Augmented Reality Wegweiser durch die neue Wirklichkeit

Jahrelang haben Ingenieure mit Datenbrillen experimentiert, um unsere Realität zu erweitern - erfolglos. Nun bringen Smartphones den Durchbruch. Sie machen virtuelle Schilder und Graffiti sichtbar und helfen uns sogar, Fremde auf der Straße zu erkennen.
Von Alexander Stirn
iPhone: Mit GPS-Empfänger und digitalem Kompass lässt sich die Welt erkunden

iPhone: Mit GPS-Empfänger und digitalem Kompass lässt sich die Welt erkunden

Foto: FREDERIC J. BROWN/ AFP

Handy

Auf Kurzbesuch in München, Abstecher zum Marienplatz, es regnet in Strömen. Wo gibt es hier nur Briefmarken für die Ansichtskarten? Früher hätte man sich mühsam durchfragen müssen, bis die Kleidung triefnass gewesen wäre. Heute kann man sein in alle Himmelsrichtungen halten - vorausgesetzt, darauf läuft eine Software wie Wikitude oder Layar. Auf dem Display sind dann nicht nur die Umgebungsbilder zu sehen, die die Handykamera gerade aufnimmt. Es schweben auch rote Wegweiser über dem Marienplatz, denen man nur noch zur nächsten Post folgen muss.

Wer dann in den Radlsteg einbiegt, erfährt an diesem Tag außerdem, dass dort eine Zweieinhalb-Zimmer-Wohnung für 720 Euro zu vermieten ist - für Münchner Verhältnisse fast ein Schnäppchen. Ein kurzer Handy-Schwenk über die Fassade bringt nicht nur Bilder aus der Wohnung zum Vorschein, sondern auch die Telefonnummer des Maklers.

Smartphone

Willkommen in der erweiterten Realität, der Augmented Reality (AR), der jüngsten mobilen Spielerei. Das Beste aus zwei Welten - der wirklichen und der virtuellen - soll diese neue Technologie verbinden. Dazu überlagert sie Livebilder mit Informationen aus dem Internet. Alles, was man dafür braucht, ist ein modernes Kamera- , das seinen Standort präzise bestimmen kann.

Eines Tages soll allerdings selbst das überflüssig werden. Dann könnten Umgebungsinformationen direkt auf Brillengläsern oder auf Kontaktlinsen eingeblendet werden. Schon lange träumen Experten von der erweiterten Realität: Flugzeugmechaniker erprobten klobige Datenbrillen, die ihnen zeigen sollten, welche Schraube als Nächstes anzuziehen ist. Chirurgen testeten halbtransparente Displays, die passende Röntgenbilder oder die Position des Endoskops anzeigen, während sie über die Patienten gehalten werden. Zur Marktreife gelangten die Anwendungen jedoch nie.

Moderne Handys bringen nun den Durchbruch, zumindest für einfache Anwendungen. "Sie sind für die Entwicklung der Augmented Reality enorm wichtig, auch wenn sie noch nicht perfekt funktionieren", sagt Dieter Schmalstieg vom Institut für Maschinelles Sehen und Darstellen der Technischen Universität Graz.

Millionen Menschen besitzen geeignete Telefone: "So können wir schnell einen Massenmarkt erreichen." Auch Wolfgang Broll, der am Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik virtuelle Umgebungen untersucht, ist von den Vorzügen der Handys überzeugt: "Aktuelle Geräte beinhalten erstmals all die Technologien, die man für Augmented Reality braucht." Die eingebaute Kamera zaubert ein Bild der Umgebung aufs Display. Ein GPS-Empfänger ermittelt die Position des Handys, Kompass und Neigungssensor liefern die Blickrichtung. Eine schnelle Internetverbindung übermittelt die dazu passenden Informationen. "Selbst die Grafikchips sind heute so gut, dass man damit arbeiten kann", sagt Broll.

Erste Firmen machen das bereits. Das Salzburger Unternehmen Mobilizy hat ebenjenes Programm Wikitude (siehe Video unten) entwickelt, das neben Gebäuden, Geschäften und Sehenswürdigkeiten den passenden Eintrag aus dem Online-Lexikon Wikipedia anzeigt. Es basiert darauf, dass viele Wikipedia-Artikel genaue Angaben zu Längen- und Breitengraden enthalten. Da Position und Blickrichtung des Handys bekannt sind, können diese Daten heruntergeladen und eingeblendet werden.

Das niederländische Layar (siehe Video unten) funktioniert ähnlich, es integriert allerdings zusätzlich Ergebnisse einer lokalen Google-Suche, Wohnungsangebote oder die Standorte der nächsten Geldautomaten.

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"Das größte Problem ist dabei die Genauigkeit der Handys", sagt Dieter Schmalstieg. Deren GPS-Sensoren bestimmen den aktuellen Ort nur auf bis zu fünf Meter genau, oft sind es nur 50 Meter. Ihr Kompass wird von jeder vorbeifahrenden Straßenbahn gestört. Und mit Höheninformationen können die billigen Handysensoren ohnehin nichts anfangen. Wer sich von Wikitude die Welt erklären lassen will und zum Beispiel auf den Alten Peter klettert, einen Aussichtsturm direkt am Marienplatz, wird deshalb enttäuscht. Zwar zeigt das Handy für weit entfernte Objekte, wie das Olympiastadion am Horizont, korrekte Informationen an. Direkt vor der Nase versagt es allerdings: Über der Frauenkirche schwebt der Wikipedia-Eintrag eines Bekleidungsgeschäfts, über dem Rathaus der eines Saftladens.

Bald werden Handys Passanten auf der Straße erkennen können

"Wirklich sinnvoll lässt sich Augmented Reality erst einsetzen, wenn wir eine viel höhere Präzision erreichen ", sagt Schmalstieg. Der Grazer Forscher träumt von einer zentimetergenauen Positionsbestimmung und einer Winkelabweichung von maximal einem Grad. Virtuelle Handytipps gegen den Papierstau im Drucker wären dann ebenso möglich wie Aufbauhilfen für schwedische Bücherregale. AR-Programme könnten Bedienungsanleitungen ersetzen und zu jedem Knopf der neuen Digitalkamera eine animierte Erklärung zeigen. Auf der Straße könnte so ein System problemlos zwischen der rechten und der linken Eingangstür eines Gebäudes unterscheiden - oder sogar Klingelknöpfe hervorheben.

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Allerdings bleibt all das auch mit verbessertem Kompass und genauerer GPS- zunächst undenkbar. Die Forscher arbeiten daher an der Analyse der Handybilder. Die Idee: Ein Algorithmus zerlegt die Aufnahmen in Features 1 und vergleicht diese mit einer Internetdatenbank. "Anders als Konturen oder Geometrien fallen dem menschlichen Auge solche Features nicht auf", erklärt Fraunhofer-Forscher Broll.

Die Formeln haben einen entscheidenden Vorteil: Egal, aus welchem Blickwinkel Gegenstände betrachtet werden, die Features sind stets erkennbar. "In einem begrenzten Raum funktioniert das bereits ", sagt Broll. "Eine Stadt besteht aber aus zu vielen Informationen, um diese mal eben auf einem Smartphone auszuwerten."

Ein zweistufiger Ansatz könnte helfen: Anhand von GPS und Kompass ermittelt das Telefon zunächst seine ungefähre Position. Dann gleicht es die Umgebungs-Features mit einer lokal eingegrenzten Datenbank ab - etwa mit den Fotos, die Google im Rahmen seines Street-View-Projekts 2 aufgenommen hat.

Die Technologie ist nicht auf Häuser, Straßen und Städte beschränkt: Die schwedische Firma The Astonishing Tribe hatte vor wenigen Wochen die Idee, mit AR Menschen zu identifizieren. Eine Software könnte künftig die Bilder gefilmter Menschen mit den Profilfotos auf sozialen Netzwerken wie Facebook abgleichen. Auf dem Handy-Display erschienen anschließend nicht nur die Namen der erkannten Personen, sondern auch deren Facebook-Profile oder Twitter-Meldungen.

Ein weiterer Schritt auf dem Weg zum gläsernen Menschen? Dass künftig jeder mit ausgestrecktem Arm umherläuft und Passanten sein Handy ins Gesicht hält, ist dennoch unwahrscheinlich - nicht zuletzt, weil das ziemlich anstrengend wäre. An diesem Problem wird längst gearbeitet: Eines Tages sollen Brillen mit integrierten AR-Funktionen Handy-Bildschirme ersetzen. "Es gibt bereits Geräte, die wie ausgefallene Sonnenbrillen aussehen", sagt Wolfgang Broll. Dresdner Fraunhofer-Forscher haben im Sommer ein Modell vorgestellt, dessen Mikrochip am Brillenbügel sitzt. Von dort aus wird ein virtuelles Bild auf die Netzhaut projiziert - so als wäre es einen Meter entfernt.

Selbst Kontaktlinsen, die die erweiterte Realität direkt ins Auge bringen, sind kein Ding der Unmöglichkeit. Vergangenes Jahr haben Elektrotechniker der University of Washington erstmals Schaltkreise und Leuchtdioden auf einer Kontaktlinse untergebracht. Versuchskaninchen, die die Linsen testweise trugen, hatten keinerlei Beschwerden; Strom floss allerdings noch keiner.

In einem nächsten Schritt wollen die Forscher Energieversorgung und drahtlose Kommunikation in der Linse integrieren. Doch nicht nur die Displays werden in Zukunft anders aussehen. "Echte Augmented Reality kann viel mehr, als nur ein paar Wikipedia-Einträge einzublenden ", sagt Wolfgang Broll. "Sie kann die Realität auch verändern."

Informatiker des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung haben im Frühjahr ein Programm vorgestellt, das beim Rundgang durch Berlin die Fassaden von Reichstag oder Brandenburger Tor durch historische Aufnahmen ersetzt. Was für Aussichten! Wem das graue Mietshaus vor dem eigenen Fenster nicht gefällt, der kann es in der erweiterten Wirklichkeit eines Tages vielleicht gegen einen Südseestrand eintauschen.

Allerdings bringt die schöne neue Welt wohl auch Nachteile mit sich, zum Beispiel Augmented-Reality-Spam: Wer mit AR-Handy oder -Brille durch die Straßen läuft, könnte immer wieder von virtueller Werbung belästigt werden, die sich ins Blickfeld schummelt, um Menschen in das eine oder andere Geschäft zu locken. Zum Ärgernis würden auch virtuelle Graffiti wie: "Dieser Supermarkt verkauft verschimmelte Kirschen." Brauchen wir dann neue Gesetze? Das ist nicht die einzige Frage, die die neue Technologie aufwirft. Wenn in einigen Jahren die optische Qualität der Systeme so gut ist, dass die Realität und ihre künstliche Erweiterung verschmelzen, könnten sich Nutzer fragen: "Ist der Bus, der da gerade auf mich zufährt, wirklich virtuell?"


1 Features: Charakteristische Punkte eines Bildes, die ein Computer erkennen kann - unabhängig davon, unter welchen Lichtverhältnissen oder aus welcher Entfernung und Perspektive es aufgenommen wurde.

2 Google Street View: Teil des Kartendienstes Google Maps. Klickt man auf einen Punkt im Stadtplan, wird ein 360-Grad-Foto der zugehörigen Adresse angezeigt. In den USA hat Google bereits große Teile des Straßennetzes erfasst, von deutschen Orten hat der Konzern bisher noch keine Bilder ins Netz gestellt.

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