Augmented Reality: Was dahintersteckt und wie es funktioniert

Technologie

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Datum 26.10.2020
Lesezeit 7 Min.

Augmented Reality: Was dahintersteckt und wie es funktioniert

Ob beim Bundesliga-Fußball oder auf der Frontscheibe moderner Kraftfahrzeuge: In immer mehr Lebensbereichen fließen Außenwelt und digitale Zusatzinformationen zusammen. Durch die Vermischung dieser Bereiche entstehen neue „Realitäten” und Sinneseindrücke für den Nutzer. Was genau steckt hinter dieser Technik und wie können auch Sie diese für Ihr Business sinnvoll nutzen?


Als Augmented Reality (englisch: „Erweiterte Realität“) bezeichnet man die Verbindung der menschlichen Sinneswahrnehmung mit vom Computer erzeugten Informationen, die der Benutzer etwa über einen Projektor, eine Augmented-Reality-Brille (wie etwa Google Glass) oder Tasthandschuhe wahrnimmt. Anders als bei der sogenannten Virtual Reality geht es bei Augmented Reality per Definition nicht um die Erschaffung neuer, künstlicher Computer-Welten, sondern um die sinnvolle Erweiterung der vorhandenen, sichtbaren Welt. Die Verbindung beider Technologien wird als Mixed Reality (MR) bezeichnet.

Augmented Reality: Alles begann mit einem einfachen Würfel

Schon über 50 Jahre – in der Welt der Computer mehr als eine Ewigkeit – ist es her, dass die beiden US-Forscher Ivan Sutherland und Raymond Goertz erste Prototypen einer Augmented-Reality-Brille entwickelten, mit der Objekte vom Computer direkt vor das Auge des Betrachters projiziert werden konnten.

Die Computergrafik steckte damals noch in den Kinderschuhen. Das Display konnte lediglich einfachste geometrische Formen darstellen und bewegen, etwa einen Würfel aus wenigen Linien. Die Technik dahinter war noch extrem schwer, die klobige Brille deshalb beweglich an der Decke aufgehängt. Ein Herumlaufen im Raum war also noch nicht möglich, und zudem ruckelte die Grafik den Bewegungen des Nutzers träge hinterher. Brauchbare Anwendungen gab es für die Technik ebenfalls noch nicht. Aber trotz alledem: Ein Anfang war gemacht.

Video: YouTube / Giulio Di Vico

Verknüpfung von Radarbild und menschlichem Auge

In den 1980er Jahren – Computer hatten zwischenzeitlich an Leistungsfähigkeit enorm zugelegt und konnten immer mehr Informationen in Echtzeit verarbeiten – entdeckte das US-Militär Augmented Reality für sich. Sogenannte Head-Up-Displays (HUD), mit denen wichtige Flugdaten wie ein künstlicher Horizont und die aktuelle Flughöhe dem Piloten permanent ins Sichtfeld projiziert wurden, gab es für Kampfflugzeuge schon länger.

Nun aber erhielten Piloten des neu entwickelten Kampfhubschraubers AH-64 Apache erstmals einen Helm, der ihre Kopfbewegungen erfasste und an den Zielerfassungslaser des Helikopters weitergab. Dieser wiederum maß die Entfernung zu möglichen Zielen im Sichtbereich des Piloten und spiegelte diese gemeinsam mit anderen Informationen über den Flugzustand des Kampfhubschraubers auf das Helmvisier zurück. Diese Technik kann man als Ursprung von intelligenten Echtzeit-Schnittstellen zwischen Mensch und Maschine betrachten. 

1990, die Miniaturisierung elektronischer Komponenten war weiter fortgeschritten, erdachten Entwickler des Flugzeugherstellers Boeing schließlich sogenannte AR-Datenbrillen mit halbdurchsichtigen Displays. Diese sollten den Arbeitern beim Zusammenbau komplizierter Bauteile wichtige Informationen direkt vor das Auge einspielen. Das System verschwand wegen Kinderkrankheiten jedoch bald wieder in der Versenkung. Aber der Begriff Augmented Reality als Name für die Verschmelzung von Außenwelt und Computerrealität war geboren.

Augmented Reality – die Technik dahinter

Moderne Head-Up-Displays, wie sie beispielsweise in Fahrzeugen verbaut werden, bestehen meist aus einem LCD-Bildschirm, der von hinten wie ein Dia-Projektor durchleuchtet wird und sein Bild über einen Klappspiegel auf die Windschutzscheibe wirft. Nur dort, wo die LCD-Pixel auf Durchsicht geschaltet sind, gelangt Licht zur Frontscheibe. Bei der DLP-Technik hingegen wird das Projektorlicht über viele tausend winzige, drehbare Spiegel entweder nach vorne durchgeleitet oder abgelenkt. Beide Technologien (LCD und DLP) kommen in ähnlicher Form schon lange in Heimkinobeamern zum Einsatz.

Einige Autohersteller arbeiten bereits an Head-Up-Displays mit zusätzlichen Kameras, die den Augenbewegungen des Fahrers folgen und für jedes Auge ein eigenes, perspektivisch korrektes Halbbild erzeugen. Im Gehirn entsteht daraus ein dreidimensionaler Sinneseindruck – so, als würde das Bild vor dem Auto über der Straße schweben.

Intelligente Schaufenster der Zukunft

Daneben arbeiten Forscher derzeit an transparenten OLED-Displays, die bald als durchsichtige AR-Bildschirme funktionieren könnten, beispielsweise als smarte Schaufenster im Einzelhandel. So könnte der Betrachter Dinge hinter dem Bildschirm sehen und gleichzeitig Zusatzinformationen zu dem Gesehenen auf dem Display ablesen. 

Das Abrufen von zusätzlichen Informationen geht auch bereits mit dem Handy: Das Startup getbaff hat eine Smartphone-App für Marketing mit Augmented Reality entwickelt.

Weil derartige Konstruktionen für den Einsatz als Brille aber ungeeignet sind und das menschliche Auge im Nahsichtbereich bis etwa 10 cm vor dem Augapfel kaum scharf fokussieren kann, kommt bei tragbaren Systemen eine andere Technik zum Einsatz: Miniaturisierte AR-Brillen spiegeln ihr Bild vom Projektor über ein halbdurchsichtiges Prisma vor der Pupille direkt ins Augeninnere auf die rückseitige Netzhaut.


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Das Smartphone als perfektes AR-Endgerät

Moderne Business-Smartphones wie das Apple iPhone 11 oder das Samsung S20 sind dank schneller Prozessoren und leistungsfähiger Optik mit einem simplen Trick ebenfalls gut als Augmented-Reality-Geräte nutzbar. Über die eingebaute Kamera nehmen sie die Umgebung vor der Linse auf und „stempeln“ computergenerierte Inhalte in den Datenstrom hinein, den der Benutzer auf dem Bildschirm sieht. 

Über integrierte Lagesensoren und die Satellitennavigation GPS folgen Smartphones den Bewegungen im Raum und stellen Inhalte immer passend zur Sichtachse oder zur Position innerhalb des Gebäudes oder der Außenwelt dar.

Star-Wars-Technik bleibt vorläufig Science Fiction

Die bei Science-Fiction-Fans beliebten, beweglichen Hologramm-Bilder, wie sie etwa in den „Star-Wars“-Filmen als Bildtelefon-Ersatz zum Einsatz kommen, sind hingegen noch Zukunftsmusik. Da Licht immer einer Projektionsfläche braucht, um für den Betrachter sichtbar zu werden, lässt sich diese Technik nur mit Tricks simulieren, etwa mit Laserreflektionen auf Rauch oder auf herabfallende Wassertropfen.

Einen anderen Weg geht der Holocircle, ein rotierender Lichtstab, der mit seinen zahlreichen LED-Lichtern Filme oder Bilder in den Raum projiziert. Da der Betrachter wie bei einem laufenden Propeller scheinbar durch den Stab hindurch sieht, vermischt sich das wahrgenommene Licht-Bild mit der Realität dahinter und dargestellte Objekte scheinen im Raum zu schweben.

Durch die Verknüpfung derartiger Technologien mit einer Kamera, die Gesicht und Blickwinkel des Betrachters permanent erfasst, ist es auch hierbei möglich, 3D-Bilder an die Bewegungen des Benutzers im Raum anzupassen, sodass er virtuelle Objekte von allen Seiten betrachten kann.

Video: YouTube / shz.de 

Wenn der Astronaut ein Roboter ist

Neben den Datenbrillen und Bildschirmen kommen auch Datenhandschuhe und -anzüge sowie intelligente Bedienelemente in der Augmented Reality zum Einsatz. Sie sollen zusätzliche Informationen als Vibration oder Bewegungswiderstand für den Benutzer spürbar machen (sogenannte Kraftrückkopplung). So kann der Anwender beispielsweise fühlen, ob eine Roboterhand gerade einen zerbrechlichen Gegenstand umfasst, bevor er ihn durch zu hohen Anpressdruck der Roboterfinger beschädigt.

Forscher erhoffen sich, dass dadurch zukünftig keine Menschen mehr in Schutzanzügen zu gefährlichen Einsätzen ausrücken müssen. Etwa im Weltraum oder in kontaminierten Umgebungen könnten Techniker stattdessen Roboter sehr feinfühlig und exakt fernsteuern.

In diesen Bereichen kommt Augmented Reality bereits zum Einsatz

Nicht nur das Militär entdeckte schon früh den Nutzen von Augmented-Reality-Systemen. Auch im Katastrophenschutz kommt die Technik bereits zum Einsatz, allerdings noch nicht mit ferngesteuerten Robotern: Derzeit entwickeln mehrere deutsche Hochschulen im Auftrag des Bundesforschungsministeriums AR-Systeme, mit denen Krisenstäbe für Katastrophenszenarien trainiert werden sollen. Dabei werden passend zum Übungsszenario relevante Informationen etwa zum Wetter oder zu den Einsatzkräften vor Ort in eine 360-Grad-Visualisierungen eingespielt. So sollen Übungen realistischer und erlebbarer werden und Abläufe für den Ernstfall besser trainiert werden.

Dank Vodafone Augmented Reality mit 5G auch im Stadion

Aber auch in der Freizeit spielt Augmented Reality eine immer größere Rolle. Kein Bundesliga-Spiel mehr, bei dem nicht über zusätzliche Kameras Laufwege und Spielzüge aufgezeichnet und im Computer ausgewertet werden. Vodafone und die Deutsche Fußball Liga (DFL) haben deshalb 2019 das erste 5G-Netz der Fußball-Bundesliga gestartet. So können Zuschauer direkt im Stadion echte Augmented Reality erleben und den Spielern noch näher sein – zumindest bei den Spielen, die derzeit mit Zuschauern stattfinden.

Video: YouTube / Vodafone Deutschland

Marketing mit Augmented Reality 

Immer mehr Unternehmen entdecken AR als Marketinginstrument. Da dank der großen Verbreitung von Smartphones heute fast jeder Nutzer über AR-fähige Geräte verfügt, ist hier eine riesige Zielgruppe entstanden. 2013 verknüpfte Ikea deshalb seinen gedruckten Möbelkatalog mit einer zusätzlichen App, die einige der angebotenen Möbel visualisierte und animierte. Seit 2017 können sich IKEA-Kunden Einrichtungsgegenstände vor dem Kauf auch über eine AR-App direkt ins eigene Wohnzimmer projizieren.

Video: YouTube / NewGadgets.de 

Auch Spielzeughersteller Lego, der schon seit einigen Jahren mit kleineren AR-Installationen Groß und Klein in seinen Filialen begeistert, setzt auf die neue Technologie. Die Bausätze der „Lego Hidden Side“-Serie können mit einer von Lego hierfür entwickelten App am Smartphone-Bildschirm zum Leben erweckt werden. So soll schon für die Allerjüngsten der Übergang von der realen Spielwelt zur erweiterten AR-Welt fließend werden.

 

Wie Sie Augmented Reality für Ihr Business nutzen

Augmented Reality hat bereits in vielen Lebensbereiche Einzug gehalten. Auch für Sie und Ihr Unternehmen könnten diese neue Technologie hochinteressant sein oder ist es vielleicht schon.

Die Vorteile von AR-Systemen im Einzelnen

  • Mitarbeiter können per AR leichter geschult werden. Das Lesen von umständlichen Handbüchern entfällt, weil direkt am Arbeitsplatz alle notwendigen Informationen eingeblendet werden. Das verkürzt Einarbeitungszeiten und senkt Fehlerquoten.
  • Besonders praktisch in Corona-Zeiten: Virtuelle Teams können per 360-Grad-Visualisierung Werkstücke oder Projekte gemeinsam bearbeiten, ohne im selben Raum zu sein.
  • AR-Inhalte wecken am Point of Sale (POI) schnell die Aufmerksamkeit Ihrer Kunden und machen diese spielerisch mit neuen Inhalten und Produkten vertraut. Dauer und Intensität des Kundenkontaktes werden dadurch messbar gesteigert.
  • In Zeiten rückläufiger Kundenkontakte im Einzelhandel sind AR-Welten, etwa über Smartphone-Apps, ein neuer digitaler Marketing-Kanal um mit Ihrer Zielgruppe in Verbindung zu treten.
  • Mittels regelmäßiger Updates Ihrer Augmented-Reality-Apps bieten Sie Ihren Kunden langfristigen Zusatznutzen und verstärken so die Kundenbindung. Hinweise auf Produktnachfolger oder Produktergänzungen platzieren Sie bequem in der AR-Welt bereits gekaufter Produkte.
  • Über AR-Inhalte vermitteln Sie Ihren Kunden das sonst gerne überlesene Handbuch-Wissen zu Ihren Produkten, platzieren Sicherheitshinweise oder warnen vor möglichen Bedienungsfehlern. So entlasten Sie Ihren Vor-Ort-Kundendienst und Ihre Support-Mitarbeiter.
  • Große Unternehmen wie Lego und IKEA haben im Markt bereits Pionierarbeit geleistet und erste Erfahrungen gesammelt, auf die Sie mit eigenen Ideen leichter aufsetzen können.
  • Durch zusätzliche AR-Inhalte verbessern Sie die User Experience für Ihre Kunden. Produkte werden als wertiger und leistungsfähiger wahrgenommen.

Fazit: Dank zunehmender Verbreitung von AR- und VR-Systemen sind die Hürden für den Einstieg in den letzten Jahren deutlich gesunken. Wer jetzt einsteigt, sichert sich messbare Vorteile gegenüber seinen Wettbewerbern. Noch mehr Einsatzfelder für AR-Anwendungen in Unternehmen haben wir für Sie an anderer Stelle auf featured Business zusammengetragen. 

Setzen Sie in Ihrem Unternehmen bereits auf Augmented Reality? Welchen Nutzen für Ihre Mitarbeiter und Ihre Kunden konnten Sie dadurch generieren? Teilen Sie gerne Ihre Erfahrungen mit uns in den Kommentaren.

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