Building Lifecycle Management

LED-Marker für Flying Augmented Reality

Outdoor Flying Augmented Reality Anwendungen in städtebaulichen Planungssituationen. 
Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer Lichtmarkertechnologie, die eine eindeutige Detektion charakteristischer Punkte eines künftigen Gebäudes ermöglicht und auf mobilen Endgeräten (Smartphones, Tablets) die richtungs- und neigungsgerechte visuelle Darstellung eines geplanten Gebäudes als Augemted Reality Anwendung ernöglicht. Die Marker werden dazu am Boden oder an existierenden Gebäudeecken positioniert und leuchten mit schnell wechselnden RGB-Farben. Diese werden im Videostream detektiert und zur RIchtungs- und Neigungsbestimmung des virtuellen Gebäudes herangezogen.

 

 

Flying Augmented Realitiy

LED-Marker für Outdoor und Flying Augmented Reality-Anwendung: Effiziente synchronisierte und sequenz-codierte LED-Marker für robuste Detektion aus der Luft und mit mobilen Endgeräten im Außeneinsatz für Augmented Reality Anwendungen.

AR-Flug

Der Einsatz von Augmented Reality Anwendungen (AR) als visuelle Verknüpfung von virtuellen Objekten und realen Szenerien vor Ort hat in der jüngsten Vergangenheit zu vielversprechenden Ansätzen in diesem Zusammenhang geführt. AR bietet anschauliche Möglichkeiten zur Visualisierung von Planungsständen im Kontext der realen Umwelt vor Ort. Dazu werden virtuelle Objekte und Informationen in die reale Umgebung eingebettet und visuell vor Ort kombiniert. Zu diesem Zweck werden Marker in der Umgebung benötigt, eine Kamera und ein Computer. Die Kamera nimmt das Bild der Umgebung und der Marker auf. Der Computer erkennt die Marker, bestimmt aus deren Position die Lage der Kamera und fügt ein computergeneriertes Modell des geplanten Gebäudes oder anderer Informationen, wie z.B. Windströmungen, in das Kamerabild ein. Das resultierende Bild kann dann online auf einem Monitor oder einem mobilen Endgerät betrachtet, oder für spätere Verwendung als Film abgespeichert werden.

LED-Marker AR


In kleinen Maßstäben sind auf Papier gedruckte Marker eine übliche und erprobte Lösung für die Bestimmung von Ausrichtung, Neigung und Position der aufnehmenden Kamera. Bei größeren Abständen und der Verwendung außerhalb geschlossener Räume ist diese Methode jedoch unhandlich, teuer und nicht mehr praktikabel. Derzeit ist diese Problematik nicht gelöst und verhindert damit den Einsatz der beschriebenen AR Anwendungen in großen Aktionsradien. Das Start-Up Projekt widmet sich dieser Fragestellung und untersucht kompakte, selbstleuchtende und mobile Marker, die in dem zu beobachtenden Gebiet positioniert werden, durch das AR-System erkannt werden und für die geometrisch korrekte Kombination von virtuellen und realen Objekten verwertet werden.

Vorarbeiten haben hierbei ergeben, dass den Detektionsverfahren angepasste Marker um mehrere Größenordnungen verbesserte Signal-Rausch-Abstände erreichen können, und damit selbst unter widrigen Umweltbedingungen, großen Abständen oder schwächeren Kameras, eine genaue Positionierung erreichen können.

Reflektierende Marker sind zwar bekannt, haben jedoch den Nachteil, dass sie bei sich ändernden Umgebungsbedingungen und Lichtverhältnissen schwer lokalisierbar und damit nicht ausreichend sicher erkennbar sind. Die selbstleuchtenden Marker haben hier wesentliche Vorteile. Ziel des beantragten Projekts ist daher die Entwicklung von selbstleuchtenden Markern, die für die Erkennung aus großer Entfernung auf einer großen Fläche von einem fliegenden Kameraträger aus geeignet sind.

Für eine ausreichende Sichtbarkeit aus allen Richtungen muss ein auf dem Boden stehender Marker in den gesamten oberen Halbraum strahlen. Die leuchtende Oberfläche darf nicht zu klein sein, damit das Kamerabild nicht überstrahlt, die Lichtstärke muss jedoch ausreichend sein, damit sich der Marker von der Umgebung abhebt. Für eine bessere Detektion im Kamerabild sollen die Marker unterscheidbar und synchronisiert blinken. Da für eine Bestimmung der Raumkoordinaten mindestens drei Marker, besser jedoch mehr Marker notwendig sind, sollen sie durch codierte Blinksequenzen unterscheidbar werden. Ein zentrales Ziel ist damit auch die Bestimmung optimierter synchronisierter Sequenzen zur Detektion.
Daneben muss die Leuchtstärke an das Umgebungslicht angepasst werden, so dass sowohl an einem bewölkten Wintertag als auch an einem hellen Sommertag zur Mittagszeit eine Erkennung der Marker möglich ist. Gerade für letzteres ist eine sehr intensive Lichtquelle erforderlich, die mit einer Anzahl Hochleistungs-LEDs realisiert werden soll. Diese müssen ausreichend gekühlt und zusammen mit der Ansteuerungselektronik und Energieversorgung für den Außeneinsatz geeignet verkapselt werden. werden. Mit Hilfe eines Umgebungslichtsensors wird die Lichtstärke an die Umgebungsbedingungen angepasst, so dass neben einer optimalen Erkennbarkeit die Einsatzdauer bei gegebener Akkukapazität maximiert wird.

Der Einsatz von Augmented Reality Anwendungen (AR) als visuelle Verknüpfung von vir­tu­ellen Objekten und realen Szenerien vor Ort hat in der jüngsten Vergangenheit zu viel­ver­sprechenden Ansätzen in diesem Zusammenhang geführt. AR bietet anschauliche Möglich­keiten zur Visualisierung von Planungsständen im Kontext der realen Umwelt vor Ort. Dazu werden virtuelle Objekte und Informationen in die reale Umgebung eingebettet und visuell vor Ort kombiniert. Zu diesem Zweck werden Marker in der Umgebung benötigt, eine Ka­me­ra und ein Computer. Die Kamera nimmt das Bild der Umgebung und der Marker auf. Der Com­puter erkennt die Marker, bestimmt aus deren Position die Lage der Kamera und fügt ein computergeneriertes Modell des geplanten Gebäudes oder anderer Informationen, wie z.B. Windströmungen, in das Kamerabild ein. Das resultierende Bild kann dann online auf einem Monitor betrachtet oder für spätere Verwendung als Film abgespeichert werden.

In kleinen Maßstäben sind auf Papier gedruckte Marker eine übliche und erprobte Lösung für die Bestimmung von Ausrichtung, Neigung und Position der aufnehmenden Kamera. Bei größeren Abständen und der Verwendung außerhalb geschlossener Räume ist diese Metho­de jedoch unhandlich, teuer und nicht mehr praktikabel. Derzeit ist diese Problematik nicht gelöst und verhindert damit den Einsatz der beschriebenen AR Anwendungen in großen Ak­tions­radien. Das Projekt widmet sich dieser Fragestellung und untersucht kom­pak­te, selbstleuchtende und mobile Marker, die in dem zu beobachtenden Gebiet positioniert wer­den, durch das AR-System erkannt werden und für die geometrisch korrekte Kom­bi­na­tion von virtuellen und realen Objekten verwertet werden.