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Augmented Reality Gesamtsystem

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ISBN: 3540250522   ISBN: 3540250522   ISBN: 3540250522   ISBN: 3540250522 
 
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geschehen.   Eine   andere   Option   ist   die   Verwendung   eines   Datenhandschuhs   [Salb03],   mit   dessen   Hilfe   das Computersystem bestimmte Bewegungen der Hand des Benutzers als Befehle interpretieren kann. Für   die   Erweiterte   Realität   sind   allerdings   die   sogenannten   „heterogenen“   und   „greifbaren“   Schnittstellen interessanter  [Salb03,  Azuma01].  Bei  den  heterogenen  Schnittstellen  kann  es  sich  beispielsweise  um  kleine  Tafeln handeln, die der Benutzer in der Hand hält. Auf diese werden dann virtuelle Bedienelemente eingeblendet, mit denen man arbeiten kann  [Azuma01]. Gibt es im System getrackte Gegenstände, so sind diese als „greifbare“ Schnittstellen verwendbar. Dafür kommen allerlei Objekte in Frage, auf die der Benutzer Einfluss üben kann, wie beispielsweise viele Büromaterialien. Eine Veränderung dieser Objekte steuert Aktionen in der Erweiterten Realität. 3.4.2   Hörbare Erweiterte Realität Wie  bereits  in  1.2  erläutert  wurde,  müssen  sich  AR-Systeme  nicht  nur  auf  den  Gesichtssinn  des  Menschen beschränken. Möchte man eine realistische Geräuschkulisse erzeugen, oder Umgebungsgeräusche verändern, braucht man    entweder    Kopfhörer    oder    Lautsprecher    als    zusätzliche    Komponenten.    Bei    einer    Veränderung    der Umgebungsgeräusche, wären sogar ein oder mehrere Mikrofone notwendig, die diese aufnehmen, um sie anschließend zu bearbeiten [Azuma01]. 4 Ablauf der Benutzung von Erweiterter Realität (am Beispiel der HMDs) Im  Abschnitt  3  wurde  beschrieben,  welche  Hardwarekomponenten  notwendig  sind  um  Erweiterte  Realität  zu erzeugen  und  wie  diese  funktionieren.  In  diesem  Abschnitt  soll  nun  gezeigt  werden  wie  diese  genutzt  werden  und welche  Schritte  notwendig  sind,  damit  ein  Benutzer  sich  ein  AR-System  zunutze  machen  kann.  Daran  wird  auch ersichtlich werden, dass sich AR noch in einer frühen Entwicklungsphase befindet und dass es noch vergleichsweise aufwendig ist, bis man die Erweiterte Realität korrekt vor seinen Augen sieht. 4.1 Registrierung 4.1.1   Prinzip Wie bereits in 3.2 beschrieben, muss es einen Zusammenhang zwischen den virtuellen und realen Objekten geben. Mit der Registrierung wird dieser im System einmalig hergestellt und durch das Tracking aufrechterhalten. Dazu muss im  AR-System  eine  virtuelle  Version  der  echten  Umgebung  existieren,  deren  Detailtreue  von  der  Zielsetzung  des jeweiligen Systems abhängt. Meist werden virtuelle Gitternetze oder Punktwolken von den Objekten vorhanden sein die in irgendeiner Weise später erweitert dargestellt werden sollen. Nun ist es wichtig, dass diese virtuellen Koordinaten der virtuellen Objekte mit denen der echten in der Realität abgeglichen werden. Ist dies getan hat das System ein virtuelles Modell der relevanten Objekte in der echten Umgebung. 4.1.2   Verwirklichung Die  Verwirklichung  der  Registrierung hängt  stark  vom  verwendeten  Trackingsystem  ab, da dessen  Daten genutzt werden können, um die Koordinaten aufeinander abzugleichen. Um das Registrierungsverfahren zu verdeutlichen, wird es  im  Folgenden  anhand  eines  Beispiels  geschildert,  wie  die  Registrierung  mit  Hilfe  eines  Polaris-Kamerasystems ablaufen könnte. Nehmen wir an, ein Patient soll mit Hilfe der Erweiterten Realität am Kopf operiert werden. Dazu ist als Erstes die Vermessung  des  Schädels  notwendig.  Dem  Patienten  werden  am  Anfang  des  Verfahrens  Marker  an  den  Kopf angebracht, die mit Schrauben fixiert werden. Dies verhindert, dass sie verrutschen und damit die notwendige Präzision für eine Operation verloren geht. Anschließend wird der Schädel des Patienten mit einem CT1 genau vermessen. Das daraus  gewonnene  dreidimensionale  Modell  dient  dem  AR-System  als  Grundlage.  Entscheidend  dabei  ist,  dass  die exakten Positionen der Marker im Modell festgehalten wurden. Bevor es nun zur Operation kommt, muss der Patient registriert   werden.   Dazu   wird   er   in   den   Wahrnehmungsbereich   des   Kamerasystems   gebracht,   welches   nun   die Positionen der einzelnen Marker an das AR-System weiterleitet. Nun fordert dieses den Benutzer auf, mit dem Pointer (wie  in  3.2.1  beschrieben)  genau  die  realen  Marker  anzufahren,  die  dem  zu  registrierenden  virtuellen  entsprechen. Mittels Umrechnungsalgorithmen wird anschließend das virtuelle Koordinatensystem auf die Realität angepasst. So ist nun anhand der Position der Marker auch immer die exakte Schädelposition bekannt. 1 Computertomographie
  
Bildverarbeitung für die Medizin 2005: Algorithmen - Systeme - Anwendungen, Proceedings des Workshops vom 13. - 15. März 2005 in Heidelberg: v. 13 (Informatik aktuell)
von Hans-Peter Meinzer
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