Open Access

Joachim Bienwald

• In den Anwendungsbereichen der Mixed Reality (MR) werden die reale und die virtuelle Welt kombiniert, so dass ein Eindruck der Koexistenz beider Welten entsteht. Meist wird dabei die reale Umgebung durch virtuelle Objekte angereichert, die dem Anwender zusätzliche Informationen bieten sollen. Um die virtuellen Objekte richtig zu positionieren, muss die reale Umgebung erkannt werden. Diese Erkennung der realen Umgebung wird meist durch Bestimmung und Verfolgung von Orientierung und Positionierung der realen Objekte realisiert, was als Tracking bezeichnet wird und einen der wichtigsten Bestandteile für MR-Anwendung darstellt. Ohne die exakte Ausrichtung von realen und virtuellen Objekten, geht die Illusion verloren, dass die virtuellen Objekte Teil der realen Umgebung sind und mit ihr verschmelzen. Markerkombination Das markerbasierte Tracking ist ein Verfahren, das die Bestimmung der Positionierung von realen Objekten durch zusätzliche Markierungen in der realen Umgebung ermöglicht. Diese Markierungen können besonders gut durch Bildanalyseverfahren extrahiert werden und bieten anhand ihrer speziellen Form Positionierungsinformationen. Der Einsatz dieser Trackingtechnologie ist dabei denkbar einfache und kostengünstig. Ein breiter Anwendungsbereich ist durch den kostengünstigen Einsatz dieser Technologien gegeben, allerdings ist das Erstellen von MR-Anwendungen fast ausschließlich MR-Spezialisten vorbehalten, die über Programmierfertigkeiten und spezielle Kenntnisse aus dem MR-Bereich besitzen. Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Umsetzung der Konzepte, die einem Personenkreis, der lediglich über geringe Kenntnisse von MR-Technologien und deren Anwendung verfügt, den kostengünstigen und einfachen Einsatz von markerbasierten Trackingtechnologien ermöglicht. Die im Rahmen der Arbeit durchgeführte Analyse verweist auf die problematischen Anwendungsfälle des markerbasierten Trackings, die durch die Verdeckung von Markern zustande kommen, in der Beschränkung der Markeranzahl begründet sind, oder durch die Schwankung der Trackingangaben entstehen. Diese Problembereiche sind bei der Entwicklung berücksichtigt worden und können mit Hilfe der entwickelten Konzepte vom Autor bewältigt werden. Das Konzept der Markerkategorien ermöglicht dabei den Einsatz von angepassten Filterungstechniken. Die redundante Markerkombination behebt das Verdeckungsproblem und eliminiert Schwankungen durch das Kombinieren von mehreren Trackinginformationen. Die Gütefunktion ermöglicht die Bewertung von Trackinginformationen und wird zur Gewichtung der Trackingangaben innerhalb einer Markerkombination genutzt. Das Konzept der Markertupel ermöglicht eine Wiederverwendung von Markern, durch den Ansatz der Bereichsunterteilung. Die Konzepte sind in der AMIRE-Umgebung vollständig implementiert und getestet worden. Zum Abschluss ist rückblickend eine kritische Betrachtung der Arbeit, in punkto Vorgehensweise und erreichter Ergebnisse durchgeführt worden.
• In Mixed Reality (MR) applications the real and the virtual world are combined, so that an impression of the coexistence of both worlds occurs. For the most part of MR-technology, the real environment is enriched by virtual objects, which offer additional information to the user. The real environment must be recognized to correctly position the virtual objects. The real environment is usually recognised by identifying and tracking the orientation and position of real objects. Tracking is one of the most important components for MR-applications. If the virtual objects are not accurately aligned, the illusion of the coexistence is lost. Markercombination With the marker-based tracking the positioning of the real objects is recognized by additionally attached markings. These markings can be extracted especially well by image analysis procedures. The use of this technology is economically conceivable and simple. A broad range of applications is possible by the economical use of these technologies. However developing MR-applications requires MR-specialists who have programming ability and special knowledge of MR-technology. This work describes the development and implementation of the concepts, which makes it possible for a MR-layman to independently use the marker-based tracking technology. A number of issues in marker-based tracking are covered in the report. Covering or markers, restriction in the number of markers and the fluctuation in tracking values are some of these issues. The marker categorie concept makes use of adapted filtering techniques. The redundant marker combination eliminates the covering problem and also eliminates fluctuations by combining several tracking information. The accuracy function makes the evaluation of the tracking information possible and it is used for the weighting of the tracking values in the redundant marker combination. The marker tuple concept allows re-use of markers possible, by the use of range partitioning. These concepts are fully implemented and tested in the AMIRE-authoring environment. Finally, the work and the proceeding are critically reviewed, and the results of the experiments verified.