Multimodale Interaktion in Augmented Reality Umgebungen am ...

KAPITEL 5.ALTERNATIVE INTERAKTIONSFORMENturiertes Licht, das auf ein Objekt ausgesendet wird und basierend auf dessen Abbildung aufdie 3-D-Informationen des Objektes zurückgerechnet werden kann, wie etwa in [76] oder [51].Passive Ansätze dagegen errechnen diese Informationen anhand von Aufnahmen mit normalenKameras und nutzen dabei mehrere Ansichten des Objektes, beispielsweise in [60] oder [3].Beide Ansätze liefern 3-D-Modelle von realen Objekten, die für die Verwendung in einer virtuellenUmgebung geeignet sind.Um nur die Kontur eines 3-D-Objektes zu erhalten, bestehen ebenfalls Ansätze, die in denverschiedensten Disziplinen angesiedelt sind. So dient [26] der Konturerkennung von bewegtenObjekten oder [72] der Erkennung von Handgesten durch Detektion derer Kontur.Diese Daten sind Grundlage der Kollisionserkennung in einer virtuellen Umgebung, diebereits viele Lösungsansätze, zum Beispiel [41] oder [22], bereithält.5.1.2 ProblemstellungAufgabe der Kollisionserkennung ist es, reale Objekte in Echtzeit in die AR-Szene zu integrieren.Hierbei sollen keine instrumentierten Ansätze (vgl. Kapitel 4.1.1) zum Einsatz kommen,damit Objekte nicht mit zusätzlicher Hardware in Form von IR-Targets versehen werden müssen.Zusätzlich soll mit der Kollisionserkennung das Einbringen beliebiger, zuvor noch nichtmodellierter Objekte möglich sein.Aus diesen Gründen wurde in dieser Arbeit ein bildbasierter Ansatz verfolgt. Dabei werdenObjekte mittels bildverarbeitender Ansätze aus ihrem Hintergrund segmentiert und automatischmodelliert. Die Aufgabe bestand also darin, sowohl Hardware als auch Software umzusetzen,die ein solches System ermöglichen. Die Verwendung von nur einer Kamera reduziertdie Modellierung von realen Objekten auf deren Konturen, da hierbei keinerlei Tiefeninformationenüber die Objekte gewonnen werden können. Ebenfalls beschränkt sich dieser Ansatzauf eine Modellierung, bei der die Texturierung der Objekte nicht beachtet wird. Die ausden Bilddaten gewonnenen Informationen dienen lediglich als Basis, um virtuelle Modellezu erzeugen. Diese Modelle bilden die Grundlage zur Berechnung von Kollisionen zwischenvirtuellen Objekten in der AR-Szene.5.1.3 UmsetzungDie Umsetzung der Kollisionserkennung basiert auf dem Ansatz, reale Objekte in einem Kamerabildzu lokalisieren. Dabei filmt eine Kamera eine Oberfläche, auf der reale Objekteeingebracht werden können. Mit Methoden der Bildverarbeitung können reale Objekte vordiesem Hintergrund segmentiert werden. Dazu wird eine Differenzbildanalyse durchgeführt,die ein s/w Bild liefert, auf dem der Hintergrund in schwarz und das segmentierte reale Objektin weiß abgebildet ist. Am Ende der Bildverarbeitung steht ein Bild, auf dem die Konturdes realen Objektes vom Hintergrund abgegrenzt ist. Aus dieser Kontur lassen sich derenEckpunkte bestimmen, die das Objekt beschreiben und aus denen sich ein virtuelles Modelldes realen Objektes erstellen lässt. Das so erzeugte Modell kann in die AR-Szene eingebrachtwerden. Dafür wird die Kamera mit dem IR-Trackingsystem erfasst und aufgrund deren Positionund Lage im Raum wird auf die Position des realen Objektes im Raum geschlossen. Andieser Position kann nun das virtuelle Modell des Objektes eingeblendet werden, oder aberauch als unsichtbares virtuelles Objekt zur Kollisionsdetektion zwischen virtuellen Objektenherangezogen werden. Auf diese Weise erreicht man eine Wechselwirkung zwischen realen undvirtuellen Objekten. Die detaillierte Umsetzung ist im Folgenden beschrieben.66