, mit dem sich reale Experimente multimedial repräsentieren und damit didaktisch flexibler als mit dem zeitbasierten Film einsetzen ließen, wurden 1996 erst-mals Beispiele Interaktiver Bildschirmexperimente (IBE) entwickelt. Erste Erprobungen fanden an der TU Berlin in der Vorlesung ”Einführung in die Physik für Ingenieure” statt, wo reale De-monstrationsexperimente aus praktischen Gründen nicht möglich waren. Die vielversprechenden Ergebnisse führten in der Folge zu zahlreichen Projekten didaktischer Anwendungen in Schule und Hochschule. Zentrale Probleme dabei waren der hohe Aufwand für die Entwicklung, die Ein-bettung von IBE in multimediales Lernmaterial sowie deren Verbreitung. Ausgehend davon ent- wickelte die AG Didaktik an der FU Berlin die Web-Applikation ”tet.folio”, die unter anderem ei-ne Plattform zur effizienten Herstellung und Einbettung von IBE bietet. Im aktuellen Projekt ”ELIXIER” sind IBE und das tet.folio eine der Säulen für die Entwicklung einer personalisierten Mixed-Reality- Experimentierumgebung, die eine nahtlose und mobil verfügbare Fortsetzung indi-vidueller Experimentierprozesse in virtuellen Umgebungen ermöglichen wird

Virtual und Augmented Reality : Status quo, Herausforderungen und zukünftige Entwicklungen. TA-Vorstudie

Als Virtual Reality (VR) wird eine computergenerierte Simulation realer oder fiktiver Umwelten bezeichnet. Nutzer tauchen mithilfe von Mensch-Maschine-Schnittstellen (z. B. eine VR-Brille) in virtuelle Umgebungen ein und können mit diesen interagieren. Bei der Augmented Reality (AR) handelt es sich um eine computergestützte Erweiterung der wahrnehmbaren Realität. Hier werden Informationen wie Texte, Bilder oder virtuelle Objekte in das Sichtfeld der Nutzer eingeblendet, wie beispielsweise Arbeitshinweise in die Brille eines Montagemitarbeiters oder eines Head-up-Displays im Cockpit. Anwendungen von VR und AR haben in den letzten Jahren in vielen privaten wie beruflichen Anwendungszusammenhängen stark an Bedeutung gewonnen. Es ist davon auszugehen, dass diese Technologien die Digitalisierung des Alltags weiter vorantreiben werden, indem sie die Integration von sozialer Interaktion, Mediennutzung, Konsum und Unterhaltung im digitalen Raum befördern. Der TAB-Arbeitsbericht nimmt die allgemeinen Herausforderungen, die aus der Verschränkung realer und virtueller Umwelten resultieren, genauso in den Blick wie die anwendungsspezifischen Technologiepotenziale und -folgen. Neben den sich abzeichnenden technologischen Entwicklungen werden ausführlich die vielfältigen VAR-Anwendungsfelder und -beispiele vorgestellt, Herausforderungen der zukünftigen Entwicklungen und daran geknüpfte Folgen für Wirtschaft und Gesellschaft benannt sowie resultierende Gestaltungs- und Regulationsbedarfe abgeleitet. Inhalt Zusammenfassung 9 1 Einleitung 17 2 Definition, technische Entwicklung, wirtschaftliche Bedeutung 19 2.1 Ursprung und aktuelle Bedeutung 19 2.2 Definitionen und Abgrenzungen: Virtual, Augmented und Mixed Reality 20 2.3 Technologische Grundlagen 21 2.3.1 Eingabe 22 2.3.2 Verarbeitung 23 2.3.3 Verbreitung 24 2.3.4 Aus- bzw. Wiedergabe 24 2.4 Wirtschaftliche Bedeutung und Entwicklungen 29 2.4.1 Marktentwicklung und -potenziale 30 2.4.2 Unternehmen und Wettbewerb 32 3 Anwendungsfelder 35 3.1 Medien und Unterhaltung 36 3.1.1 (Computer-)Spiele 36 3.1.2 Soziale virtuelle Realität 37 3.1.3 Film und Fernsehen 38 3.1.4 Pornografie 39 3.1.5 Location-based Entertainment 39 3.1.6 Edutainment 39 3.1.7 Immersiver Journalismus 41 3.1.8 Übertragung von (Live-)Veranstaltungen 42 3.1.9 Resümee 42 3.2 Arbeit und Produktion 43 3.2.1 Assistenzsysteme für Produktion, Wartung und Logistik 43 3.2.2 Design, Prototyping und Produktentwicklung 44 3.2.3 Virtuelle Geschäftstreffen und Konferenzen 45 3.2.4 Visualisierung komplexer Daten 45 3.2.5 Assistenzsysteme im Bereich Mobilität und Verkehr 46 3.2.6 Visualisierung von Bauprojekten 46 3.2.7 Simulation und Training 47 3.2.8 Resümee 47 3.3 Handel und Konsum 48 3.3.1 Werbung und Marketing 48 3.3.2 Produktpräsentation und –vertrieb 49 3.3.3 Virtuelle Geschäfte und Kaufhäuser 50 3.3.4 Resümee 50 3.4 Medizin und Pflege 51 3.4.1 Therapie psychischer Erkrankungen 52 3.4.2 Schmerzkontrolle 52 3.4.3 Unterstützung bei Rehabilitation und Demenzbehandlung 53 3.4.4 Assistenz bei Diagnosestellung und Operationen 54 3.4.5 Resümee 55 3.5 Schutz und Sicherheit 56 3.5.1 Militärisches Einsatztraining, Kriegsführung und Behandlung von Nachkriegseffekten 56 3.5.2 Vorbereitung auf Rettungseinsätze und Katastrophenschutz 57 3.5.3 Resümee 58 3.6 Schule und Hochschule 58 4 Thesen 61 4.1 Technologie 61 4.1.1 Voraussetzungen für künftige Entwicklungen 61 4.1.2 Zukünftige Entwicklungspfade 63 4.1.3 Merkmale zukünftiger VR- und AR-Technologien 66 4.1.4 Interdependenzen mit anderen technologischen Entwicklungen 68 4.2 Gesellschaft 68 4.2.1 Einfluss auf das alltägliche Leben 68 4.2.2 Erweiterung sozialer Interaktion 70 4.2.3 Zugang zu und Kontrolle von Inhalten 72 4.2.4 Stärkung von Empathie und Partizipation 73 4.2.5 Gefahren manipulierter und manipulativer Inhalte 74 4.3 Wirtschaft 76 4.3.1 Marktentwicklung und -durchdringung 76 4.3.2 Gründungsdynamik und Start-ups 79 4.3.3 Treibende Akteure, Wertschöpfung und Geschäftsmodelle 80 5 Chancen und Herausforderungen für Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft 85 5.1 Chancen 85 5.2 Risiken 88 5.3 Handlungsfelder 89 5.3.1 Gesetze und Regeln für den virtuellen Raum 90 5.3.2 Physische und psychische Folgen 92 5.3.3 Technologiemissbrauch durch Manipulation 94 5.3.4 Innovationslandschaft: Forschung, Entwicklung und Verwertung 95 6 Literatur 99 7 Anhang 109 7.1 Interviewpartner 109 7.2 Analyse wissenschaftlicher Aktivitäten im internationalen Vergleich 109 7.3 Abbildungen 114 7.4 Tabellen 115 7.5 Glossar 11

20 Jahre Interaktive Bildschirmexperimente

Auf der Suche nach einem Medium, mit dem sich reale Experimente multimedial repräsentieren und damit didaktisch flexibler als mit dem zeitbasierten Film einsetzen ließen, wurden 1996 erstmals Beispiele Interaktiver Bildschirmexperimente (IBE) entwickelt. Erste Erprobungen fanden an der TU Berlin in der Vorlesung ”Einführung in die Physik für Ingenieure” statt, wo reale Demonstrationsexperimente aus praktischen Gründen nicht möglich waren. Die vielversprechenden Ergebnisse führten in der Folge zu zahlreichen Projekten didaktischer Anwendungen in Schule und Hochschule. Zentrale Probleme dabei waren der hohe Aufwand für die Entwicklung, die Ein-bettung von IBE in multimediales Lernmaterial sowie deren Verbreitung. Ausgehend davon entwickelte die AG Didaktik an der FU Berlin die Web-Applikation ”tet.folio”, die unter anderem ei-ne Plattform zur effizienten Herstellung und Einbettung von IBE bietet. Im aktuellen Projekt ”ELIXIER” sind IBE und das tet.folio eine der Säulen für die Entwicklung einer personalisierten Mixed-Reality-Experimentierumgebung, die eine nahtlose und mobil verfügbare Fortsetzung individueller Experimentierprozesse in virtuellen Umgebungen ermöglichen wird

20 Jahre Interaktive Bildschirmexperimente

Auf der Suche nach einem Medium, mit dem sich reale Experimente multimedial repräsentieren und damit didaktisch flexibler als mit dem zeitbasierten Film einsetzen ließen, wurden 1996 erstmals Beispiele Interaktiver Bildschirmexperimente (IBE) entwickelt. Erste Erprobungen fanden an der TU Berlin in der Vorlesung ”Einführung in die Physik für Ingenieure” statt, wo reale Demonstrationsexperimente aus praktischen Gründen nicht möglich waren. Die vielversprechenden Ergebnisse führten in der Folge zu zahlreichen Projekten didaktischer Anwendungen in Schule und Hochschule. Zentrale Probleme dabei waren der hohe Aufwand für die Entwicklung, die Ein-bettung von IBE in multimediales Lernmaterial sowie deren Verbreitung. Ausgehend davon entwickelte die AG Didaktik an der FU Berlin die Web-Applikation ”tet.folio”, die unter anderem ei-ne Plattform zur effizienten Herstellung und Einbettung von IBE bietet. Im aktuellen Projekt ”ELIXIER” sind IBE und das tet.folio eine der Säulen für die Entwicklung einer personalisierten Mixed-Reality-Experimentierumgebung, die eine nahtlose und mobil verfügbare Fortsetzung individueller Experimentierprozesse in virtuellen Umgebungen ermöglichen wird

Entwicklungstendenzen und Zukunftsvisionen von Virtual und Augmented Reality

Im Vergleich zur Robotik erfahren die Technologien der Virtuellen Realität recht wenig Aufmerksamkeit in der philosophischen Forschung bzw. in den geisteswissenschaftlichen Fragestellungen, wo die ‚Virtualität‘ interessanterweise eher abgetan und unterbewertet wird, obwohl die Technologien der Virtualität sowohl in der Technik als auch der Industrie zunehmend forciert werden. Dass sie in ihrem Potential weder der Robotik noch der Künstlichen Intelligenz nachstehen, wird an einigen vergleichenden und interessanten möglichen Zukunftsentwicklungen der virtuellen Realität aufgezeigt

Augmented Reality (AR)

Die vorliegende Diplomarbeit beschäftigt sich mit dem Thema Augmented Reality (AR) — der erweiterten Realität, und Smartphones. AR ist eine Variation der Virtual Reality (VR). Sie erlaubt es, die reale Umgebung mit virtuellen Informationen und Objekten zu überlagern und damit die Wahrnehmung des Users zu bereichern bzw. zu erweitern. Der Definition her, kann AR auf alle menschlichen Sinne angewendet werden. Diese Arbeit beschränkt sich auf Wahrnehmungen, die mit Hilfe von Sichtgeräten und Displays visualisiert werden. Die Arbeit gliedert sich in zwei Teile. Im ersten Teil wird der Fokus auf die AR gerichtet: nämlich auf die einzelnen Komponenten, wie z. B. die Darstellungsmöglichkeiten, das Tracking und die Registrierung sowie die Interaktion, die für ein AR-System benötigt werden. Zuletzt erfolgt noch ein Blick auf Einsatzbereiche von AR sowie eine Klassifizierung von AR-Systemen in Indoor- und Outdoor-Systeme. Der zweite Teil der Diplomarbeit geht der Frage nach, wie AR für ein breites Publikum zugänglich gemacht werden kann. Der Schwerpunkt liegt hier bei mobilen Geräten — sogenannten Handheld Devices. Durch die Entwicklung und Einführung der Smartphones und auf Grund ihrer weiten Verbreitung, bieten sich diese "Alleskönner" als eine hervorragende Plattform zur Verwirklichung von AR-Anwendungen im kommerziellen Sinne, an. Die mittlerweile standardmäßig eingebauten Sensoren in einem Smartphone, wie z. B. ein GPS-Empfänger, ein digitaler Kompass, Beschleunigungssensoren usw., sind die technischen Grundvoraussetzungen dafür. Darüber hinaus wird auf das Zusammenspiel der einzelnen Sensoren eingegangen. Ein Abschnitt dieser Arbeit geht konkret auf kommerzielle AR-Applikationen auf Smartphones ein. Das Augenmerk wird hier auf die sogenannten AR-Browser gelenkt, und es werden die drei wichtigsten Vertreter vorgestellt und beschrieben. Darüber hinaus werden die Stärken und Schwächen von AR-Browsern diskutiert. Zuletzt erfolgt noch ein kurzer Ausblick in die Zukunft von AR-Applikationen auf Smartphones.The topic of this diploma thesis is augmented reality (AR) and smartphones. AR is a variation of virtual reality (VR), enabling us to overlay the real environment with virtual information and objects, and therefore enrich or extend the user’s perception. By definition, AR can be applied to all human senses. In this paper the main focus is exclusively directed towards visual perception, which can be visualized by means of displays. The thesis is divided into two parts. The first one deals with the several components of AR such as displays, tracking techniques and registration, as well as interaction techniques that are needed for an AR system. Finally, the different fields of application of AR are examined and a classification of AR systems into indoor and outdoor systems is carried out. The second part of the diploma thesis analyzes the question, how AR can be made accessible to a broader public. Here the emphasis is on mobile devices, so called handheld devices. Due to the rapid development and the massive distribution of smartphones, these "all-rounders" offer a perfect platform for the commercial implementation of AR applications. Different sensors such as a gps-receiver, a digital compass, accelerometers etc., which are standard features for each and every smartphone nowadays, are the required technical preconditions. Furthermore, the interaction of individual sensors is examined. Beside that, also concrete commercial AR applications on smartphones are described in a further chapter of the thesis. Hereby the research focuses on the so called AR browsers and the respective three main browsers are presented. Additionally, the strengths and weaknesses of AR browsers are discussed, and finally, we reveal a brief foreshadowing of the future perspectives of AR applications on smartphones

Lernen in immersiven virtuellen Welten aus der Perspektive der Mediendidaktik

Virtual Reality (VR) Technologien können Lehr- und Lernsettings bereichern, oftmals ist der Einsatz jedoch technologiegetrieben. Aus der Perspektive der Mediendidaktik sollte die Konzeptionierung bei technologiegestützten Lernumgebungen nicht ausschließlich auf spezifische Merkmale der Technologie, bei VR etwa die Immersion, fokussieren, sondern ein Bildungsanliegen adressieren und anregende Lernaktivitäten für die Lernenden anbieten. Welche Aktivitäten besonders in immersiven virtuellen Welten ermöglicht werden können, fasst dieser Beitrag zusammen. Weiters skizzieren wir Beispiele aus der Praxis und geben Einblicke in ein spannendes Feld, welches zukünftig für alle Bildungsbereiche bedeutsamer werden wird. Gleichzeitig wollen wir Lehrende und Forschende bereits jetzt dazu ermutigen, VR für eigene Lehr- und Lernszenarien zu nutzen und den Einsatz zu beforschen.Virtual Reality (VR) technologies can enrich teaching and learning settings, but often their use is technology-driven. From an educa-tors perspective, the conceptual design of technology-supported learning environments should not focus exclusively on specific features of the technology, such as immersion in VR, but should address an educational goal and offer meaningful learning activities for the learners. This article summarizes which activities can be enabled especially in immersive virtual worlds. Furthermore we sketch examples from practice and provide insights into an exciting field which will become more important for all educational areas in the future. We now want to encourage teachers and researchers to use VR for their own teaching and learning scenarios and to research its use

Markerbasierte Erstellungswerkzeuge für komponentenbasierte Mixed Reality-Applikationen

In den Anwendungsbereichen der Mixed Reality (MR) werden die reale und die virtuelle Welt kombiniert, so dass ein Eindruck der Koexistenz beider Welten entsteht. Meist wird dabei die reale Umgebung durch virtuelle Objekte angereichert, die dem Anwender zusätzliche Informationen bieten sollen. Um die virtuellen Objekte richtig zu positionieren, muss die reale Umgebung erkannt werden. Diese Erkennung der realen Umgebung wird meist durch Bestimmung und Verfolgung von Orientierung und Positionierung der realen Objekte realisiert, was als Tracking bezeichnet wird und einen der wichtigsten Bestandteile für MR-Anwendung darstellt. Ohne die exakte Ausrichtung von realen und virtuellen Objekten, geht die Illusion verloren, dass die virtuellen Objekte Teil der realen Umgebung sind und mit ihr verschmelzen. Markerkombination Das markerbasierte Tracking ist ein Verfahren, das die Bestimmung der Positionierung von realen Objekten durch zusätzliche Markierungen in der realen Umgebung ermöglicht. Diese Markierungen können besonders gut durch Bildanalyseverfahren extrahiert werden und bieten anhand ihrer speziellen Form Positionierungsinformationen. Der Einsatz dieser Trackingtechnologie ist dabei denkbar einfache und kostengünstig. Ein breiter Anwendungsbereich ist durch den kostengünstigen Einsatz dieser Technologien gegeben, allerdings ist das Erstellen von MR-Anwendungen fast ausschließlich MR-Spezialisten vorbehalten, die über Programmierfertigkeiten und spezielle Kenntnisse aus dem MR-Bereich besitzen. Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Umsetzung der Konzepte, die einem Personenkreis, der lediglich über geringe Kenntnisse von MR-Technologien und deren Anwendung verfügt, den kostengünstigen und einfachen Einsatz von markerbasierten Trackingtechnologien ermöglicht. Die im Rahmen der Arbeit durchgeführte Analyse verweist auf die problematischen Anwendungsfälle des markerbasierten Trackings, die durch die Verdeckung von Markern zustande kommen, in der Beschränkung der Markeranzahl begründet sind, oder durch die Schwankung der Trackingangaben entstehen. Diese Problembereiche sind bei der Entwicklung berücksichtigt worden und können mit Hilfe der entwickelten Konzepte vom Autor bewältigt werden. Das Konzept der Markerkategorien ermöglicht dabei den Einsatz von angepassten Filterungstechniken. Die redundante Markerkombination behebt das Verdeckungsproblem und eliminiert Schwankungen durch das Kombinieren von mehreren Trackinginformationen. Die Gütefunktion ermöglicht die Bewertung von Trackinginformationen und wird zur Gewichtung der Trackingangaben innerhalb einer Markerkombination genutzt. Das Konzept der Markertupel ermöglicht eine Wiederverwendung von Markern, durch den Ansatz der Bereichsunterteilung. Die Konzepte sind in der AMIRE-Umgebung vollständig implementiert und getestet worden. Zum Abschluss ist rückblickend eine kritische Betrachtung der Arbeit, in punkto Vorgehensweise und erreichter Ergebnisse durchgeführt worden.In Mixed Reality (MR) applications the real and the virtual world are combined, so that an impression of the coexistence of both worlds occurs. For the most part of MR-technology, the real environment is enriched by virtual objects, which offer additional information to the user. The real environment must be recognized to correctly position the virtual objects. The real environment is usually recognised by identifying and tracking the orientation and position of real objects. Tracking is one of the most important components for MR-applications. If the virtual objects are not accurately aligned, the illusion of the coexistence is lost. Markercombination With the marker-based tracking the positioning of the real objects is recognized by additionally attached markings. These markings can be extracted especially well by image analysis procedures. The use of this technology is economically conceivable and simple. A broad range of applications is possible by the economical use of these technologies. However developing MR-applications requires MR-specialists who have programming ability and special knowledge of MR-technology. This work describes the development and implementation of the concepts, which makes it possible for a MR-layman to independently use the marker-based tracking technology. A number of issues in marker-based tracking are covered in the report. Covering or markers, restriction in the number of markers and the fluctuation in tracking values are some of these issues. The marker categorie concept makes use of adapted filtering techniques. The redundant marker combination eliminates the covering problem and also eliminates fluctuations by combining several tracking information. The accuracy function makes the evaluation of the tracking information possible and it is used for the weighting of the tracking values in the redundant marker combination. The marker tuple concept allows re-use of markers possible, by the use of range partitioning. These concepts are fully implemented and tested in the AMIRE-authoring environment. Finally, the work and the proceeding are critically reviewed, and the results of the experiments verified

Informatics Inside : Grenzen überwinden - Virtualität erweitert Realität : Informatik-Konferenz an der Hochschule Reutlingen, 11. Mai 2011

Die Informatics Inside-Konferenz findet in diesem Jahr zum dritten Mal statt. Mit dem Thema "Grenzen überwinden – Virtualität erweitert Realität" stellt sich die Veranstaltung einem aktuellen Schwerpunkt, der viele Interessierte aus Wirtschaft, Wissenschaft und Forschung anzieht. Die Konferenz hat sich von einer Veranstaltung für die Masterstudenten des Studiengangs Medien- und Kommunikationsinformatik zu einer offenen Studentenkonferenz entwickelt. Um die Qualität weiter zu steigern wurde parallel dazu ein zweistufiges Review-Verfahren für Beiträge dieses Tagungsbandes eingeführt

Wissensbasierte Situationsinterpretation für eine kontextbezogene Chirurgieassistenz mittels Erweiterter Realität

Chirurgische Assistenzsysteme unterstützen den Chirurgen bei der Durchführung einer Operation. Durch ihren Einsatz sollen das Patientenrisiko gesenkt und die chirurgische Belastung verringert werden. Ein Ziel zukünftiger Assistenzsysteme ist die Bereitstellung einer kontextbezogenen Unterstützung des Chirurgen. Im Fokus der vorliegenden Arbeit stehen ein Konzept und die zugehörigen Methoden zur Realisierung solch einer Assistenz