Anwendungen für Augmented Reality in Geoinformations Systemen

9. Mai 2015 | Von | Kategorie: ERP + Add-ons, Business Software, Leitartikel

Mit dem Leistungswachstum vom Hardware (Graphikkarten, Prozessoren), PCs, Notebooks und Mobilgeräten gewinnen leistungsbeanspruchende Anwendungen, deren Konzepte teilweise vor über 20 Jahren entwickelt wurden, zunehmend an Bedeutung. Hierzu zählen vor allem 3D-Echtzeitsysteme im Augmented Reality (AR)- Bereich. Dieser Beitrag stellt ein neues Anwendungsfeld vor, welches die synergetische Kombination aus Geoinformations- (GIS) und AR-Konzepten erschließt.

Eldar Sultanow, CarStEn BroCkmann

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Zusammenführung der beiden Ansätze AR und GIS

Das grundlegende Ziel von Augmented Reality besteht darin, die benutzerseitige Wahrnehmung und Interaktion mit der realen Welt zu steigern. Ein AR-System reichert hierzu die reale Welt um virtuelle Objekte an, welche koexistent im gleichen Raum der Realwelt erscheinen, und verfügt dabei über folgende drei Eigenschaften (Azuma, Baillot, Behringer, Feiner, Julier & MacIntyre, 2001):

  • Verschmelzung der realen und virtuellen in eine reale Umgebung
  • Echtzeit-Interaktivität
  • Genaue Ausrichtung der realen und virtuellen Objekte (3D-Registrierierung)
Abb. 1: Erzeugen einer dreidimensionalen AR-Umgebung aus DTE0-Daten der NGA (Beispiel: Venezuela)

Abb. 1: Erzeugen einer dreidimensionalen AR-Umgebung aus DTE0-Daten der NGA (Beispiel: Venezuela)

AR-Systeme können sich auf zwei voneinander differenzierbare Bereiche beziehen, entweder auf den Indoor- oder Outdoor-Bereich oder auf beide Bereiche zugleich. Outdoor-AR-Systeme werden beispielsweise zur Erkundung der städtischen Umwelt eingesetzt (Feiner, MacIntyre, Höllerer, & Webster, 1997) und Indoor-ARSysteme dienen etwa der Erfassung und Markierung von Gegenständen in Gebäuden. Hybride AR-Systeme, das heißt solche Systeme, die sowohl den Indoor- als auch Outdoor-Bereich abdecken, können Informationen der sich in einem Gebäude befindenden Objekte den Benutzern im Outdoor-Bereich bereitstellen (Höllerer, Feiner, Terauchi, Rashid, Hallaway, 1999).

Abb. 2: Anwendungskonzept für Indoor-AR in einer Industrie 4.0 Umgebung

Abb. 2: Anwendungskonzept für Indoor-AR in einer Industrie 4.0 Umgebung

Geoinformationssysteme sind aus der rasanten Entwicklung neuer Technologien zur Erfassung und Di- Anwendungen für Augmented Reality in Geoinformations systemen Eldar Sultanow, CarStEn BroCkmann NEWSolutions Januar 2015 9 gitalisierung geografischer Daten und der steigenden Nachfrage nach deren interaktiver Manipulation sowie Analyse, hervorgegangen (Combi, Migliorini, Oliboni, & Belussi, 2007). Sie stellen eine große Geodatenmenge für mehrere Anwendungen bereit. Als Folge integrieren verschiedene Tools (zum Beispiel Entscheidungsunterstützungssysteme) diese Daten für eine neue Dimension der Analyse, die sich durch den gemeinsamen Bezugsraum, die Erdoberfläche, abzeichnet. Die von Geoinformationssystemen bereitgestellten Daten haben damit neue analytische Anwendungsfelder wie das Geomarketing oder die Früherkennung und Prävention epidemiologischer Krisen eröffnet.

Kombinieren lassen sich AR- und GIS-Systeme per Integration der von einem GIS gelieferten Geodaten in die vom AR-System visualisierte Realwelt. Da geographische Daten fast ausschließlich den Outdoor-Bereich betreffen, muss sich die Integration von AR und GIS primär auf diesen beziehen. Im Folgenden wird das Integrationskonzept näher vorgestellt.

Abb. 3: Prozess- und Auslastungsinformationen in einer Indoor-AR-Anwendung

Abb. 3: Prozess- und Auslastungsinformationen in einer Indoor-AR-Anwendung

Ein neues Integrationskonzept von Outdoor-AR und GIS

Weitere Anwendungen

Im Bereich der Unterhaltungsindustrie ist das Outdoor-Gaming eine mögliche Anwendung, in der teilnehmende Spieler innerhalb der AR-Umgebung interagieren, indem sie Spiel-Informationen in Echtzeit generieren und verarbeiten.

Eine weitere Anwendung, die wiederum im Zusammenhang mit Industrie 4.0 steht, ist die Prozessinteraktion von Transport- und Produktionsplanung (Sandhaus & Klumpp, 2013; Klumpp & Marner, 2014), in jener die Transport- und Produktionsprozesse eng miteinander verbunden werden durch die dynamische Reaktion und tiefere technische Integration der Produktionsgüter, die mit künstlicher Intelligenz und damit Entscheidungsfunktionen ausgestattet sind.

Aus der These von Adam (2014), dass die Digitalisierung industrieller Prozesse und der damit verbundenen Anlagen in der Energiewirtschaft notwendig sind, um die steigende Zahl hoch volatiler, dezentraler Stromerzeugungsanlagen koordinieren zu können, ergibt sich eine weiteres Anwendungsfeld für Augmented Reality in der Industrie 4.0. Komponenten wie zum Beispiel jene der Stromverteilernetze haben gemäß diesem Ansatz einen Wandel von passiven zu aktiven Systeme zu erfahren und müssen hierfür Geodaten wie Windstärke und Sonnenstunden einbeziehen. In einer AR-Ansicht lassen sich analog zu Abb. 3 die aktuellen (und aus Wetter und Verbrauch vorausberechneten) Netzzustände visualisieren.

Fazit

Der Artikel hat gezeigt, dass sich mit der Kombination von Augmented Reality und GIS viele neue Anwendungsfelder, vornehmlich im Bereich der Industrie beziehungsweise Industrie 4.0, ergeben. Im Hinblick auf die zu integrierenden Daten ist eine Umsetzungsgrundlage für die vorgestellten Konzepte bereits gegeben. Im Outdoor-Bereich stellen Geoinformationssysteme und im Indoor-Bereich die Manufacturing Execution Systeme (MES) die erforderlichen Daten über vorhandene Schnittstellen bereit. Eine Plattform, welche diese Daten integriert, verarbeitet und im Sinne von Augmented Reality visualisiert, existiert jedoch bis dato noch nicht.

Literatur:

Adam, R. (2014). Die Energiewirtschaft wird digital. In C. Aichele &O. D. Doleski: Smart Market: Vom Smart Grid zum intelligenten
Energiemarkt. Wiesbaden, Deutschland: Springer. DOI:
10.1007/978-3-658-02778-0_28
Azuma, R., Baillot, Y., Behringer, R., Feiner, S., Julier, S., und
MacIntyre, B., (2001). Recent Advances in Augmented Reality.
IEEE CG&A, November 2001.
Combi, C., Migliorini, S., Oliboni, B., & Belussi, A. (2007).
GeoMTGM: A Graphical Data Model for Semistructured,
Geographical, and Temporal Data. In A. Belussi, B. Catania,
E. Clementini, & E. Ferrari: Spatial Data on the Web: Modeling
and Management. Berlin, Deutschland: Springer.
Feiner, S., MacIntyre, B., Höllerer, T., & Webster, A. (1997).
A Touring Machine: Prototyping 3D Mobile Augmented Reality
Systems for Exploring the Urban Environment. Personal
Technologies, 1(4), 208-217.
Höllerer, T., Feiner, S., Terauchi, T., Rashid, G., & Hallaway, D.
(1999). Exploring MARS: developing indoor and outdoor user
interfaces to a mobile augmented reality system. Computers &
Graphics 23 (1999), 779-785.
Klumpp, M., & Marner, T. (2014). Comprehensive Urban Road Toll
Evaluation System. International Journal for Traffic and Transport
Engineering, 4(1), 14-34, DOI: 10.7708/ijtte.2014.4(1).02
Sandhaus, G., & Klumpp, M. (2013). Dynamic Last-Mile-Routing as
Business-Value-Application for Galileo. The European Navigation
Conference, 03.-25. April 2013, Wien, Österreich.
Sultanow, E. (2009). Freie Daten und Tools für geografische
Anwendungen mit Eclipse. iX 6/2009, 144-147.

Über die Autoren

Dipl.-Inf. Eldar Sultanow

Eldar Sultanow promoviert am Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik der Universität Potsdam und ist CIO der XQS Service GmbH. Er studierte Softwaresystemtechnik am Hasso-Plattner-Institut, Informatik an der Universität Potsdam und ist seit Anfang 2010 in der Softwareindustrie tätig. Er ist Autor in Fachbüchern, Tagungsbänden, internationalen Journalen und leitet den Arbeitskreis „Software-Engineering“ der Forschungsvereinigung Software e.V.

Dr. rer. pol. Carsten Brockmann

Carsten Brockmann wirkt als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik der Universität Potsdam sowie als Geschäftsführer der Forschungsvereinigung Software e.V. Er promovierte über Geschäftsmodelle von Softwarefirmen. Er befasst sich wissenschaftlich und praktisch u. a. mit Industrie 4.0, ERP und Prozessmanagement.

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