Mixed Reality (MR), Augmented Reality (AR) & Virtual Reality (VR) – Definition und Übersicht
Die Augmented Reality, Virtual Reality und Mixed Reality gehören zu den neuen Technologien, die uns zunächst als Begriffe täglich aufs Neue begegnen. In unserem Artikel zeigen wir Ihnen, wodurch sich die einzelnen Technologien unterscheiden und wie Sie diese bereits heute anwenden können.
Mixed Reality, Augmented Reality und Virtual Reality gehören zu den Technologien, die es uns ermöglichen unsere Sicht auf die Welt durch digitale Informationen zu ergänzen. Mit Hilfe einer Brille verschmilzt unsere Sicht auf die Welt also mit computergenerierten Bildern, Videos oder Texten. Die einzelnen Technologien grenzen sich dabei durch die Dichte der digital erzeugten Informationen ab.
Alle diese Technologien bieten unterschiedliche Chancen, die sowohl im Spiele- als auch Industrie-Bereich immer mehr erkannt und genutzt werden. Es existieren bereits etliche Anwendungen, die wir Ihnen anhand von Beispielen im Detail vorstellen werden.
Definition Mixed Reality (MR) – Das Reality-Virtuality-Continuum
Mixed Reality Kontinuum von Milgram & Kishino (1994)
Bei einer näheren Betrachtung des Reality-Virtuality Kontinuums zeigt sich also, dass die Mixed Reality einen Oberbegriff für die Technologien bildet und die Augmented Reality oder Virtual Reality Bestandteile des großen Ganzen sind. Im Detail betrachtet unterscheiden sich jedoch die einzelnen Technologien stark voneinander. Genauso unterscheiden sich auch die Vorteile, die diese mit sich bringen und auf die im späteren Verlauf genauer eingegangen wird.
Definition Virtual Reality (VR)
Wie so oft stammt auch der Begriff Virtual Reality aus einem Science-Fiction Roman. Bereits 1982 prägte der Autor Damien Broderick den Begriff in seinem Buch The Judas Mandalia. Die Technologie dahinter ist jedoch weitaus älter und hat ihren Ursprung im Jahre 1965 in Harvard. Hier entwickelte der Universitätsstudent Ivan Sutherland das Konzept des „Ultimate Display“, das sich auch bis heute in Form der Head Mounted Displays (HDMs) oder VR-Brillen durchgesetzt hat.
Die Virtual Reality ermöglicht es Menschen, mit Hilfe einer VR-Brille, in eine komplett computergenerierte Welt einzutauchen. Zwei Bildschirme in der VR-Brille übertragen das Bild dabei stereoskopisch, so dass der Träger der Brille die Tiefe der Bilder wahrnehmen kann. Die reale Außenwelt wird durch die VR-Brille komplett verdeckt und der Benutzer sieht nur die Bilder, die von den Bildschirmen übertragen werden. Wie detailliert die VR-Umgebung dargestellt wird, hängt dabei von den Faktoren Bildschirmauflösung der VR-Brille, Detaillierungsgrad der VR-Applikation und Rechenleistung des Computers, der die VR-Anwendung verarbeitet, ab.
Die Immersion wird in den heutigen VR-Brillen zusätzlich durch die Hinzunahme von äußeren Sensoren verstärkt, die die Kopfbewegungen des Nutzers erfassen und diese mit der VR-Sicht abgleichen. Auch können die heutigen Sensoren Bewegungen in einem von den Sensoren erfassten Raum detailliert auf die Bewegung des Nutzers in der computergenerierten Umgebung übertragen. Für die Eingabe von Befehlen oder die Übertragung der Bewegungen der Hände werden meist entsprechende Controller genutzt. Durch Zuhilfenahme eines weiteren Sensors (z.B. Leap Motion) können heute auch die Handbewegungen selber erfasst und auf die VR-Umgebung übertragen werden.
Übersicht über die VR-Endgeräte
Aktuell existieren zwei Klassen von VR-Brillen. Die erste Klasse sind sogenannte Cardboards, die ein Smartphone als Bildschirm nutzen. Die andere Klasse sind die VR-Brillen, die an einen Computer angeschlossen werden, der für die Verarbeitung der VR-Anwendungen verantwortlich ist.
Cardboards
VR-Brillen
VR-Brillen, wie die HTC Vive, Oculus Rift oder die Microsoft Mixed Reality Glasses benötigen einen Computer mit einer performanten 3D-Grafikkarte und die dazu passenden Anwendungen, um eine VR-Ansicht zu generieren. Mit hochwertigen Prozessoren und Grafikkarten lässt sich bei diesen Brillen die Immersion steigern und die VR-Welten wirken umso realistischer. Diese Brillen besitzen Controller und Sensoren, um die Bewegungen des Kopfes und der Hände zu erfassen, wodurch auch die Interaktion in der VR-Sicht deutlich realistischer wirkt.
Weitere VR-Geräte
Um die Immersion noch weiter zu steigern, existieren bereits weitere Geräte, mit denen z.B. die Bewegung im Raum noch weiter ausgedehnt werden kann. Dazu gehören Treadmills oder Sitze, mit denen die Bewegungen aus der VR auf den Nutzer oder die Bewegungen des Nutzers auf die VR übertragen werden. Bei Treadmills kann er mittels Fußbewegungen das Bewegen in der VR steuern. Bei den VR-Sitzen wird umgekehrt die Beschleunigung in der VR auf die reale Welt übertragen.
VR-Beispiele aus der Industrie
Übersicht über die AR-Endgeräte
Die Augmented Reality findet heutzutage ihre Anwendung auf den unterschiedlichsten Gerätetypen. Dazu zählen in erster Linie die AR-Brillen. Aber auch Smartphones und Tablets sind mittlerweile mit leistungsfähigen Prozessoren und präzisen Sensoren ausgestattet, wodurch diese auch die Nutzung der AR ermöglichen.
Smartphones und Tablets
AR-Brillen
Vergleich AR-Brillen
Bei der Vielfalt der aktuellen AR-Brillen lohnt es sich, diese noch einmal genauer zu betrachten und zu kategorisieren. Dabei gilt es grundsätzlich zwischen Brillen zu unterscheiden, die einen kleinen Bildschirm im Sichtfeld des Nutzers platzieren und denen, die das Bild direkt in das Blickfeld einblenden. Zusätzlich gibt es Unterschiede bei der Platzierung des Computers, der die AR-Bilder verarbeitet. Hier nutzen einige Brillen einen internen akkubetriebenen Computer, bei dem die Leistung entsprechend gering ausfällt. Andere muss man mit einem Kabel mit einem externen Computer verbinden, um eine AR-Ansicht zu erzeugen. Dabei hängt die Leistung dann von dem angebunden Computer ab und kann entsprechend skaliert werden, was das AR-Erlebnis entsprechend optimiert.
AR-Beispiele aus der Industrie
Die Augmented Reality eröffnet der Industrie einen komplett neuen Weg der Mensch-Maschine-Kommunikation. Der Status der Maschine oder Anleitungen zur Reparatur können nun kontextsensitiv in das Blickfeld eines Service-Mitarbeiters eingeblendet werden. Er bekommt nur die Informationen, die wichtig und angepasst an seine Situation sind. Besonders mit der Verknüpfung von AR und IoT eröffnen sich für Unternehmen sehr große Potenziale.
Virtual und Augmented Reality in einem Planungs- oder Produktionsprozess
Betrachtet man den gesamten Produktlebenszyklus, so bieten die Virtual und Augmented Reality unterschiedliche Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten. Die einzelnen Phasen und die damit verbundenen Anwendungsmöglichkeiten sind in der folgenden Grafik zusammengefasst.
In der Planung unterstützt die virtuelle oder erweiterte Realität bei der Überprüfung der Planungsdaten. Mit der VR betrachtet der Nutzer die 3D-Planungsdaten in Lebensgröße und kann so Rückschlüsse für die Planung ziehen. Mit Meeting in der VR können Mitarbeiter dann über mehrere Standorte hinweg die Planung gemeinsam betrachten. Mit Hilfe der AR werden Maschinen in einer realen Umgebung platziert, um z.B. den Platzbedarf zu kontrollieren.
Im Marketing oder Vertrieb werden die Augmented und Virtual Reality häufig für die Präsentation der Produkte verwendet. So werden dann durch Animationen oder Interaktionen die Produkte und ihre Vorteile im Detail erklärt. Dies kann auch mit einem individuell gefertigten Produkt oder einer Maschine geschehen. Der Kunde bekommt so die Planung noch vor der Fertigstellung präsentiert.
In der Produktion oder Logistik helfen die Technologien beim Training neuer Mitarbeiter oder unterstützen diese im Produktionsprozess. So werden mit Hilfe der AR innovative Mensch-Maschine Schnittstellen geschaffen. Dem Mitarbeiter werden hilfreiche Anleitungen in das Sichtfeld eingeblendet und mit Live-Informationen der Maschinen ergänzt. Bei Bedarf kann auch ein Experte hinzugeschaltet werden. Oder die AR wird bei der Navigation innerhalb eines Lagers, einer Anlage oder Fabrik behilflich sein.
Beim Training neuer Mitarbeiter bietet die VR Möglichkeit, in virtuellen Räumen Situationen jeder Art durchzuspielen, bevor diese in der Realität ausgeübt werden. Diese Vorgehensweise bringt besonders bei Trainings mit einem hohen Sicherheitsrisiko einen enormen Vorteil mit sich. Durch Remote-Lerngruppen können auch mehrere Teilnehmer an unterschiedlichen Standorten ein VR-Training wahrnehmen.
Im Service wird zurzeit ein besonderes Augenmerk auf die Augmented Reality gelegt. Denn hier wird durch das Einblenden von Maschineninformationen oder Wartungsanleitungen, die Arbeit des Service- und Wartungs-Personals deutlich erleichtert. Durch die Konzepte der Predictive Maintenance können dann auch weitere Vorteile für das Unternehmen entstehen. Die Virtual Reality bietet hier erneut im Bereich des Trainings für das Wartungspersonal deutlichen Nutzen. Denn Mitarbeiter müssen nicht an der realen Anlage üben, sondern können ihr Wissen an einem digitalen Zwilling erweitern.
Verbreitung und Marktentwicklung der Virtual und Augmented Reality
Alle neuen Technologien müssen den gleichen Prozess durchlaufen, bis sie die Markreife erlangt haben. Gartner bringt dazu jährlich den „Hype Cycle for emerging Technologies“ heraus, in dem die aktuelle Einschätzung über den Stand einer innovativen Technologie festgehalten wird. So lässt sich hier erkennen, dass im Gartner Hype Cycle* von 2017 die Virtual Reality bereits kurz vor dem produktiven Einsatz stand. Bereits im Jahr 2018 verschwand diese Technologie aus dem Hype Cycle, da diese das Plateau der Produktivität bereits erreicht hatte. Im gleichen Jahr befand sich die Augmented Reality auch auf dem besten Weg in Richtung Produktivität. Doch bereits der Graph von 2019 zeigt, dass diese Technologie zusammen mit vielen vergleichbaren den Sprung in den produktiven Einsatz geschafft hat.
Betrachtet man die Virtual Reality und Augmented Reality auf der marktwirtschaftlichen Seite, bei der die Verkaufszahlen und Umsätze im Vordergrund stehen, so sind hier deutliche Steigerungen zu erwarten. So erwartet der IDC (International Data Corporation) mit seinem Forecast 2019 eine deutliche Steigerung bei den Verkaufszahlen von VR- und AR-Brillen. Wenn diese im Jahr 2019 noch bei knapp unter der 10 Millionen Marke lagen, so sollen die Verkaufszahlen bis 2023 auf nahezu 70 Millionen ansteigen. Dabei wird vor allem bei den AR-Brillen in den nächsten Jahren ein hohes Wachstumspotenzial erwartet, so dass bis 2023 die AR-Brillen gut die Hälfte der verkauften MR-Endgeräte ausmachen werden.
Diese Prognose lässt keine Zweifel offen, dass diese beiden Technologien (Virtual Reality und Augmented Reality) in den nächsten Jahren eine hohe Verbreitung erfahren werden. Die Spiele-Industrie ist hierbei sicherlich der Vorreiter und wird auch dafür sorgen, dass die Berührungsängste zu den neuen Technologien sinken. Damit wird auch die Akzeptanz in der Gesellschaft steigen, was schließlich die Einführung und den Einsatz der Technologien in der Industrie erleichtern wird.
Virtual Reality und Augmented Reality mit Vorteilen anderer Technologien verknüpfen
Augmented und Mixed Reality werden immer mehr fester Bestandteil der Industrie und optimieren bestehende Prozesse. Die Mixed Reality Technologien stellen nur einen kleinen Teil der neuen Technologien dar, der für die Visualisierung der Daten verantwortlich ist. Vermischt man diese Konzepte mit den Cloud- oder IoT-Ansätzen, so bilden sich weitere neue Potenziale für die Industrie, die es zu ergründen gilt. So können Cloud-Technologien die Verarbeitung und Interpretation der Maschinendaten übernehmen, wobei mit IoT-Ansätzen die Steuerung des gesamten Herstellungsprozesses erleichtert wird. Zusammen mit der Augmented- oder Virtual Reality können so Leitstände oder Mensch-Maschine Schnittstellen der Zukunft geschaffen werden.
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