Augmented Reality: Von der Vision zur Realität

Dienstag 1. Oktober, 9:30 Uhr: Vor der Innovationswerkstatt im Smart-Areal Böblingen laufen die letzten Vorbereitungen für den Presseworkshop zum Thema „Augmented Reality“. Vorträge und Poster sind vorbereitet. Fachjournalisten aus ganz Deutschland befinden sich bereits auf der Anreise und nicht zuletzt ist unser Versuchsträger, mit dem erstmals ein „Augmented Reality Navigationssystem“ im Fahrzeug live gezeigt werden soll, startklar. Zumindest fast – der Rechner startet nicht und die Anzeigen im Fahrzeug bleiben erst mal dunkel. Doch der Reihe nach – worum geht es eigentlich?

Mit „Augmented Reality“ (AR) wird die Erweiterung der Umgebung mit zusätzlichen Informationen bezeichnet. Beispielsweise werden bei Augmented Reality Reiseführern auf Kamera-oder Smartphonebildern der Umgebung Gipfelnamen über den Bergspitzen eingeblendet. Die große Herausforderung ist es dabei, Einblendungen auch am Ort des Geschehens im Bild stabil – die Experten sagen  „kontaktanalog“ – zu halten. Nur so kann der Benutzer Bezeichnung und Berg einander leicht zuordnen, die Zusatzinformationen sind intuitiv zu verstehen.

In kontrollierten Umgebungen – beispielsweise an speziellen Messarbeitsplätzen die über hochgenaue Positionsmessysteme verfügen – werden heute schon Untersuchungen über die Montierbarkeit von Bauteilen mit Hilfe von „augmentierten“ Darstellungen gemacht. Beiträge finden sich hier im Blog unter dem Begriff der „Virtual Reality“:

Virtuelle Zertifizierung – Virtual Reality bei Mercedes-Benz
Doktoranden-Marktplatz 2013: Präsentieren, Informieren, Vernetzen

Smartphone Anwendungen erzielen unterschiedliche Erfolge bei „augmentierten Darstellungen“. Solange das Gerät für längere Zeit in Ruhe ist lassen sich gute Ergebnisse erzielen.  Aber was ist in einem sich schnell und ungleichmäßig bewegenden Fahrzeug möglich?

Die lagerichtige Anzeige von Zusatzinformationen im Fahrzeug bietet eine Reihe sehr interessanter Anwendungsfelder. Die Darstellung von Navigationsinformation ist offensichtlich. Wer würde nicht gerne einem „Fahrteppich“ folgen der den Weg markiert, wenn nicht klar ist, ob mit in „50 Metern nach links abbiegen“ die erste oder die zweite Ausfahrt gemeint ist? Wer hat nicht schon auf den letzten Metern gewendet, weil in Europa Hausnummern oft schlecht auffindbar und ablesbar sind?

Anzeigen für den Fahrer werden sich auf das notwendige, die Fahraufgabe unterstützende beschränken. Mitfahrern auf den Rücksitzen (oder dank Splitview auch Beifahrer) können auf ganz neue Art und Weise während der Fahrt mit ortsbezogenen Information wie Nachrichten, Hintergrundinformation zu Sehenswürdigkeiten und Meldungen aus sozialen Netzwerken  interagieren.

Meredes-Benz: Splitview-Display für S-Klasse

Genau die Frage zu beantworten, was im Fahrzeug an derartigen Darstellungen möglich ist, haben wir im Projekt „Augmented Reality im Fahrzeug“ vor drei Jahren begonnen zu beantworten. Gestartet sind wir in das Vorentwicklungsprojekt mit der Prämisse „das müsste mit unseren Sensoren doch gehen“ als kleines Sonderprojekt, denn meine Kernaufgabe ist es, innovative Lösungen für das Zusammenspiel elektronischer Systeme im Fahrzeug vorzubereiten.

Als Projektleiter war für mich von Anfang an wichtig, zu zeigen was mit den aktuellen Sensoren, Systemen und Anzeigen im Fahrzeug möglich ist. Mit anderen Projekten wie DICE (Augmented Reality in der Windschutzscheibe) war bereits demonstriert, wie man mit einem idealen AR-System interagiert. Forschungsprojekte hatten auch gezeigt, dass ein technisch optimal ausgestattetes System gut funktioniert. Die eingesetzten Systeme waren aber stets jenseits dessen, was für einen Serieneinsatz bezahlbar sein wird. Aber was kann man mit Serientechnik erreichen und was fehlt uns zum optimalen Erlebnis? Gestartet haben wir das Projekt dementsprechend mit einem etwas betagten R-Klasse Versuchsfahrzeug, dessen elektronische Systeme nicht mehr die aller aktuellsten Entwicklungen beinhalten.

Eine Herausforderung bestand darin, mit den unsicheren und ungenauen Daten dennoch genau genug die Fahrzeugposition und Ausrichtung zu ermitteln. Globale Positionierungssysteme wie GPS liefern bestenfalls Genauigkeiten im Umkreis einiger Meter, daher geschieht die Verortung des Fahrzeugs in unserem Fall zusätzlich mit einem mathematischen Modell der Fahrzeugbewegung, in das eine Reihe von Sensordaten einfließen. Nur wenn die genaue Position und Blickrichtung der Kamera in jeder Fahrsituation bekannt sind, ist es möglich, Einblendungen „kontaktanalog“ zu halten.

Herausforderungen sind Kurven, Steigungen, Wanken und Nicken des Fahrzeugs, insbesondere beim  Beschleunigen und Bremsen.  In all diesen Situationen treten Beschleunigungskräfte auf, die es unmöglich machen, die Kameraausrichtung direkt zu messen. Die durch Fahrzeugbewegungen auftretenden Einflüsse müssen genau vorhergesagt und kompensiert werden.

In die betagte R-Klasse hat mein Projektteam aus Kollegen der Vorentwicklung und Mitarbeitern von ITM/PRO die notwendigen Schnittstellen zur Fahrzeugsystemen, einen Rechner als Plattform zur Berechnung der Bilder mit den Zusatzinformationen integriert und die Verfahren für die Positions- und Lageschätzung umgesetzt. Der Kern des Systems, das die Objekte ins Video blendet stammt von ITM/PRO.

Neben dem AR System im Fahrzeug, das die Objekte in ein Kamerabild der Umgebung einzeichnet, galt es auch sicherzustellen, dass Datenquellen und Datenformate für die darzustellenden Objekte bereitstehen. Objekte zur Anzeige entlang von Teststrecken in Böblingen wurden anfangs manuell erstellt, was in größerem Maßstab  für einen Serieneinsatz undenkbar ist. Daten zur Unterstützung der Fahraufgabe mit Hausnummern, Straßennamen und Navigationsinformationen wird das Navigationssystem liefern können. Prototypisch haben wir in einer Abschlussarbeit auch schon andere Datenquellen für die Interaktion mit Social Media Plattformen, interaktiven Spielen und Foto-Communities angebunden.

Seit Anfang des Jahres konnten wir den Versuchsträger in Demonstrationen intern und auch externen Partnern vorstellen. Damit wurde auch die Absicherung der entwickelten Lösungen und Erfindungen mit Patentanmeldungen dringend erforderlich. Die Rückmeldungen von Testfahrten waren so gut, dass wir das Thema inzwischen mit unserem Versuchsträger auch öffentlich und live Journalisten zeigen.

Natürlich vorausgesetzt, dass der Versuchsträger funktioniert. Das tat er an besagtem Dienstag dann auch nach einem Neustart. Noch ist der Rechner auf dem das System läuft ein klassischer Laptop und keine Fahrzeugsteuergerät. Daran, dass das nicht so bleibt, arbeiten wir. Vielversprechende Reaktionen nach dem Presseworkshop und auf der ersten öffentlichen Vorstellung unserer Innovation auf einer der wichtigsten Augmented Reality Messen in München Mitte Oktober bestärken uns auf diesem Weg. Bei ITA/V wird bereits an einer Variante des Systems gearbeitet, das auch Anwendungen aus dem VAN Bereich abdecken wird.

Und Ideen, was wir mit den allerneusten Sensoren der neuen S-Klasse für eine noch intuitivere Darstellung erreichen können, haben wir auch schon.


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