Augmented Reality – die Wirklichkeit erweitern

Augmented Reality, kurz AR, ist eines der Lieblingsszenarien in Science Fiction-Filmen. Der Klassiker ist die Datenbrille, die automatisch zusätzliche Informationen zur Umgebung anzeigt, Fahrzeug- und Waffentypen, Karten oder Informationen über Menschen, denen der Protagonist begegnet. Nur Science Fiction? Keineswegs, einst utopisch anmutende Features sind inzwischen Realität geworden.

Mehr als das, was man sieht

Die wörtliche Übersetzung von Augmented Reality ist „erweiterte Realität“ oder auch „angereicherte Realität“. Das beschreibt sehr treffend, was man unter AR versteht: Die Wirklichkeit wird erweitert oder angereichert um Informationen und Darstellungen, wobei das reale Bild weiter sichtbar ist. Virtuelle und reale Informationen sind nicht klar getrennt, sondern vermischen sich. Die virtuellen Inhalte können dabei im Prinzip verschiedenste Sinne des Menschen ansprechen; typisch sind aber derzeit vor allem optische Ergänzungen. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, dass eine Kamera filmt und das live auf einem Monitor dargestellte Bild um virtuelle Objekte erweitert wird.

Nur virtuell oder tatsächlich AR?

So einfach die Grundidee, so vielfältig sind doch die entstehenden Möglichkeiten. Wichtig bei der Beschäftigung mit Augmented Reality ist es sich bewusst zu machen dass ein virtueller Inhalt an sich noch keine AR ausmacht.

Ein typisches Beispiel dafür, was nicht unter AR fällt, ist die Oculus Rift. Dabei handelt es sich um eine Datenbrille, die einer Skibrille ähnelt. Der Nutzer setzt sie auf und versinkt komplett in einer virtuellen Welt. Die Displays in der Brille gaukeln vor, dass man sich an einem komplett anderen Ort befindet, in der Regel in einer Spielwelt. Dies war auch das ursprüngliche Ziel ihrer Entwickler: Mit der Oculus Rift soll man komplett in Spiele eintauchen können. Dreht oder neigt man den Kopf, so passt die Brille das Bild an und gibt dem Spieler das Gefühl tatsächlich in dieser Spielwelt zu sein. Von der realen Umgebung sieht er derweil nichts mehr. Noch ist diese Art Brille nicht ausgereift, das Sichtfeld ist zu eingeschränkt und die Trägheit der Brille bei Bewegungen zu groß, wodurch es zu Symptomen ähnlich einer Seekrankheit kommt. Zwar bekommen die Entwickler dieses Problem nach und nach in den Griff. Dennoch: Mit der Oculus Rift ist die virtuelle Welt, die der Benutzer sieht, komplett getrennt von der realen Umgebung. Es handelt sich also nicht um Augmented Reality.

Ein anderes Beispiel ist Google Glass. Wieder eine Brille, wieder mit Display, allerdings viel leichter, nicht Skibrille sondern optische eher wie eine klassische Brille. Der Nutzer sieht rechts oben in seinem Sichtfeld einen kleinen Bereich, in dem Informationen angezeigt werden. Seine Sicht auf die reale Welt ist jedoch nahezu uneingeschränkt. Auch bei Google Glass handelt es sich nicht um Augmented Reality im eigentlichen Sinne. Die eingeblendeten Informationen befinden sich zwar dauerhaft im Sichtfeld, aber sie erweitern nicht die Realität. Im Prinzip könnte man sich auch ständig ein herkömmliches Smartphone rechts oben vor das Gesicht halten. Das wäre unpraktisch, der Effekt aber ähnlich: Ergebnisse einer Googlesuche, Textnachrichten oder Bilder werden in einem kleinen Display angezeigt, das sich im Sichtfeld befindet. Diese Informationen können etwas mit der Realität zu tun haben, oder aber völlig unabhängig sein. Auf jeden Fall sind sie schon rein räumlich klar zu trennen von der Realität. Interessanter wird es, wenn man die Navigationsfunktion über Google Glass nutzt. Dann haben die Informationen, nämlich die Weganweisungen, einen unmittelbaren Bezug zur Realität und ändern sich kontextabhängig, wenn man beispielsweise läuft oder sich umdreht. Die Realität erweitern sie aber nach wie vor nicht direkt, dafür müssten sich schon virtuelle Pfeile direkt auf den Straßen befinden.

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Augmented Reality schon jetzt

Eine anderer Brillen-Prototyp, bei dem das Konzept der Augmented Reality deutlich klarer umgesetzt wurde, ist SpaceGlasses. Durch diese Brille kann man normal hindurchsehen, aber sie kann dennoch im gesamten Sichtfeld virtuelle Inhalte anzeigen. Damit kommt genau der Science Fiction-artige Eindruck zustande, den man mit Augmented Reality verbindet: Digitale Objekte werden durch Handbewegungen im – in der Realität leeren – Raum manipuliert und können dennoch mit der realen Welt interagieren, beispielsweise indem sie den Input für einen 3D-Drucker darstellen, der das modellierte Objekt dann tatsächlich druckt.

Es ist möglich, auf einer leeren Tischplatte ohne Figuren und Brett Schach zu spielen, denn die Figuren werden virtuell eingeblendet. Gesichtserkennung ermöglicht es, zusätzliche Informationen zu Gesprächspartnern einzublenden – nie wieder den Geburtstag des Gegenüber vergessen. So ähnlich stellt es das Werbevideo von SpaceGlasses dar. Noch gibt es lediglich Prototypen, doch bald soll die Brille für Endkunden tatsächlich erhältlich sein und das Developer Kit kann bereits vorbestellt werden. Auch wenn noch nicht alles so perfekt sein wird wie von Science Fiction-Regisseuren erdacht - Augmented Reality rückt immer näher.

Nutzen und Anwendungen

Bliebe noch die Frage, weshalb uns die normale Realität nicht mehr ausreicht? Zum einen machen solche virtuellen Inhalte einfach Spaß. Science Fiction für’s Wohnzimmer. Zum anderen lassen sich gewisse Inhalte am besten erfassen, wenn sie in die Realität eingebettet werden. Statt der Anweisung „in 100 Metern rechts abbiegen“ wäre ein virtueller Pfeil direkt auf der Straße einfacher zu verstehen, etwa dann, wenn kurz nacheinander zwei Straßen nach rechts abgehen. Informationen zu Gesprächspartnern, der vor einem sitzen, kann man nicht einfach auf dem Smartphone abrufen. Es wäre unhöflich, außerdem müsste man sie dann trotzdem noch den richtigen Gesichtern zuordnen. Auch die Interaktion mit virtuellen 3D-Objekten ist im dreidimensionalen Raum am einfachsten und intuitivsten.

Intuitive Bedienung ist immer eine gute Sache. Besonders nützlich ist sie, wenn es eigentlich rein um die Inhalte geht, die kognitiven Fähigkeiten des Menschen also auf einer ganz anderen Ebene voll und ganz gefordert werden als auf der Bedienebene. Beispiel Lernen: Lernprozesse sind anstrengend, abstrakt, kompliziert und verlangen hohe Aufmerksamkeit – eine umständliche Bedienung ist da mehr als nur hinderlich. Gleichzeitig lernt der Mensch besser, wenn er nicht nur passiv konsumiert, sondern interagiert, ausprobieren und mit der Materie „herumspielen“.

Wer je versucht hat, die Chiralität von Molekülen zu verstehen, weiß sehr genau wie schwierig es ist, sich ein komplexes Molekül und dessen Spiegelbild im Kopf vorzustellen und diese Modelle auch noch hin und her zu drehen. Man greift also zu Holz- oder Plastikmodellen. Ein wunderbares Anwendungsgebiet für Augmented Reality: Zusätzliche Informationen zu den Atomen und Molekülen können dargestellt werden und Hilfestellungen zum Aufbau gegeben werden. Statt ein vorgegebenes Molekül nachzubauen, können Schüler Atome frei kombinieren – und bekommen sofort eine Rückmeldung, welchen Stoff sie da gerade zufällig nachgebaut haben. Mit einer Datenbrille lässt sich so etwas realisieren.

Oder schlicht mit einem Laptop und einer Kamera, wie bei einem Prototyp der Technischen Universität München:

Auch um viele zusätzliche Informationen anzeigen und ein Objekt erforschen zu können eignet sich Augmented Reality. Die University of Southampton hat beispielsweise zwei Prototypen entwickelt, mit denen sich Flugzeuge untersuchen lassen.

Augmented Reality zum Anfassen: Tangible User Interfaces

Da Objekterkennung per Kamera etwas sehr komplexes ist, behelfen sich heutige Produkte zum Lernen mit AR meist mit sogenannten Markern. Diese Papierstücke oder Plastikwürfel haben charakteristische schwarzweiße Muster, die per Kamera leicht erkannt werden können. Sie fallen in die Gattung der sogenannten Tangible User Interfaces, kurz TUI, also der „anfassbaren“ Benutzerschnittstellen. TUIs werden oft mit Augmented Reality kombiniert, wobei die virtuellen Elemente entweder per Beamer auf die Realität projiziert werden oder auf einem Monitorbild zusätzlich zur Realität eingeblendet werden. So können wie in dem Chemie-Beispiel oben durch das Hin- und Herschieben von Bauklötzen beispielsweise Moleküle aufgebaut werden.

Augmented Reality wird also immer realer. Auf youtube finden sich viele Videos, in denen Prototypen vorgestellt werden. Der Aufbau der Apparaturen ist oft umständlich, die virtuellen Elemente reagieren verzögert oder „zittern“, aber die Konzepte funktionieren. Und sie werden immer weiter entwickelt.