Mobile Business

Einleitung

Obwohl virtual, mixed und augmented Reality erst in den letzten Jahren -abgesehen von der Spieleindustrie- so richtig in Schwung kamen, wird diesen Technologien vor allem zukünftig viel Bedeutung beigemessen. Insbesondere die Industrie sieht viel Potenzial darin, wenn es darum geht, Prozesse neu und effektiver zu gestalten. Nachfolgender Artikel soll einen kurzen Einblick in die Welt von virtual, augmented und mixed Reality geben sowie Anwendungsbeispiele für die Industrie aufzeigen.

 

Definition von Virtual, Augmented und Mixed Reality

Die Recherche im Zusammenhang mit virtual und augmented Reality hat gezeigt, dass unterschiedliche Begrifflichkeiten wie Mixed Reality, Augmented Reality, Hybrid Reality, Assisted Reality, etc. verwendet werden. Milgram et al haben bereits 1995 versucht, die übergeordneten Begriffe einzuordnen. Wie in nachfolgender Abbildung gezeigt, gibt es eine breite Bandbreite zwischen der realen Welt und der virtuellen Welt. Dazwischen liegt die Mixed Reality, die sowohl Elemente der realen als auch der virtuellen Welt beinhaltet. (Q: 13)

 

Abbildung 1: Kontinuum der virtuellen Realität
Quelle: Researchgate

 

Am linken äußeren Ende befindet sich die reale Welt; am anderen Ende die virtuelle Welt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass man komplett von der Außenwelt abgeschnitten ist und in eine andere -virtuelle- Realität eintaucht.  

Dazwischen befindet sich die Mixed Reality, die sowohl Elemente der realen als auch der virtuellen Welt beinhalten. Der Übergang zwischen augmented Reality und augmented Virtuality verschwimmt jedoch immer mehr. Werden auf der einen Seite lediglich Informationen eingeblendet so bietet die augmented Virtuality auch die Möglichkeit mit den virtuellen Objekten zu interagieren. (Q: 5,6,15)

 

Nachfolgende Darstellung zeigt den Grad der Einbindung der virtuellen Welt, wobei Mixed Reality aufgrund der vorherigen Definition als Augmented Virtuality zu verstehen ist.

 

 

Abbildung 2: Virtuelle Welten
Quelle: rubygarage.org

 

Wichtig bei der Beschäftigung mit virtuellen Realitäten sind daher zwei Punkte: die Mensch-Maschine-Schnittstelle und die Möglichkeit in Echtzeit zu interagieren. Dies erfordert entsprechende Technologien. Die wichtigsten werden nachfolgend kurz beschrieben.

 

Grundlegende Technologien – die Ein- und Ausgabegeräte

Um das Eintauchen in virtuelle oder erweiterte Realitäten zu ermöglichen gibt es eine Vielzahl an Ein- und Ausgabegeräten. Bei den Eingabegeräten können dazu Hilfsmittel wie zB ein Flystick, Laufbänder, Smartphones, Wearables oder aber auch der Nutzer (Hände, Finger, Kopf, Sprache, Bewegung allgemein) selbst verwendet werden. Durch das Eingabegerät wird u.a. auch die Position und die Orientierung eines Objektes bestimmt (Tracking), das im Zusammenhang mit virtuellen Welten zu den wichtigsten Technologien zählt. Folgende Trackingmöglichkeiten gibt es (Q: 7):

-          Optisches Tracking

o   Tracking mittels Marken (schwarz/weiß-Marken, Infrarot, Laser)

o   Markenloses Tracking (zB durch Extraktion von Kanten, Ecken, etc.)

o   Tiefenkameras (zur Messung der Laufzeit des reflektierenden Lichtes zB Infrarot)

-          Akustische Tracking

o   Ultraschall (Sender-Empfänger)

-          Elektromagnetisches Tracking

o   Mit Hilfe von Spulen, in denen Strom fließt, werden Magnetfelder aufgebaut. Als Sensoren werden ebenfalls Spulen genutzt

-          Inertial Tracker

o   Trägheits- oder Beschleunigungssensoren (insbesondere zur Lagebestimmung verwendet - Gyrosensoren)

-          Finger Tracking

o   Mechanische Finger-Tracking-Methoden (Data Glove)

o   Nicht mechanische Finger-Tracking-Methoden (optisch mittels (Tiefen-) Kameras)

o   Magnetische Finger-Tracking-Methoden

-          Eye Tracking

o   Optisch mittels Kamera

 

Neben Eingangsgeräten gibt es auch bei den Ausgabegeräte eine entsrpechende Auswahl. Darunter auch wieder die Hilfsmittel wie Smartphone, Tablet und Wearables. Im Zusammenhang mit mobilen Geräten wird das Head-Mounted Display (Helm oder Datenbrille) als Ausgabegeräte zukünftig eine bedeutende Rolle. Folgende Ausgabegeräte können unterschieden werden (Q:8):

-          Optische Ausgabegeräte

o   Direktsicht HMD (nur virtuelle Sicht möglich)

o   Video HMD (eine zusätzlich installierte Kamera kann Bilder aufnehmen und in die virtuelle Ansicht integrieren.

o   See-Through HMD (Nutzer kann reale Welt wahrnehmen)

o   Interaktive HMD (Nutzer kann mit angezeigten Information interagieren)

-          Akustische Ausgabegeräte (zB hörbares Feedback bei der Auswahl von Objekten über Lautsprecher)

-          Haptische Ausgabegeräte (zB fühlen einer Vibration)

 

Virtual Reality – Aktuelles am Markt

Wie bereits oben erwähnt, taucht man bei virtuellen Realitäten in anderen Welten ein und wird dadurch von der Realität ausgeschlossen. Erste Virtual-Reality-Brillen (auch Head-Mounted Displays – HMD genannt) wurde bereits 1968 entwickelt, wurden dann in erster Linie in der Spieleindustrie genutzt und werden seit kurzem -nachdem die Big Player im IT-Sektor wie Microsoft, Apple, Facebook & Co in dem Bereich forschen- auch für die Industrie entdeckt.

Voraussetzung für ein gutes VR-Erlebnis sind präzises Tracking, schnelle Displays und leistungsfähige Rechner. Für das Tracking werden interne Gyrometer, Beschleunigungssensoren sowie bei mit dem PC-verbundenen verbundenen Headsets externe Komponenten (im Raum positionierte Laserlichtquellen, Lasersensor auf der Brille) verwendet. Um den Kabelsalat zu verhindern bieten mittlerweile viele Anbieter Rucksäcke oder Wireless-Lösungen an. VR Brillen für PC und Konsolen sind zB HTC Vive Pro, Oculus Rift oder Sony Playstation VR. Entsprechende Produkte kann man zwischen 400 und 700,- erwerben.

Mittlerweile gibt es aber auch Smartphone-VR-Lösungen. Das Smartphone wird dabei in ein Gehäuse eingelegt. Die Qualität der virtuellen Realität hängt aber nicht zuletzt vom Display und vom Prozessor des Smartphones ab. Für das Tracking der Kopfbewegungen werden Smartphone-Sensoren genutzt. Je leistungsstärker die Smartphones sind und je besser die Sensoren, desto besser das VR-Erlebnis.

Abbildung 3: VR-Brillen
Quelle: androidpit.de

VR-Brillen für das Smartphone sind zB Samsung Gear VR. Diese VR-Brille ist wie bereits der Name vermuten lässt für Samsung Smartphone; ab der Galaxy-S6-Generation kann dieses benutzt werden. Der Preis liegt inkl. Controller bei ca. 80,-.

Ein weiteres Modell ist Zeiss VR One Plus, das für Smartphones mit einer Bildschirmdiagonale von 4,7-5,5 Zoll benutzt werden kann. Der Preis liegt bei ca. 60,-.

Für alle, die einmal VR ausprobieren möchten, sei Google Cardboard zu erwähnen. Sie ist aus Karton, kostet rund 10,- und ist für Smartphones von 4-6 Zoll verwendbar.

Ebenfalls von Google gibt es Google Daydream View, das neben einem Headset auch einen Controller beinhaltet. Über die dazugehörige App Daydream kann auf diverse Inhalte zugegriffen werden.

Obwohl dies umstritten ist, fallen unter VR im weitesten Sinn auch 360 Grad Videos (und Fotos), da HMDs für deren Betrachtung benötigt werden. Auf Youtube gibt es diese Videos unter anderem zu sehen.

Weiters stehen entsprechende VR-Apps im Google Playstore oder auf Apple iTunes zur Verfügung.

Weitere Details zu VR-Brillen gibt es beispielsweise im Testbericht von PC Welt: PC Welt: VR-Brillen – Alles über Oculus, Gear VR, Cardboard & Co – Tech-up. 

Facebook arbeitet bereits an der Markteinführung von Oculus Go, die weder Computer noch Smartphone für VR-Erlebnisse benötigt. (Q: 10,16)

Wie bereits oben erwähnt, sind Hard- und Software ein wesentlicher Bestandteil für ein gutes VR-Erlebnis. Insbesondere dem Tracking wird dabei eine große Bedeutung zugeschrieben, da, wenn Bewegungen zeitversetzt in die virtuelle Realität übertragen werden, es zur zu genannten „Motion Sickness“ kommen kann, die zu Übelkeit und Schwindel führt.

 

Mixed / Augmented Reality – Aktuelles am Markt

Mixed Reality fügt der realen Welt virtuelle Aspekte/Informationen hinzu. Diese erweiterte Realität kann mit Hilfe von portable devices (Smartphone, Tablet) oder Smart Glasses / AR headsets angezeigt werden.

In der Industrie werden zurzeit immer öfter Datenbrillen genutzt, weshalb hier insbesondere auf diesen Bereich eingegangen werden soll.

2014 brachte Google die erste Datenbrille „Google glass“ auf den Markt. Informationen werden dem Träger dabei direkt im Display eingeblendet. Bedient wurde diese Brille durch einfache Handbewegungen direkt am Touchpad, das sich im Rahmen befand. Das Produkt musste jedoch wieder vom Markt genommen werden, da der Markt damals noch nicht bereit dafür war.

Seit dem Vorjahr ist die Datenbrille jedoch wieder im Trend und Unternehmen wie Zeiss, Intel, Vuzix und bringen neue Datenbrillen auf den Markt. Die Brillen werden über Bluetooth oder Wi-Fi mit dem Smartphone verbunden um dadurch Information wie E-Mail, Text, etc. abrufen zu können, aber auch Fotos können so aufgenommen werden. Die Navigation erfolgt wie bei Google Glass über das Wischen oder Tippen am Brillenbügel oder über Sprachsteuerung. So ist beispielsweise das Modell Blade von Vuzix mit Amazons Alexa verbunden. Die Datenbrille kostet rund 1.100,-.

 

 

 

Vuzix Blade und Amazon Alexa

Quelle: Time

 

Solche zusätzlichen Informationen (assistierende Realitäten) können aber nicht nur über Datenbrillen, sondern auch über Tablet, Smartphone oder andere Displays wie zB Windschutzscheiben (Navigations- und Assistenzsysteme in Automobilen) eingeblendet werden.

 

Ein weiteres Produkt, das insbesondere auch von der Industrie zurzeit getestet wird ist die Microsoft Hololens mit einem durchsichtigen Display, das Ende 2017 am Markt eingeführt wurde. Die Hololens ist der erste, kabellose holografische Computer am Markt. Anwender interagieren dabei mit Hologrammen, die die reale Welt ergänzen.

In der Hololens ist viel Technik eingebaut. So befindet sich darin ein Windows 10-System. Sie verfügt über eine Tiefenkamera und vier Umgebungskameras, vier Mikrofone, ein Umgebungslichtsensor und Lagesensoren. Dadurch wird von der Umgebung eine virtuelle Karte erstellt, wo sich dann auch Objekte platzieren lassen können. Ein eigens für Hologramme entwickelter Prozessor (HPU) ergänzt die Hardware. Gesteuert werden kann die Hololens mit Handgesten oder über die Sprachsteuerung Cortana. Wie am eigenen PC kann das Display mit Microsoft-Standard-Apps (2D Kacheln) aber auch mit Hololens-Apps (3DWürfel) befüllt werden.  Die Hologramme selbst können frei im Raum platziert und von allen Seiten betrachtet werden. Die Hololens wird als HMD am Kopf getragen und ist mit ihren 579 Gramm relativ schwer und könnte zu Verspannungen im Nacken führen.  Außerdem verfügt sie im Vergleich zu VR-Brillen über ein relativ kleines Blickfeld (ca. 40 Grad). Eine Microsoft Hololens kostet ca. 3.000,- EUR. (Q: 3,4,9,11,12)

Microsoft Hololens

Quelle: Microsoft

 

Hololens / Hololens & Skype

 

Einsatzfelder in der Industrie

Die technologischen Entwicklungen bringen viele Chancen, da durch den Einsatz von virtuellen und erweiterten Realitäten nicht nur die Performance erhöht werden kann, sondern dies auch zu höherer Mitarbeiterzufriedenheit und höherer Sicherheit führen kann. Mitarbeiter erhalten die richtige Information, am richtigen Ort zur richtigen Zeit. (Q: 1)

Nachfolgendes Video zeigt, wie sich die Produktivität aufgrund des Einsatzes von Datenbrillen erhöhen kann.

Upskill & GE Healthcare: Pick & Pack Productivity Study Using Skylight

 

Augmented/virtual Reality setzt beim Einsatz im industriellen Umfeld aber auch einiges an Technik voraus. So werden einerseits Tablets, Handys, Datenbrillen benötigt, aber auch eine entsprechend schnelle Netzwerkanbindung. Weiters ist die Kompatibilität mit den verwendeten Betriebssystemen Voraussetzung. Verwendete Daten müssen virtuell aufbereitet werden bzw. vorhanden sein und Mitarbeiter müssen darauf zugreifen können.

Diese neuen Technologien werden beispielsweise in folgenden Bereichen eingesetzt (Q: 2, 14, 16):

 

• Aus- und Weiterbildung
• Maintenance & Repair & Fernsupport
• Produktentwicklung
• Produktionsanlagenbau

 

Aus- und Weiterbildung

Augmented Reality kann dann von Vorteil sein, wenn traditionelle Lehrmittel wie Lehrbücher oder Filme die Realität zu wenig abbilden, reale Rahmenbedingungen zu gefährlich sind und der Kenntnisstand der Mitarbeiter unterschiedlich ist. Mit Hilfe der Augmented/Virtual Reality können Trainings realitätsnaher, ansprechender und individueller für Mitarbeiter gestalten werden. Diese Trainings können so dem Kenntnisstand der Mitarbeiter angepasst werden und führen auch zu höherer Motivation.

So wurden beispielsweise Mitarbeiter mit Hilfe von augmented-Reality-Trainings auf die Reparatur und Wartung von Öl-Pipelines vorbereitet. Mitarbeiter waren dadurch imstande besser mit der komplexen Technik umzugehen.

Virtual & Augmented Reality in der Weiterbildung

 

Maintenance, Repair & Fernsupport

Augmented Reality kann auch bei Fernsupport eingesetzt werden. Zu reparierende Teile werden durch Kameras erfasst und an Experten, die oftmals in anderen Ländern sitzen, weitergeleitet. Dieser kann dann dem Mitarbeiter vor Ort Ratschläge und Tipps zur Fehlerbehebung geben.

Das gleiche gilt auch für den Bereich der Wartung und Instandhaltung. Zusätzlich eingeblendete Informationen können bei Reparaturen bzw. der Wartung unterstützen. So setzen zB Konzerne wie Volkswagen diese Technik ein. Es dürfte daher nur eine Frage der Zeit sein, bis auch Werkstätten augmented Reality verwenden.

Digitalisierung in der Instandhaltung - Voestalpine nutzt Datenbrille

Hologarage – Maintenance BMW Mini

 

Produktentwicklung

Auch die virtuelle Produktentwicklung findet in der Industrie immer öfter Verwendung. So wird mixed Reality (Microsoft Hololens) beispielsweise bei Volkswagen oder Thyssenkrupp erprobt und eingesetzt. Engineering-Teams können unabhängig von Zeit und Ort bzw. auch gleichzeitig zusammenarbeiten. Alle Beteiligten verfügen über die gleichen Daten und können beim Prototypenbau am gleichen Modell arbeiten. Prototypen können dadurch schnell und unkompliziert verändert werden und die Änderungen sind aufgrund der Dokumentation auch nachvollziehbar.

 

Virtual Reality und Augmented Reality für Entwicklung und Produktion

 

Produktionsanlagenbau

Gleiches gilt für den Produktionsanlagenbau. Virtuelle Realitäten ermöglichen es Technikern aber auch zukünftigen Mitarbeitern durch die Produktionsanlagen zu gehen und diese zu verbessern, solange diese noch nicht gebaut sind.

Augmented Reality Improves Productivity in LNG Construction

 

Fazit:

Virtuelle und erweiterte Realitäten werden in der Industrie bereits getestet und eingesetzt. Die vielversprechende Technologie wird sich weiterentwickeln und verbessern und auch kostengünstiger werden. Wann schlussendlich der Mittelstand und kleinere Betriebe diese Technologien einsetzen werden, ist fraglich. In einigen Bereich wie zB bei der Reparatur und Wartung im Automobilsektor wird dies vermutlich aufgrund des Drucks durch die Industrie schneller geschehen als in anderen Branchen.

 

Quellenverzeichnis:

(1) Abraham, M./Annunziata, M. (2017): Augmented Reality Is Already Improving Worker Performance. Harvard Business Review. https://bit.ly/2lTKA4a zuletzt aufgerufen am 15.04.2018

(2) Brauns, S., et al (2016): Individualisiertes Gruppentraining mit Datenbrillen für die Produktion. In Mayr, H.C./Pinzger, M. (Hrsg.): INFORMATIK 2016, Lecutre Notes in Informatics (LNI), Gesellschaft für Informatik, Bonn

(3) Czerulla, H.A./Jannssen, J.-K (2016): Holodeck auf dem Kopf. Erster Test: Die Mixed-Reality-Brille Microsoft HoloLens. c´t 2016/Heft 15, S. 74-77

(4) Eadicicco, L. (2018): Amazon Alexa Could Make These Smart Glasses Way Better Than Google Glass. Time. 10.01.2018. https://ti.me/2H9EIdJ zuletzt aufgerufen am 15.04.2018

(5) Forbes: The Difference Between Virtual Reality, Augmented Reality And Mixed Reality. URL: https://bit.ly/2va4Svi . Zuletzt aufgerufen 13.04.2018

(6) Gleb B.: VR vs AR vs MR: Difference and Real Life Applications. URL: https://rubygarage.org/blog/difference-between-ar-vr-mr zuletzt aufgerufen am 13.04.2018

(7) Grimm, P. (2013): VR-Eingabegeräte. In: Dörner, et.al.: Virtual und Augmented Reality (VR/AR). Grundlagen und Methoden der Virtuellen und Augmentierten Realität. Springer Verlag: Berlin/Heidelberg. DOI 10.1007/978-3-642-28903-3

(8) Grimm, P. (2013): VR-Ausgabegeräte. In: Dörner, et.al.: Virtual und Augmented Reality (VR/AR). Grundlagen und Methoden der Virtuellen und Augmentierten Realität. Springer Verlag: Berlin/Heidelberg. DOI 10.1007/978-3-642-28903-3

(9) Hafen, Th./Schröder, M./Perler, L. (2018): Datenbrillen sind auf dem Vormarsch. Computerworld. 05.02.2018, URL: https://bit.ly/2qyKGO9 , zuletzt aufgerufen am 15.04.2018

(10) Kluge, H. G. (2017): Die besten VR-Brillen für Android. URL: https://www.androidpit.de/die-besten-vr-brillen-fuer-android, zuletzt angesehen 15.04.2018

(11) Ludwig, C. / Reimann, C. (2005). Augmented Reality: Information im Fokus. C-LAB Report. Vol 4, 1.  https://bit.ly/2qsIuIK zuletzt aufgerufen 15.04.2018

(12) Microsoft: Hololens. URL: https://www.microsoft.com/en-us/hololens/hardware zuletzt aufgerufen am 15.04.2018

(13) Milgram, P. et al (1995): Augmented reality: a class of displays on the reality-virtuality continuum, Proc. SPIE 2351, Telemanipulator and Telepresence Technologies. DOI: 10.1117/12.197321

(14) oV (2017): Entwickeln und Designen mit Mixed Reality. Markt&Technik. Nr. 21/2017, S. 25

(15) oV (2017): VR, AR und MR: Wege in virtuelle Welten. IT-Business Nr. 18/2017., S. 44-46

(16) Reutner, Ulla (2018): Maschinenbauer im „AR-Fieber“. Trends + Innovationen. Produktion. 11.April 2018. Nr. 8, S. 10-11

(17) Steinmeis, D. (2018): Die besten VR-Brillen. PC Welt. URL: https://bit.ly/2uyqkZs. Zuletzt aufgerufen am 14.04.2018.

 

Präsentation:

 

Hier die technische Ausstattung:

Facebook liefert das Oculus Go mit einem USB-Ladekabel mit Micro-B-Stecker, aber ohne Netzteil aus. Mit einem 10-Watt-Modell soll das Aufladen zwei Stunden dauern, mit einem 30-Watt-Netzteil war unser Testmuster in 45 Minuten voll. Danach hält das Headset rund zwei bis drei Stunden durch. Für den Controller legt der Hersteller eine AA-Batterie bei. Für die Einrichtung des Oculus Go ist ein simples Android- oder iOS-Smartphone notwendig, zudem Bluetooth und WLAN. Facebook brauchen Nutzer nicht, wohl aber ein Oculus-Konto.

Der volle Text ist hier!

 

Hier möchte ich auf meinen Ergänzungsbeitrag zu "Augmented Reality" hinweisen.