A Portable Augmented Reality Science Laboratory

Augmented Reality (AR) is a technology which overlays virtual objects on the real world; generates three-dimensional (3D) virtual objects and provides an interactive interface which people can work in the real world and interact with 3D virtual objects at the same time. AR has the potential to engage and motivate learners to explore material from a variety of differing perspective, and has been shown to be particularly useful for teaching subject matter that students could not possibly experience first hand in the real world. This report provides a conceptual framework of a simulated augmented reality lab which could be used in teaching science in classrooms. The recent years, the importance of lab-based courses and its significant role in the science education is irrefutable. The use of AR in formal education could prove a key component in future learning environments that are richly populated with a blend of hardware and software applications. The aim of this project is to enhance the teaching and learning of science by complementing the existing traditional lab with the use of a simulated augmented reality lab. The system architecture and the technical aspects of the proposed project will be described. Implementation issues and benefits of the proposed AR Lab will be highlighted

A Portable Augmented Reality Science Laboratory

Augmented Reality (AR) is a technology which overlays virtual objects on the real world; generates three-dimensional (3D) virtual objects and provides an interactive interface which people can work in the real world and interact with 3D virtual objects at the same time. AR has the potential to engage and motivate learners to explore material from a variety of differing perspective, and has been shown to be particularly useful for teaching subject matter that students could not possibly experience first hand in the real world. This report provides a conceptual framework of a simulated augmented reality lab which could be used in teaching science in classrooms. The recent years, the importance of lab-based courses and its significant role in the science education is irrefutable. The use of AR in formal education could prove a key component in future learning environments that are richly populated with a blend of hardware and software applications. The aim of this project is to enhance the teaching and learning of science by complementing the existing traditional lab with the use of a simulated augmented reality lab. The system architecture and the technical aspects of the proposed project will be described. Implementation issues and benefits of the proposed AR Lab will be highlighted

Freeform 3D interactions in everyday environments

PhD ThesisPersonal computing is continuously moving away from traditional input using mouse and keyboard, as new input technologies emerge. Recently, natural user interfaces (NUI) have led to interactive systems that are inspired by our physical interactions in the real-world, and focus on enabling dexterous freehand input in 2D or 3D. Another recent trend is Augmented Reality (AR), which follows a similar goal to further reduce the gap between the real and the virtual, but predominately focuses on output, by overlaying virtual information onto a tracked real-world 3D scene. Whilst AR and NUI technologies have been developed for both immersive 3D output as well as seamless 3D input, these have mostly been looked at separately. NUI focuses on sensing the user and enabling new forms of input; AR traditionally focuses on capturing the environment around us and enabling new forms of output that are registered to the real world. The output of NUI systems is mainly presented on a 2D display, while the input technologies for AR experiences, such as data gloves and body-worn motion trackers are often uncomfortable and restricting when interacting in the real world. NUI and AR can be seen as very complimentary, and bringing these two fields together can lead to new user experiences that radically change the way we interact with our everyday environments. The aim of this thesis is to enable real-time, low latency, dexterous input and immersive output without heavily instrumenting the user. The main challenge is to retain and to meaningfully combine the positive qualities that are attributed to both NUI and AR systems. I review work in the intersecting research fields of AR and NUI, and explore freehand 3D interactions with varying degrees of expressiveness, directness and mobility in various physical settings. There a number of technical challenges that arise when designing a mixed NUI/AR system, which I will address is this work: What can we capture, and how? How do we represent the real in the virtual? And how do we physically couple input and output? This is achieved by designing new systems, algorithms, and user experiences that explore the combination of AR and NUI

Toolkit support for interactive projected displays

Interactive projected displays are an emerging class of computer interface with the potential to transform interactions with surfaces in physical environments. They distinguish themselves from other visual output technologies, for instance LCD screens, by overlaying content onto the physical world. They can appear, disappear, and reconfigure themselves to suit a range of application scenarios, physical settings, and user needs. These properties have attracted significant academic research interest, yet the surrounding technical challenges and lack of application developer tools limit adoption to those with advanced technical skills. These barriers prevent people with different expertise from engaging, iteratively evaluating deployments, and thus building a strong community understanding of the technology in context. We argue that creating and deploying interactive projected displays should take hours, not weeks. This thesis addresses these difficulties through the construction of a toolkit that effectively facilitates user innovation with interactive projected displays. The toolkit’s design is informed by a review of related work and a series of in-depth research probes that study different application scenarios. These findings result in toolkit requirements that are then integrated into a cohesive design and implementation. This implementation is evaluated to determine its strengths, limitations, and effectiveness at facilitating the development of applied interactive projected displays. The toolkit is released to support users in the real-world and its adoption studied. The findings describe a range of real application scenarios, case studies, and increase academic understanding of applied interactive projected display toolkits. By significantly lowering the complexity, time, and skills required to develop and deploy interactive projected displays, a diverse community of over 2,000 individual users have applied the toolkit to their own projects. Widespread adoption beyond the computer-science academic community will continue to stimulate an exciting new wave of interactive projected display applications that transfer computing functionality into physical spaces

Grasp-sensitive surfaces

Grasping objects with our hands allows us to skillfully move and manipulate them. Hand-held tools further extend our capabilities by adapting precision, power, and shape of our hands to the task at hand. Some of these tools, such as mobile phones or computer mice, already incorporate information processing capabilities. Many other tools may be augmented with small, energy-efficient digital sensors and processors. This allows for graspable objects to learn about the user grasping them - and supporting the user's goals. For example, the way we grasp a mobile phone might indicate whether we want to take a photo or call a friend with it - and thus serve as a shortcut to that action. A power drill might sense whether the user is grasping it firmly enough and refuse to turn on if this is not the case. And a computer mouse could distinguish between intentional and unintentional movement and ignore the latter. This dissertation gives an overview of grasp sensing for human-computer interaction, focusing on technologies for building grasp-sensitive surfaces and challenges in designing grasp-sensitive user interfaces. It comprises three major contributions: a comprehensive review of existing research on human grasping and grasp sensing, a detailed description of three novel prototyping tools for grasp-sensitive surfaces, and a framework for analyzing and designing grasp interaction: For nearly a century, scientists have analyzed human grasping. My literature review gives an overview of definitions, classifications, and models of human grasping. A small number of studies have investigated grasping in everyday situations. They found a much greater diversity of grasps than described by existing taxonomies. This diversity makes it difficult to directly associate certain grasps with users' goals. In order to structure related work and own research, I formalize a generic workflow for grasp sensing. It comprises *capturing* of sensor values, *identifying* the associated grasp, and *interpreting* the meaning of the grasp. A comprehensive overview of related work shows that implementation of grasp-sensitive surfaces is still hard, researchers often are not aware of related work from other disciplines, and intuitive grasp interaction has not yet received much attention. In order to address the first issue, I developed three novel sensor technologies designed for grasp-sensitive surfaces. These mitigate one or more limitations of traditional sensing techniques: **HandSense** uses four strategically positioned capacitive sensors for detecting and classifying grasp patterns on mobile phones. The use of custom-built high-resolution sensors allows detecting proximity and avoids the need to cover the whole device surface with sensors. User tests showed a recognition rate of 81%, comparable to that of a system with 72 binary sensors. **FlyEye** uses optical fiber bundles connected to a camera for detecting touch and proximity on arbitrarily shaped surfaces. It allows rapid prototyping of touch- and grasp-sensitive objects and requires only very limited electronics knowledge. For FlyEye I developed a *relative calibration* algorithm that allows determining the locations of groups of sensors whose arrangement is not known. **TDRtouch** extends Time Domain Reflectometry (TDR), a technique traditionally used for inspecting cable faults, for touch and grasp sensing. TDRtouch is able to locate touches along a wire, allowing designers to rapidly prototype and implement modular, extremely thin, and flexible grasp-sensitive surfaces. I summarize how these technologies cater to different requirements and significantly expand the design space for grasp-sensitive objects. Furthermore, I discuss challenges for making sense of raw grasp information and categorize interactions. Traditional application scenarios for grasp sensing use only the grasp sensor's data, and only for mode-switching. I argue that data from grasp sensors is part of the general usage context and should be only used in combination with other context information. For analyzing and discussing the possible meanings of grasp types, I created the GRASP model. It describes five categories of influencing factors that determine how we grasp an object: *Goal* -- what we want to do with the object, *Relationship* -- what we know and feel about the object we want to grasp, *Anatomy* -- hand shape and learned movement patterns, *Setting* -- surrounding and environmental conditions, and *Properties* -- texture, shape, weight, and other intrinsics of the object I conclude the dissertation with a discussion of upcoming challenges in grasp sensing and grasp interaction, and provide suggestions for implementing robust and usable grasp interaction.Die Fähigkeit, Gegenstände mit unseren Händen zu greifen, erlaubt uns, diese vielfältig zu manipulieren. Werkzeuge erweitern unsere Fähigkeiten noch, indem sie Genauigkeit, Kraft und Form unserer Hände an die Aufgabe anpassen. Digitale Werkzeuge, beispielsweise Mobiltelefone oder Computermäuse, erlauben uns auch, die Fähigkeiten unseres Gehirns und unserer Sinnesorgane zu erweitern. Diese Geräte verfügen bereits über Sensoren und Recheneinheiten. Aber auch viele andere Werkzeuge und Objekte lassen sich mit winzigen, effizienten Sensoren und Recheneinheiten erweitern. Dies erlaubt greifbaren Objekten, mehr über den Benutzer zu erfahren, der sie greift - und ermöglicht es, ihn bei der Erreichung seines Ziels zu unterstützen. Zum Beispiel könnte die Art und Weise, in der wir ein Mobiltelefon halten, verraten, ob wir ein Foto aufnehmen oder einen Freund anrufen wollen - und damit als Shortcut für diese Aktionen dienen. Eine Bohrmaschine könnte erkennen, ob der Benutzer sie auch wirklich sicher hält und den Dienst verweigern, falls dem nicht so ist. Und eine Computermaus könnte zwischen absichtlichen und unabsichtlichen Mausbewegungen unterscheiden und letztere ignorieren. Diese Dissertation gibt einen Überblick über Grifferkennung (*grasp sensing*) für die Mensch-Maschine-Interaktion, mit einem Fokus auf Technologien zur Implementierung griffempfindlicher Oberflächen und auf Herausforderungen beim Design griffempfindlicher Benutzerschnittstellen. Sie umfasst drei primäre Beiträge zum wissenschaftlichen Forschungsstand: einen umfassenden Überblick über die bisherige Forschung zu menschlichem Greifen und Grifferkennung, eine detaillierte Beschreibung dreier neuer Prototyping-Werkzeuge für griffempfindliche Oberflächen und ein Framework für Analyse und Design von griff-basierter Interaktion (*grasp interaction*). Seit nahezu einem Jahrhundert erforschen Wissenschaftler menschliches Greifen. Mein Überblick über den Forschungsstand beschreibt Definitionen, Klassifikationen und Modelle menschlichen Greifens. In einigen wenigen Studien wurde bisher Greifen in alltäglichen Situationen untersucht. Diese fanden eine deutlich größere Diversität in den Griffmuster als in existierenden Taxonomien beschreibbar. Diese Diversität erschwert es, bestimmten Griffmustern eine Absicht des Benutzers zuzuordnen. Um verwandte Arbeiten und eigene Forschungsergebnisse zu strukturieren, formalisiere ich einen allgemeinen Ablauf der Grifferkennung. Dieser besteht aus dem *Erfassen* von Sensorwerten, der *Identifizierung* der damit verknüpften Griffe und der *Interpretation* der Bedeutung des Griffes. In einem umfassenden Überblick über verwandte Arbeiten zeige ich, dass die Implementierung von griffempfindlichen Oberflächen immer noch ein herausforderndes Problem ist, dass Forscher regelmäßig keine Ahnung von verwandten Arbeiten in benachbarten Forschungsfeldern haben, und dass intuitive Griffinteraktion bislang wenig Aufmerksamkeit erhalten hat. Um das erstgenannte Problem zu lösen, habe ich drei neuartige Sensortechniken für griffempfindliche Oberflächen entwickelt. Diese mindern jeweils eine oder mehrere Schwächen traditioneller Sensortechniken: **HandSense** verwendet vier strategisch positionierte kapazitive Sensoren um Griffmuster zu erkennen. Durch die Verwendung von selbst entwickelten, hochauflösenden Sensoren ist es möglich, schon die Annäherung an das Objekt zu erkennen. Außerdem muss nicht die komplette Oberfläche des Objekts mit Sensoren bedeckt werden. Benutzertests ergaben eine Erkennungsrate, die vergleichbar mit einem System mit 72 binären Sensoren ist. **FlyEye** verwendet Lichtwellenleiterbündel, die an eine Kamera angeschlossen werden, um Annäherung und Berührung auf beliebig geformten Oberflächen zu erkennen. Es ermöglicht auch Designern mit begrenzter Elektronikerfahrung das Rapid Prototyping von berührungs- und griffempfindlichen Objekten. Für FlyEye entwickelte ich einen *relative-calibration*-Algorithmus, der verwendet werden kann um Gruppen von Sensoren, deren Anordnung unbekannt ist, semi-automatisch anzuordnen. **TDRtouch** erweitert Time Domain Reflectometry (TDR), eine Technik die üblicherweise zur Analyse von Kabelbeschädigungen eingesetzt wird. TDRtouch erlaubt es, Berührungen entlang eines Drahtes zu lokalisieren. Dies ermöglicht es, schnell modulare, extrem dünne und flexible griffempfindliche Oberflächen zu entwickeln. Ich beschreibe, wie diese Techniken verschiedene Anforderungen erfüllen und den *design space* für griffempfindliche Objekte deutlich erweitern. Desweiteren bespreche ich die Herausforderungen beim Verstehen von Griffinformationen und stelle eine Einteilung von Interaktionsmöglichkeiten vor. Bisherige Anwendungsbeispiele für die Grifferkennung nutzen nur Daten der Griffsensoren und beschränken sich auf Moduswechsel. Ich argumentiere, dass diese Sensordaten Teil des allgemeinen Benutzungskontexts sind und nur in Kombination mit anderer Kontextinformation verwendet werden sollten. Um die möglichen Bedeutungen von Griffarten analysieren und diskutieren zu können, entwickelte ich das GRASP-Modell. Dieses beschreibt fünf Kategorien von Einflussfaktoren, die bestimmen wie wir ein Objekt greifen: *Goal* -- das Ziel, das wir mit dem Griff erreichen wollen, *Relationship* -- das Verhältnis zum Objekt, *Anatomy* -- Handform und Bewegungsmuster, *Setting* -- Umgebungsfaktoren und *Properties* -- Eigenschaften des Objekts, wie Oberflächenbeschaffenheit, Form oder Gewicht. Ich schließe mit einer Besprechung neuer Herausforderungen bei der Grifferkennung und Griffinteraktion und mache Vorschläge zur Entwicklung von zuverlässiger und benutzbarer Griffinteraktion

The cockpit for the 21st century

Interactive surfaces are a growing trend in many domains. As one possible manifestation of Mark Weiser’s vision of ubiquitous and disappearing computers in everywhere objects, we see touchsensitive screens in many kinds of devices, such as smartphones, tablet computers and interactive tabletops. More advanced concepts of these have been an active research topic for many years. This has also influenced automotive cockpit development: concept cars and recent market releases show integrated touchscreens, growing in size. To meet the increasing information and interaction needs, interactive surfaces offer context-dependent functionality in combination with a direct input paradigm. However, interfaces in the car need to be operable while driving. Distraction, especially visual distraction from the driving task, can lead to critical situations if the sum of attentional demand emerging from both primary and secondary task overextends the available resources. So far, a touchscreen requires a lot of visual attention since its flat surface does not provide any haptic feedback. There have been approaches to make direct touch interaction accessible while driving for simple tasks. Outside the automotive domain, for example in office environments, concepts for sophisticated handling of large displays have already been introduced. Moreover, technological advances lead to new characteristics for interactive surfaces by enabling arbitrary surface shapes. In cars, two main characteristics for upcoming interactive surfaces are largeness and shape. On the one hand, spatial extension is not only increasing through larger displays, but also by taking objects in the surrounding into account for interaction. On the other hand, the flatness inherent in current screens can be overcome by upcoming technologies, and interactive surfaces can therefore provide haptically distinguishable surfaces. This thesis describes the systematic exploration of large and shaped interactive surfaces and analyzes their potential for interaction while driving. Therefore, different prototypes for each characteristic have been developed and evaluated in test settings suitable for their maturity level. Those prototypes were used to obtain subjective user feedback and objective data, to investigate effects on driving and glance behavior as well as usability and user experience. As a contribution, this thesis provides an analysis of the development of interactive surfaces in the car. Two characteristics, largeness and shape, are identified that can improve the interaction compared to conventional touchscreens. The presented studies show that large interactive surfaces can provide new and improved ways of interaction both in driver-only and driver-passenger situations. Furthermore, studies indicate a positive effect on visual distraction when additional static haptic feedback is provided by shaped interactive surfaces. Overall, various, non-exclusively applicable, interaction concepts prove the potential of interactive surfaces for the use in automotive cockpits, which is expected to be beneficial also in further environments where visual attention needs to be focused on additional tasks.Der Einsatz von interaktiven Oberflächen weitet sich mehr und mehr auf die unterschiedlichsten Lebensbereiche aus. Damit sind sie eine mögliche Ausprägung von Mark Weisers Vision der allgegenwärtigen Computer, die aus unserer direkten Wahrnehmung verschwinden. Bei einer Vielzahl von technischen Geräten des täglichen Lebens, wie Smartphones, Tablets oder interaktiven Tischen, sind berührungsempfindliche Oberflächen bereits heute in Benutzung. Schon seit vielen Jahren arbeiten Forscher an einer Weiterentwicklung der Technik, um ihre Vorteile auch in anderen Bereichen, wie beispielsweise der Interaktion zwischen Mensch und Automobil, nutzbar zu machen. Und das mit Erfolg: Interaktive Benutzeroberflächen werden mittlerweile serienmäßig in vielen Fahrzeugen eingesetzt. Der Einbau von immer größeren, in das Cockpit integrierten Touchscreens in Konzeptfahrzeuge zeigt, dass sich diese Entwicklung weiter in vollem Gange befindet. Interaktive Oberflächen ermöglichen das flexible Anzeigen von kontextsensitiven Inhalten und machen eine direkte Interaktion mit den Bildschirminhalten möglich. Auf diese Weise erfüllen sie die sich wandelnden Informations- und Interaktionsbedürfnisse in besonderem Maße. Beim Einsatz von Bedienschnittstellen im Fahrzeug ist die gefahrlose Benutzbarkeit während der Fahrt von besonderer Bedeutung. Insbesondere visuelle Ablenkung von der Fahraufgabe kann zu kritischen Situationen führen, wenn Primär- und Sekundäraufgaben mehr als die insgesamt verfügbare Aufmerksamkeit des Fahrers beanspruchen. Herkömmliche Touchscreens stellen dem Fahrer bisher lediglich eine flache Oberfläche bereit, die keinerlei haptische Rückmeldung bietet, weshalb deren Bedienung besonders viel visuelle Aufmerksamkeit erfordert. Verschiedene Ansätze ermöglichen dem Fahrer, direkte Touchinteraktion für einfache Aufgaben während der Fahrt zu nutzen. Außerhalb der Automobilindustrie, zum Beispiel für Büroarbeitsplätze, wurden bereits verschiedene Konzepte für eine komplexere Bedienung großer Bildschirme vorgestellt. Darüber hinaus führt der technologische Fortschritt zu neuen möglichen Ausprägungen interaktiver Oberflächen und erlaubt, diese beliebig zu formen. Für die nächste Generation von interaktiven Oberflächen im Fahrzeug wird vor allem an der Modifikation der Kategorien Größe und Form gearbeitet. Die Bedienschnittstelle wird nicht nur durch größere Bildschirme erweitert, sondern auch dadurch, dass Objekte wie Dekorleisten in die Interaktion einbezogen werden können. Andererseits heben aktuelle Technologieentwicklungen die Restriktion auf flache Oberflächen auf, so dass Touchscreens künftig ertastbare Strukturen aufweisen können. Diese Dissertation beschreibt die systematische Untersuchung großer und nicht-flacher interaktiver Oberflächen und analysiert ihr Potential für die Interaktion während der Fahrt. Dazu wurden für jede Charakteristik verschiedene Prototypen entwickelt und in Testumgebungen entsprechend ihres Reifegrads evaluiert. Auf diese Weise konnten subjektives Nutzerfeedback und objektive Daten erhoben, und die Effekte auf Fahr- und Blickverhalten sowie Nutzbarkeit untersucht werden. Diese Dissertation leistet den Beitrag einer Analyse der Entwicklung von interaktiven Oberflächen im Automobilbereich. Weiterhin werden die Aspekte Größe und Form untersucht, um mit ihrer Hilfe die Interaktion im Vergleich zu herkömmlichen Touchscreens zu verbessern. Die durchgeführten Studien belegen, dass große Flächen neue und verbesserte Bedienmöglichkeiten bieten können. Außerdem zeigt sich ein positiver Effekt auf die visuelle Ablenkung, wenn zusätzliches statisches, haptisches Feedback durch nicht-flache Oberflächen bereitgestellt wird. Zusammenfassend zeigen verschiedene, untereinander kombinierbare Interaktionskonzepte das Potential interaktiver Oberflächen für den automotiven Einsatz. Zudem können die Ergebnisse auch in anderen Bereichen Anwendung finden, in denen visuelle Aufmerksamkeit für andere Aufgaben benötigt wird

Design and Implementation of an Interactive Surface System with Controllable Shape and Softness

「平面的で硬い」という従来のディスプレイの物理的制約は、ユーザが3次元的な形状を有するデータを扱う場合や触覚的な情報を有するデータと対話する場合に様々な制限を与えている. また, 平面的なディスプレイ上で複雑な立体形状を閲覧・モデリングするためには, 頻繁な視点移動や複雑な頂点操作等を伴うGUI操作が必要である. このような問題を解決するため, 砂, 粘土のような非平面的・柔軟な素材をサーフェスに取り入れて, 従来のディスプレイにできない異なるインタラクションを可能にした研究が行われていたが, 一つのデバイスで異なる物理性質を表現できるディスプレイはあまり研究されていない.本研究は細かなパーティクルと気圧操作による硬さ制御技術に着目し, 硬度可変ディスプレイの実装を行った. 硬さ制御によって, 軟らかいときに形状の変形や, 用途に応じて形状を維持することもできる.このディスプレイの可能性を探るため, 硬さ制御を利用したモデリングアプリケーションを開発した. このアプリケーションでは, モデリング操作に応じて, 適切な硬さを選択する事ができ, モデルが完成した時にディスプレイを硬化し形状を維持させることが可能である.また, 深度カメラを用いることで, タッチ入力による彩色が可能になり, 作成したモデルをスキャンし, CADデータとして保存することもできる. さらに, 3Dプリンターで出力することも可能にした.このシステムは、従来のモデリング操作をより直感的する事ができるが, システム単独で形状を生成することができない. そこで, 本研究では粒子運搬技術を用いて, ディスプレイの形状アクチュエーション手法も提案する. この手法では, モデルの大まかな形状を生成することで, ユーザは形状の細部を自由にカスタマイズすることができる. この手法は, 硬さ制御技術と同じくパーティクルと空気アクチュエーションを用いているため, 低コストかつシンプルなシステムで実現することができる.電気通信大学201

SPATIO-TEMPORAL REGISTRATION IN AUGMENTED REALITY

The overarching goal of Augmented Reality (AR) is to provide users with the illusion that virtual and real objects coexist indistinguishably in the same space. An effective persistent illusion requires accurate registration between the real and the virtual objects, registration that is spatially and temporally coherent. However, visible misregistration can be caused by many inherent error sources, such as errors in calibration, tracking, and modeling, and system delay. This dissertation focuses on new methods that could be considered part of "the last mile" of spatio-temporal registration in AR: closed-loop spatial registration and low-latency temporal registration: 1. For spatial registration, the primary insight is that calibration, tracking and modeling are means to an end---the ultimate goal is registration. In this spirit I present a novel pixel-wise closed-loop registration approach that can automatically minimize registration errors using a reference model comprised of the real scene model and the desired virtual augmentations. Registration errors are minimized in both global world space via camera pose refinement, and local screen space via pixel-wise adjustments. This approach is presented in the context of Video See-Through AR (VST-AR) and projector-based Spatial AR (SAR), where registration results are measurable using a commodity color camera. 2. For temporal registration, the primary insight is that the real-virtual relationships are evolving throughout the tracking, rendering, scanout, and display steps, and registration can be improved by leveraging fine-grained processing and display mechanisms. In this spirit I introduce a general end-to-end system pipeline with low latency, and propose an algorithm for minimizing latency in displays (DLP DMD projectors in particular). This approach is presented in the context of Optical See-Through AR (OST-AR), where system delay is the most detrimental source of error. I also discuss future steps that may further improve spatio-temporal registration. Particularly, I discuss possibilities for using custom virtual or physical-virtual fiducials for closed-loop registration in SAR. The custom fiducials can be designed to elicit desirable optical signals that directly indicate any error in the relative pose between the physical and projected virtual objects.Doctor of Philosoph

Augmented Reality

Augmented Reality (AR) is a natural development from virtual reality (VR), which was developed several decades earlier. AR complements VR in many ways. Due to the advantages of the user being able to see both the real and virtual objects simultaneously, AR is far more intuitive, but it's not completely detached from human factors and other restrictions. AR doesn't consume as much time and effort in the applications because it's not required to construct the entire virtual scene and the environment. In this book, several new and emerging application areas of AR are presented and divided into three sections. The first section contains applications in outdoor and mobile AR, such as construction, restoration, security and surveillance. The second section deals with AR in medical, biological, and human bodies. The third and final section contains a number of new and useful applications in daily living and learning

Interactive ubiquitous displays based on steerable projection

The ongoing miniaturization of computers and their embedding into the physical environment require new means of visual output. In the area of Ubiquitous Computing, flexible and adaptable display options are needed in order to enable the presentation of visual content in the physical environment. In this dissertation, we introduce the concepts of Display Continuum and Virtual Displays as new means of human-computer interaction. In this context, we present a realization of a Display Continuum based on steerable projection, and we describe a number of different interaction methods for manipulating this Display Continuum and the Virtual Displays placed on it.Mit zunehmender Miniaturisierung der Computer und ihrer Einbettung in der physikalischen Umgebung werden neue Arten der visuellen Ausgabe notwendig. Im Bereich des Ubiquitous Computing (Rechnerallgegenwart) werden flexible und anpassungsfähige Displays benötigt, um eine Anzeige von visuellen Inhalten unmittelbar in der physikalischen Umgebung zu ermöglichen. In dieser Dissertation führen wir das Konzept des Display-Kontinuums und der Virtuellen Displays als Instrument der Mensch-Maschine-Interaktion ein. In diesem Zusammenhang präsentieren wir eine mögliche Display-Kontinuum-Realisierung, die auf der Verwendung steuerbarer Projektion basiert, und wir beschreiben mehrere verschiedene Interaktionsmethoden, mit denen man das Display-Kontinuum und die darauf platzierten Virtuellen Displays steuern kann