Developing georeferencing augmented reality systems on mobile devices with microsensors

Die Motivation der Arbeit besteht darin, einen Beitrag zu leisten, um die Augmented Reality (AR) tiefer in den (Arbeits-)Alltag zu integrieren und leichter für (Fach-)Anwendungen zugänglich zu machen sowie konzeptuelle Vorlagen zur Entwicklung zukünftiger AR-Systeme im Bereich der graphischen Geodatenverarbeitung bereitzustellen. Die Dissertation setzt sich mit einer konkreten Art von AR-Systemen intensiv auseinander. Es handelt sich dabei um Systeme mit einem Anwendungsbereich außerhalb von Gebäuden (Außenbereich) sowie mit einem absoluten Raumbezug von AR-System und Geodaten auf der Erdoberfläche. Derartige Systeme werden hierbei als Georeferenzierende Augmented Reality System(e) für Geodaten (GeoARS) bezeichnet und weiterführend in mobil-pedestrische und stationäre Systeme unterteilt. Dem low cost Ansatz folgend integrieren GeoARS verschiedene Mikrosensoren, sind mit plattformunabhängiger handelsüblicher Massenmarkt-Hardware (Smartphone, Tablet, Einzelkomponenten) verwendbar und unabhängig von Betriebssystem und Programmiersprache. Die Komponenten von GeoARS werden hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit sowie ihrem Nutzen und Anwendungsfeld im AR-System eingehend untersucht. Die Ergebnisse der Arbeit umfassen die erarbeiteten Grundlagen – Modelle, Konzepte, Verfahren, Algorithmen sowie Beispiele – und können als „Werkzeugkasten“ zur Entwicklung zukünftiger GeoARS-Spezialisierungen verstanden werden. Die Überprüfung der entwickelten Lösungen erfolgte stets anhand zweier Referenzbeispiele – „GeoARS-Landentwicklung“ und „GeoARS-Unfallaufnahme“ – in Form mehrerer Prototypen, auf verschiedenen Plattformen, verschiedenen Betriebssystemen und unterschiedlichen Programmiersprachen, womit die Übertragbarkeit der Ergebnisse gezeigt wird.This study aims to make a contribution to integrating augmented reality (AR) more deeply in daily (work) life, to make accessing it easier for (technical) applications, and to provide conceptual models for developing future AR graphic geodata processing systems. The dissertation focuses intensely on a specific of AR systems type. These are systems that find application outside buildings (outdoor) and that also provide an absolute spatial reference between AR system and geodata on the earths surface. These systems are herein denoted as georeferencing augmented reality system(s) for geodata (GeoARS) and further subdivided into mobile pedestrian and stationary systems. Taking the low cost approach, GeoARS integrate various microsensors, can be used with platform-independent, off-the-shelf mass market hardware (smartphones, tablets, standalone components) and independent of operating systems and programming languages. The GeoARS components are extensively examined with respect to their capabilities, utility, and application in AR systems. The dissertations results comprise the fundamentals worked out in the study models, concepts, processes, algorithms and examples and can be regarded as a toolkit for developing future GeoARS specializations. The solutions developed are tested in each case by reference to two examples GeoARS Land Development and GeoARS Accident Photo in several prototypes on diverse platforms, various operating systems, and different programming languages, all designed to demonstrate the applicability of the results

Entwurf eines Rahmensystems für mobile Augmented-Reality-Anwendungen

Augmented Reality (AR) ist eine eng mit der Virtuellen Realität (VR) verwandte Technologie. Der Anwender taucht dabei nicht komplett in eine virtuelle, computergenerierte Umgebung ein, sondern verbleibt in seiner realen Umgebung, die mit virtuellen Objekten erweitert wird. Diese virtuellen Objekte werden dabei möglichst passgenau in das Blickfeld des Anwenders eingeblendet. Wichtige klassische Forschungsthemen im Bereich der AR sind das sogenannte Tracking, d.h. die Bestimmung der Blickrichtung des Anwenders, die korrekte Beleuchtung der virtuellen Objekte, sowie Schattenwurf und Verdeckung zwischen realen und virtuellen Objekten. Ein Thema, das in den vergangenen Jahren immer stärker in den Vordergrund gerückt ist, ist die Frage nach der Systemarchitektur von AR-Systemen. Mit dieser Fragestellung befaßt sich die vorliegende Arbeit. Zunächst werden existierende VR- und AR-Systemarchitekturen analysiert. Ausgehend vom existierenden VR-Standard VRML bzw. seinem Nachfolger X3D wird dann untersucht, um welche Bestandteile dieser Standard erweitert werden muß, um auch für mobile AR-Anwendungen genutzt werden zu können. Dabei liegt der Fokus auf dem Gerätemanagement, der Kommunikation im Netzwerk und der Entwicklung und dem Debugging mobiler AR-Anwendungen