Tracking-Methoden in der Augmented Reality: Präzise Platzierung von virtuellen Inhalten im Raum

Augmented Reality (AR) ist eine faszinierende Technologie, die virtuelle Inhalte nahtlos in die reale Welt integriert. Eine der entscheidenden Komponenten, die diese nahtlose Integration ermöglicht, ist das Tracking. Verschiedene Arten des Trackings werden eingesetzt, um die genaue Position und Ausrichtung von AR-Inhalten in der Umgebung zu bestimmen. Hier sind einige der gängigen Tracking-Methoden in AR:

World Space Tracking

World Space Tracking auch Kamerapositionsschätzung oder Positionsverfolgung genannt, bezieht sich auf den Prozess der genauen Bestimmung der Position und Ausrichtung eines Geräts (wie eines Smartphones oder AR-Headsets) in Bezug auf die physische Umgebung. Dies umfasst das Verfolgen der Bewegung und Rotation des Geräts im dreidimensionalen Raum. Das Hauptziel des Welt-Raum Trackings besteht darin, virtuelle Inhalte präzise mit der realen Welt auszurichten, um sicherzustellen, dass virtuelle Objekte im Blickfeld des Benutzers verankert und stabil erscheinen. Allerdings führt world space tracking häufig dazu, dass virtuelle Elemente die auf einer Oberfläche platziert werden sollen zu schwimmen scheinen. World Space Tracking funktioniert am besten bei Elementen, die im Raum schweben sollen. Um Objekte an Wand oder Boden zu fixieren ist man besser mit Plane Detection beraten.

Anwendungsbereiche:

Gaming: Ermöglicht eine genaue Positionierung von virtuellen Charakteren oder Objekten in der realen Umgebung, um ein immersives Spielerlebnis zu schaffen.
Architektur und Design: Unterstützt bei der Visualisierung und Planung von Gebäuden, indem virtuelle Modelle in den realen Raum integriert werden können.
E-Commerce: Erlaubt virtuelles Anprobieren von Kleidung oder das Platzieren von virtuellen Möbelstücken in den eigenen Räumen, um Kaufentscheidungen zu erleichtern.

Spatial Perception

Spatial Perception ist ein umfassender Ansatz, der verschiedene Technologien und Algorithmen umfasst. Sie erlaubt AR-Geräten, die physische Umgebung wahrzunehmen und zu verstehen. Kameras, Tiefensensoren und Lidar werden verwendet, so dass Informationen über die Umgebung erfasst werden können, wie zum Beispiel Oberflächendetails, Abmessungen von Objekten und Raumstruktur. Dies ermöglicht eine realistische Integration von AR-Inhalten in die physische Umgebung.
Anwendungsbereiche:
Bildung und Training: Ermöglicht interaktive Lernumgebungen, bei denen virtuelle Inhalte mit realen Objekten kombiniert werden können, um Lernprozesse zu verbessern.
Navigation und Orientierung: Bietet visuelle Anleitungen oder Augmented Reality-Karten, um Benutzern bei der Navigation in unbekannten Umgebungen zu unterstützen.
Kunst und Kreativität: Ermöglicht die Erstellung immersiver Kunstwerke oder interaktiver Installationen, bei denen virtuelle Elemente in die physische Umgebung integriert werden.

Marker Tracking oder Image Tracking

Marker Tracking basiert auf der Verwendung spezieller Marker oder QR-Codes, die von der AR-Anwendung erkannt werden. Diese Marker dienen als Referenzpunkte, um AR-Inhalte präzise in der realen Welt zu platzieren. Es bietet eine hohe Genauigkeit und Stabilität, da die Marker ein eindeutiges visuelles Merkmal darstellen, das einfach verfolgt werden kann. Das Bild kann ein Foto, ein Logo oder irgendein erkennbares 2D-Objekt sein, das von der Kamera erkannt werden kann. Der Nachteil vom Markertracking ist, dass es ohne den jeweiligen Marker gar nicht fuktioniert. Also sie immer einen Marker in digitaler Form oder gedruckt vorhalten müssen, damit ihr Publikum die AR Anwendung benutzen kann.
Anwendungsbereiche:
Werbung und Marketing: Nutzt spezielle Marker in gedruckten Medien oder Plakaten, um interaktive AR-Erfahrungen anzubieten und das Engagement der Zielgruppe zu steigern.
Industrielle Anwendungen: Unterstützt bei der Montage oder Wartung von Maschinen, indem AR-Inhalte auf speziellen Markern platziert werden, um Anweisungen oder Informationen bereitzustellen.
Medizinische Simulation: Erlaubt die Platzierung virtueller Modelle oder Visualisierungen auf speziellen Markern, um medizinische Schulungen oder Simulationen durchzuführen.

Nicht jedes Bild ist als Imagemarker für AR Tracking geeignet

Dies sollten Sie bei der Auswahl des Markers beachten

Bei der Auswahl von Bildern als Marker für AR-Bildverfolgung sind klare Kontraste und eindeutige Merkmale wichtig. Einfache Formen wie Quadrate oder Kreise eignen sich gut, ebenso wie sättigte Farben für eine bessere Erkennung. Der Marker sollte eindeutig von anderen Objekten unterscheidbar sein und bei verschiedenen Bedingungen robust erkennbar bleiben. Auch künstlich hinzugefügte Details können die Erkennung verbessern. Denken Sie an den Anwendungs-Kontext, um einen passenden Marker zu wählen, etwa QR-Codes oder spezielle Logos. Testen Sie verschiedene Marker, um eine zuverlässige AR-Erfahrung zu gewährleisten.

Plane Detection

Eine weitere wichtige Tracking-Methode ist Plane Detection.  Anstelle eines herkömmlichen 2D-Bildes können einige AR-Anwendungen auch Oberflächen erkennen und diese anstelle eines Bildes verwenden. Dies ist ein Vorteil, wenn Sie dem Benutzer die Entscheidung überlassen möchten, wo sie den Inhalt platzieren möchten, oder wenn Sie mit großen Modellen arbeiten möchten, bei denen Skalierung und Genauigkeit der Modellgröße wichtig sind. Diese Technologie erkennt horizontale oder vertikale Oberflächen in der realen Welt, wie Böden, Tische, Wände oder Decken. Durch den Einsatz von Computer Vision-Algorithmen werden charakteristische Muster oder Strukturen identifiziert, die auf flache Oberflächen hinweisen. AR-Inhalte können präzise auf diesen erkannten Oberflächen platziert werden, wodurch eine nahtlose Integration von virtuellen und realen Elementen entsteht.

Dieses Video zeigt links Plain Detection, rechts World Space Detection. World Space Detection lässt das virtuelle Objekt “schwimmen”.

Anwendungsbereiche:
Einrichtung und Dekoration: Unterstützt bei der virtuellen Platzierung von Möbeln, Kunstwerken oder Dekorationsgegenständen, so dass das Erscheinungsbild eines Raums vor dem Kauf oder der Umgestaltung zu visualisiert werden kann.
Augmented Reality-Spiele: Bietet eine interaktive Spielumgebung, bei der virtuelle Objekte auf realen Oberflächen platziert werden können, um spannende und unterhaltsame Spieleerlebnisse zu schaffen.
Architektur und Bauwesen: Ermöglicht Architekten und Bauherren, virtuelle Modelle von Gebäuden in den realen Raum zu projizieren, um Entwürfe zu überprüfen oder Baufortschritte zu visualisieren.

Plane Detection ist eine Trackingtechnologie, die vor allem in Apps die mit ARCore oder ARKit programmiert wurden zu Einsatz kommt. Im Berich WebAR ist Plane Detection bei den meisten Frameworks nicht unterstützt. Hier wird dann meist auf World Space Tracking als Ersatz zurückgegriffen.

GPS-Tracking

GPS-Tracking nutzt das Global Positioning System (GPS), um die geografische Position des AR-Geräts zu bestimmen. Es ermöglicht AR-Anwendungen, standortbasierte Inhalte anzuzeigen, z.B. Informationen zu Sehenswürdigkeiten, Navigationshinweise oder ortsbasierte Spiele. Vor allem im Freien, dort wo eine breite Abdeckung des GPS-Signals verfügbar ist, kann GPS-Tracking besonders nützlich sein. Das Prominenteste Beispiel für GPS Tracking ist Pokemon GO. GPS Tracking ist nicht sonderlich präzise. Daher wird GPS Tracking oft noch mit anderen Tracking Methoden kombiniert.
Anwendungsbereiche:
Standortbasierte Informationen: Zeigt Informationen zu Sehenswürdigkeiten, Restaurants oder Geschäften in der Nähe basierend auf dem Standort des Benutzers an.
Touristische Anwendungen: Bietet geführte Touren oder Informationen zu historischen Orten basierend auf dem aktuellen Standort des Benutzers.
Fitness und Outdoor-Aktivitäten: Verfolgt und analysiert Aktivitäten wie Joggen oder Radfahren, um Distanz, Geschwindigkeit und Route aufzuzeichnen.

SLAM-Tracking

Schließlich ist SLAM-Tracking (Simultaneous Localization and Mapping) eine fortschrittliche Methode, die Kameratechnologie, Sensoren und spezielle Algorithmen kombiniert. SLAM erfasst die Position und Ausrichtung des AR-Geräts in Echtzeit und erstellt gleichzeitig eine Karte der Umgebung. Dies geschieht, indem erkannte Merkmale und Strukturen verfolgt werden. SLAM ermöglicht eine präzise Positionierung von virtuellen Objekten in der realen Welt. Slam Tracking ist wohl die präziseste Tracking Art um virtuelle Objecte im Raum zu platzieren. Auch Slam ist eine Tracking Methode die äusserst Selten im WebAR vorkommt und von Frameworks für App Entwicklung wie Vuforia und Wikitude unterstützt wird. Die Hololens 2 unterstützt auch Slam um ein Raummodell der Umgebung zu erzeugen.
Anwendungsbereiche:
Robotik und autonome Systeme: Unterstützt Roboter oder autonome Fahrzeuge bei der räumlichen Lokalisierung und Kartierung ihrer Umgebung.
Industrielle Inspektion und Wartung: Ermöglicht die Überlagerung von AR-Daten auf reale Objekte, um Inspektions- und Wartungsprozesse zu unterstützen.
Militär und Verteidigung: Kann zur Unterstützung von taktischen Operationen oder zur Erstellung von virtuellen Modellen von Schlachtfeldern verwendet werden.

Die Vielfalt der Tracking-Methoden in Augmented Reality ermöglicht eine präzise Platzierung von virtuellen Inhalten. Somit bieten diese Technologien eine immersivere und interaktivere AR-Erfahrung Von der genauen Positionierung auf Oberflächen bis hin zur Erfassung der Bewegungen des Benutzers . Mit kontinuierlichen Fortschritten in der AR-Technologie werden wir in Zukunft sicherlich noch beeindruckendere Tracking-Methoden sehen, die das Potenzial von AR weiterhin erweitern.