Interaktive Initialisierung eines Echtzeit 3D-Trackings für Augmented Reality auf Smart Devices mit Tiefensensoren

Abstract

Zusammenfassung Heutige Ansätze des 3D-Trackings für die Registrierung in der realen Welt zum Einsatz von Augmented Reality lassen sich in modellbasierte und umgebungsbasierte Verfahren unterteilen. Umgebungsbasierte Verfahren nutzen den SLAM-Algorithmus zur Erzeugung dreidimensionaler Punktwolken der Umgebung in Echtzeit. Modellbasierte Verfahren finden Ihren Ursprung im Canny edge detector und nutzen aus den CAD-Modellen abgeleitete Kantenmodelle. Wird das modellbasierte Verfahren über Kantendetektion und das umgebungsbasierte Verfahren über 3DPunktewolken kombiniert, ergibt sich ein robustes, hybrides 3D-Tracking. Die entsprechenden Algorithmen der verschiedenen Verfahren sind in heute verfügbaren AR-Frameworks bereits implementiert. Der vorliegende Betrag zeigt zwar, welche Effizienz das hybride 3D-Tracking aufweist, jedoch auch die Problematik der erforderlichen geometrischen Ähnlichkeit von idealem CAD-Modell, bzw. Kantenmodell, und realem Objekt. Bei unterschiedlichen Montagestufen an verschiedenen Montagestationen und mit wechselnden Anwendern ist beispielsweise eine erneute Initialisierung erforderlich. Somit bedingt das hybride 3D-Tracking zahlreiche Kantenmodell, die zuvor aus der jeweiligen Montagestufe abgeleitet werden müssen. Hinzu kommen geometrische Abweichungen durch die Fertigung, die je nach Größe der branchenspezifischen Toleranzen keine hinreichend hohe Übereinstimmung mit den abgeleiteten Kantenmodellen aus den idealen CAD-Modellen aufweisen. Die Autoren schlagen daher den Einsatz parametrisch aufgebauter Mastermodelle vor, welche durch eine interaktive Initialisierung geometrisch Instanziiert werden. Zum Einsatz kommt hier ein mobiler Tiefensensor für Smart Devices, welcher mit Hilfe des Anwenders eine Relation der realen geometrischen Merkmale mit den Idealen des CAD-Modells ermöglicht. Des Weiteren wird in dem dargestellten Konzept die Nutzung von speziellen Suchalgorithmen basierend auf geometrischen Ähnlichkeiten vorgeschlagen, sodass eine Registrierung und Instanziierung auch ohne hinterlegtes Mastermodell ermöglicht wird. Der Beitrag fokussiert sich bei der Validierung auf die interaktive Initialisierung anhand eines konkreten anwendungsnahen Beispiels, da die Initialisierung die Grundlage für die weitere Entwicklung des Gesamtkonzeptes darstellt