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Forschungsarbeit

Augmented Reality erweckt Ruinen zum Leben

Von Alexander Pacha (23.01.2014)

Auf den ersten Blick sieht dieser Steinhaufen aus wie der, an dem man fünf Minuten zuvor vorbeigegangen ist. Und doch ist er irgendwie anders. Höher. Was das wohl einmal war? Fragen, mit denen sich die Archäologie und Geschichtsforschung beschäftigt. Nach Jahren der Recherche und dem mühsamen Zusammentragen von Daten und Fakten ist es klar: Hier stand früher einmal die Schule von Bendigo, einer Stadt im südlichen Neuseeland, die während des großen Goldrausches ab 1870 von tausenden Leuten bewohnt war, die hier nach Gold suchten. Heute sind nur mehr Ruinen und unzählige Mineneingänge übrig.

Doch die Geschichten, die diesen Ort umgeben sind spannend und lebendig. Und bald nicht mehr nur für Archäologen, sondern für jeden Besucher in Form einer App für Tablets und Smartphones kostenlos zugänglich! Auf einer Karte werden Wanderrouten und Punkte angezeigt, die Geschichten in sich tragen. Und mit einem Klick kann sie nun jeder Interessierte lesen. An zwei Orten wurden 3D-Modelle von alten Bauplänen und Bildern rekonstruiert und wenn man sein Handy vor sich hält, wird in Echtzeit das Kamerabild mit diesem überlagert, fast so als ob das Gebäude noch immer da wäre.

Pacha: Abb. 1[Bildunterschrift / Subline]: Abb. 1: Überlagerung des Live-Kamerabildes mit dem 3D-Modell der Schule im AR-Modus der Goldfields Explorer App

Diese Technik nennt sich Augmented Reality und wird von dem Human Interface Technology Laboratory New Zealand intensiv erforscht. Durch Augmented Reality werden leblosen Ruinen mit neuem Leben erfüllt und eröffnen dem Betrachter völlig neue Einblicke. Meine Masterarbeit beschäftigt sich damit, wie man die Sensoren, die in einem modernen Smartphone eingebaut sind, so nutzen kann, damit das virtuelle Computermodell möglichst stabil und korrekt über dem realen Objekt liegt, damit beim Nutzer der Eindruck entsteht, als ob dieses Gebäude tatsächlich noch existieren würde.

Hierfür wurden alle zur Verfügung stehenden Sensoren, also Akzelerometer (Beschleunigungssensor), Gyroskop (Rotationssensor) und magnetischer Kompass in einem statistischen Filter (Kalman-Filter) fusioniert. Dieser Ansatz liefert grundsätzlich bereits gute Ergebnisse, leidet aber noch unter dem „Floating-Object“-Problem: Virtuelle Objekte bewegen sich weiter, obwohl das Gerät still ruht. Um dieses Problem zu eliminieren, wurde eine weitere Sensorfusion durchgeführt, die hauptsächlich die Messung des Gyroskops verwendet, jedoch diese mit einer gewichteten Funktion korrigiert, wobei nur dann nachgebessert wird, wenn das Gerät in Bewegung ist, um so unauffällig wie möglich zu sein. Die zentrale Erkenntnis in diesem Ansatz ist: „Umso mehr man sich bewegt, desto mehr kann man korrigieren“. 

Das Ergebnis ist ein virtueller Rotationssensor, der präzise die absolute Lage des Smartphones im Raum misst (bezüglich Gravitation und dem magnetischen Nordpol). Selbst bei schnellen, abrupten Bewegungen bleibt dieser verlässlich und reaktionsschnell. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind deshalb relevant, da mit dieser Technik aktuelle Smartphones - ohne dass die Hardware verändert wird - plötzlich deutlich bessere Messergebnisse der Sensoren erzielen können, von denen eine Unzahl an Applikationen, die die Rotation des Gerätes verwenden (Kompass, Wasserwaage, Spiele, …) profitieren können.

 


Wissenschaftlicher Werdegang
  • 2009-2011
  • Bachelorstudium an der TU Wien Software- & Information-Engineering
  • 2011 - 2013
  • Studium an der TU München, Uni Augsburg und Ludwig-Maximilians-Universität München Elitestudiengang für Software-Engineering

Stipendien
  • * Students4Excellence
  • * Max Weber-Programm
  • * e-fellows.net (Online-Stipendium)