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Was ist Augmented Reality?

Augmented Reality (AR oder erweiterte Realität) bezeichnet eine computergestützte Erweiterung der wahrnehmbaren Realität. Generell werden alle menschlichen Sinne angesprochen, doch häufig geht es nur um die visuellen oder auditiven Darstellungen, also das Einblenden von Informationen. Ein allgemein bekanntes Beispiel sind die Pfeile und Ringe, die in der Analyse von Fußballspielen verwendet werden.

Augmented Reality ist ein wertvolles Tool, um digitale Informationen, Objekte oder Daten darzustellen, ohne dass die Nutzer dabei den Blick auf einen Computer richten müssen. Der Hauptvorteil gegenüber der Virtual Reality ist, dass bei AR die Realität immer noch wahrnehmbar ist. Der Nutzer besitzt immer noch das gewohnte Reaktionsvermögen. Mit AR Visualisierungen tauchen Sie in eine Hybridwelt aus komplett virtuellen Inhalten und dem realen Umfeld, in der Sie Ereignisse aus der Realität erfahren, angereichert mit digitalen Elementen.

Warum AR?

Wo wird Augmented Reality eingesetzt?

Szenarien, in denen Augmented Reality eingesetzt wird, sind vielseitig und haben einen unterschiedlichen Mehrwert. Drei Gebiete, auf denen AR viele Anwendungsmöglichkeiten findet, sind Marketing, Bildung und Industrie bzw. Handwerk. Mit fortschreitender Technologie werden die Möglichkeiten, die AR bietet, dank Hardware wie AR-Brillen nur zahlreicher und beeindruckender werden. Was aber bereits jetzt mit guter Tracking-Software und Smartphones machbar ist, zeigen wir hier.

Industrie

In der Industrie bietet Augmented Reality viele Potenziale, Chancen, aber auch Herausforderungen. AR hat in diesem Gebiet aber vor allem ein wichtiges Ziel, die Steigerung der Effizienz der operativen Arbeit in Betrieben. Instandhaltung und Wartung sind nur ein Beispiel, bei dem eine Schritt-für-Schritt-Anleitung in AR direkt an der Maschine, die Dokumentation von Arbeitsschritten so darstellen, dass die Fehlerquote um bis zu 80% sinkt.

Bildung

Auch bei Bildung ist das Erkunden und Ausprobieren von AR-Szenen zentral und bietet gegenüber Sachbüchern und Lehrfilmen viele Vorteile. Bildung meint hier schulische, aber auch Erwachsenenbildung. Augmented Reality spricht alle Sinne, abgesehen vom Tastsinn an und schafft eine visuelle und auditive Erfahrung, die im dreidimensionalen Raum entdeckt werden kann. Dass das Ansprechen mehrerer Sinne nachweislich einen hohen Lernerfolg garantiert, ist etwas, was jeder schon selbst erfahren hat.

Marketing

Bei Werbung und Marketing bietet AR als interaktives Medium einen großen Vorteil, den Video und Audio nicht haben. Interaktivität ist hier ein großes Alleinstellungsmerkmal, dazu muss man nur den Erfolg von Instagram oder TikTok-Filtern betrachten, die dank lustiger interaktiver Effekte weltweit benutzt werden.

Welche Arten gibt es?

Web-AR vs. App-AR

Augmented Reality (kurz: AR) kommt in zwei unterschiedlichen Arten zur Anwendung. Zum einen gibt es das Web-AR, das keine extra Anwendung auf der Hardware voraussetzt und alle Daten in der Cloud berechnen lässt. Die andere Art ist App basierte Augmented Reality. Was aber genau bedeutet das für den Nutzer von Augmented Reality Inhalten?

Möchte man eine AR-Anwendung so vielen wie möglich zugänglich machen, scheint Web-AR die offensichtliche Lösung zu sein, denn hier wird nur vorausgesetzt, dass das Endgerät einen Browser unterstützt. Eine App wiederum muss für den App Store von Apple oder den Playstore von Google unterstützt werden. Aber was sind die Nachteile?

Der erste auffällige Nachteil ist der Detailgrad der grafischen Darstellung. Eine App, die auf dem Smartphone oder Tablet installiert ist, kann dessen Leistung voll ausschöpfen und läuft flüssiger durch eine lokale Berechnung. Gleiches gilt für die Tracking-Software, was eine stabilere Bewegung durch eine AR-Szene möglich macht. Allen voran ist aber der offline Einsatz von größter Bedeutung, denn nicht überall, wo AR eingesetzt wird, gibt es auch Internet. Wer also eine stabile und interaktive AR-Szene darstellen möchte, ist mit einer App deutlich besser bedient.

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Was gibt es?

Augmented Reality Toolkits

ARKit und ARCore gehören zu den beliebtesten Tools, die die Entwicklung einer Augmented-Reality-App erleichtern. Dank dieser SDK können Programmierer direkt mit der Entwicklung ihrer Idee beginnen und müssen sich nicht mit den Grundbausteinen aufhalten. Zwar haben alle diese Tools gute Fähigkeiten zu bieten, aber es gibt kleine Unterschiede, die Entwickler kennen und berücksichtigen müssen, wenn sie die richtigen Tools, Frameworks und SDKs für die AR-App-Entwicklung auswählen!

AR-Kit

Der Hauptvorteil von ARKit für Entwickler gegenüber anderen beliebten AR-Entwicklungstools ist das Apple-Ökosystem, das die Entwicklung erleichtert. Außerdem bietet es häufige Updates und neue Funktionen für aufregendere App-Entwicklungsmöglichkeiten. Aber wie bereits erwähnt, ist eine wesentliche Einschränkung von ARKit für die App-Entwicklung die Tatsache, dass seine Verwendung auf die iOS-Plattform beschränkt ist, also nur auf iPhone 6s+ und iPad Pro+. Außerdem kann es keine Bewegungserfassung für sehr schnelle Bewegungen durchführen.

AR-Core

ARCore ist Googles Toolkit (Framework und SDK) für die Erstellung von Augmented-Reality-Apps. Das Beste an ARCore ist, dass es die Entwicklung für Android und auch für iOS-Plattformen unterstützt. Außerdem ist dieses AR-Entwicklungs-Toolkit kostenlos erhältlich! ARCore bietet Punkte, Ebenenerkennung, Pose, Lichtschätzung, Anker, Bildverfolgung, Gesichtsverfolgung, Objektverdeckung und Wolkenanker. Diese Fähigkeiten und Ergebnisse sind ähnlich wie bei ARKit.

Use Cases

Beispiele für Augmented Reality Anwendungen

Grundsätzlich kann mit AR alles dargestellt werden, was sich auch anderweitig visualisieren lässt. Mit Augmented Reality umgesetzte Produktpräsentationen bringen die Produkte direkt in die eigenen vier Wände, und anders als beim Blick in einen Katalog sind die Objekte in 3D betrachtbar, so real, dass man sie beinahe anfassen kann.

Maschinenparameter werden auf einem AR-Gerät visualisiert und können dort verändert werden. Diese Einstellungen aus der Augmented Reality werden dann direkt an die Maschine übertragen, so dass Mitarbeiter nicht mehr zwischen verschiedenen Anzeigemedien wechseln müssen.

Weitere Anwendungsfälle finden sich in der Bildung. Hier können Animationen und interaktive Szenen direkt im Lehrbuch abgerufen werden. Auch Step-by-Step Anleitungen können dort wo sie gebraucht werden angezeigt und genutzt werden.

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AR Produktkonfigurator

Zusammen mit Novoferm haben wir einen AR-Produktkonfigurator entwickelt, der Kunden in Echtzeit und in AR Änderungen am Produkt vornehmen lässt. Alles was der Kunde dazu braucht, ist der QR-Code und die 3DQR Plus App. Das Garagentor lässt sich in Originalgröße, aber auch in Miniatur betrachten und konfigurieren.

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AR im Tourismus

Wer einen Urlaub bucht, kann unter Umständen von der Realität enttäuscht werden, denn Kataloge schaffen es selten, die Realität wahrheitsgetreu abzubilden. Mithilfe von AR und 3DQR-Codes können dreidimensionale Pläne von Hotelanlagen oder ganzen Landschaften nachgestellt werden. Ein weiteres Einsatzgebiet sind historische Stätten oder Nationalparks, welche mit Augmented Reality Besuchern zusätzlich Informationen vermitteln können, ohne neue Informationstafeln aufstellen zu müssen.

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Field Service Management mit AR

Viele Geräte müssen konstant und zuverlässig ihren Zweck erfüllen. Dies gelingt nur mit einem schnellen und effektiven Kundenservice. Augmented Reality bietet hier die perfekte Lösung für ein nahtloses Mensch-Maschinen-Interface. Zusammen mit unserem Partner valantic möchten wir in diesem Webinar genauer darauf eingehen, wie 3DQR die erweiterte Realität in den SAP Field Service Manager bringt.

AR betrachten

Augmented Reality Hardware

Augmented Reality kann mit unterschiedlichen Endgeräten erlebt werden. AR Hardware erstreckt sich von Smartphone und Tablet über AR-Brillen bis hin zu ersten Prototypen von AR-Kontaktlinsen. Die Vorteile von mobile Devices zur Wiedergabe von AR liegen darin, dass fast jeder potenzielle Nutzer bereits über ein Handy oder Tablet verfügt, sowohl im privaten als auch unternehmerischen Umfeld. Das bedeutet Smartphone-AR ist wesentlich leichter zugänglich als AR-Lösungen, die für Brillen ausgelegt sind. Vorteile in der Nutzung von AR-Brillen sind, dass die Hände nicht benötigt werden, um die Hardware zu halten. Damit sind sie gerade in industriellen Anwendungsgebieten sehr interessant. AR stellt also keine hohe technische Anforderung.

AR für Handys und Tablets ist einfach erklärt. Die Kamera des Smart-Devices zeigt die aufgenommene physische Welt auf dem Display, angereichert mit digitalen Objekten, die mit Hilfe von Trackingsoftware platziert werden. Jeder kennt das Beispiel Pokemon Go, wo die Umgebung des Spielers mit verschiedensten Monstern überlagert wird. In diesem Spiel steckt aber Technologie, die durchaus auch einen Nutzen für die Industrie 4.0 hat. Anstatt im Park kann mit AR auch in einer Fabrikhalle eine Maschine mit relevanten Informationen angereichert werden. Ein Maschinen- und Anlagenführer muss nur sein Handy aus der Tasche holen und kann relevante Informationen gleich vor Ort abrufen, ohne Stapel von Papier mit sich zu führen.
Die momentan beste Lösung bietet hier Apple mit dem iPhone 12 und den iPad Pro Varianten, denn diese besitzen LiDAR-Sensoren, die der Tracking-Software ein genaues Bild der Umgebung ermöglichen.

Die erweiterte Realität lässt sich auch durch eigens dafür entwickelte Brillen betrachten, die im Moment aber noch deutlich teurer als Handys und Tablets sind. Auch das entwickeln dedizierter Software verursacht hier deutlich mehr kosten. Trozdem möchten wir die bekanntesten Lösungen hier aufzählen, da diese dank des  Head-Mounted-Displays auch einen großen Vorteil bieten.

Microsofts AR-Brille visualisiert verschiedenste 2D- und 3D-Multimediainhalte oder Hologramme. 2016 wurde die erste HoloLens für Entwickler und Unternehmen verkauft. Seit 2019 gibt es jedoch auch die HoloLens 2. Der Tragekomfort ist durch das Kopfband sehr gut, jedoch ist der Preis mit über 3000 € für viele eine große Investition.

Googles AR-Brille wurde 2013 für Entwickler veröffentlicht. Mit nur 42 Gramm Gewicht und einem simplen Design ist sie kaum auffälliger als eine normale Brille. Über einen kleinen Projektor am Rahmen wurde dem Träger ein Bild ins Sichtfeld projiziert. Wegen fehlenden Anwendungen und bedenken in Sachen Privatsphäre wurde das Projekt von Google jedoch eingestellt. 

Magic Leap möchte mit seiner AR-Brille die Bildqualität der HoloLens mit einem kleineren Formfaktor kombinieren. Hier wird ein digitales Lichtfeld in das Auge projiziert, um virtuelle Objekte in der realen Welt darzustellen. Neben der Brille gehört auch eine Prozessoreinheit dazu, die in der Hosentasche getragen werden kann.

Dieses Head-Mounted-Display richtet sich nur an professionelle Nutzer in Industrie und Forschung. Beliebte Anwendungsgebiete sind hier Produktionsaufgaben oder Logistik.

AR ODER VR?

Unterschied zwischen Augmented Reality, Virtual Reality und Mixed Reality

Die Begriffe AR und VR erzeugen mittlerweile klare Bilder in unserem Kopf. Bei der Virtual Reality haben wir ein großes klobiges Headset vor Augen, das viel Anwendung bei Spielen findet. Bei Augmented Reality ist es eine HoloLens von Microsoft oder eine schlanke Brille, die sich von einer handelsüblichen Sehhilfe kaum unterscheidet. So einfach ist die Differenzierung aber leider nicht. Augmented und Virtual Reality befinden sich jeweils auf einem Kontinuum, das hier kurz erläutert werden soll. Für mehr Details empfehlen wir unseren Blogbeitrag zu diesem Thema.

Virtual Reality (VR)

Virtuel Reality ist eine künstliche, auf den Betrachter bezogene Erfahrung, in der der Nutzer in einem allumfassenden 3D-Raum eingeschlossen ist. Dieser ist wenigstens visuell von der physischen Umgebung abgeschottet. VR-Erfahrungen liegen also auf einem Telepräsenz-Kontinuum, das von atomistisch (niedrig) bis holistisch (hoch) reicht. Zu den Anwendungen der virtuellen Realität gehören Unterhaltung, Bildung (z. B. medizinische oder militärische Ausbildung) und Wirtschaft (z.B. komplett virtuelle Konferenzen). Weit verbreitete VR-Headsets sind HTC-Vive und Oculus Rift.

Augmented Reality (AR)

Augmented Reality ist eine Hybrid-Erfahrung, die aus kontextbezogenen virtuellen Inhalten und realen Inhalten aus der physischen Umgebung des Nutzers verschmolzen werden. AR kann je nach Grad der lokalen Präsenz weiter verfeinert werden und reicht von Assisted Reality (niedrig) bis zu Mixed Reality (hoch). Assisted Reality ist zum Beispiel ein im Sichtfeld fest positionierter Bildschirm, der ein Navigationssystem zeigt. 

Die virtuelle und reale Welt interagiert hier zwar, sie überlagern sich jedoch nicht im dreidimensionalen Raum. Das gleiche Beispiel würde als Mixed Reality gelten, wenn die Anweisungen des Navigationssystems in der realen Welt verortet sind und mit ihr interagieren. Diese Interaktion kann eine Überlagerung von realen Objekten sein, die sich vor den virtuellen Wegweisern befinden. Die eingebundenen sensorischen Informationen können konstruktiv (d. h. additiv zur natürlichen Umgebung) oder destruktiv (d. h. Maskierung der natürlichen Umgebung) sein. 

Diese Erfahrung ist nahtlos mit der physischen Welt verwoben, so dass sie als ein immersiver Aspekt der realen Umgebung wahrgenommen wird. Oft genutzte Hardware sind hier Smartphones oder AR-Brillen wie Microsoft HoloLens.

xReality (XR)

XR bildet den Oberbegriff, unter dem sich Augmented- und Virtual Reality unterordnen. Die Neuerung dabei ist, dass der Begriff XR nicht, wie üblich, als Extended Reality bezeichnet wird. Da „Extended“ eine Erweiterung beschreibt, wird hier automatisch VR ausgeschloss. Schließlich wird in VR die Realität nicht “extended” sondern ersetzt. 

Daher schlagen Wissenschaftler rund um Prof. Dr. Rauschnabel den Begriff xreality vor. Als Kernmechanismus von AR leiten die Autoren das “Local Presence” Konstrukt ab. Im Gegensatz dazu ist Telepresence das dominierende Unterscheidungskriterium für VR. Im Gegensatz zu Local Presence sind also nicht Inhalte “hier”, sondern der Nutzer “dort” (in einer anderen, rein fiktiven, Umgebung).

Rauschnabel, P. A., Felix, R., Hinsch, C., Shahab, H., & Alt, F. (2022). What is XR? Towards a framework for Augmented and Virtual Reality. Computers in Human Behavior, 107289.
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