Entwurf eines Rahmensystems für mobile Augmented-Reality-Anwendungen

Augmented Reality (AR) ist eine eng mit der Virtuellen Realität (VR) verwandte Technologie. Der Anwender taucht dabei nicht komplett in eine virtuelle, computergenerierte Umgebung ein, sondern verbleibt in seiner realen Umgebung, die mit virtuellen Objekten erweitert wird. Diese virtuellen Objekte werden dabei möglichst passgenau in das Blickfeld des Anwenders eingeblendet. Wichtige klassische Forschungsthemen im Bereich der AR sind das sogenannte Tracking, d.h. die Bestimmung der Blickrichtung des Anwenders, die korrekte Beleuchtung der virtuellen Objekte, sowie Schattenwurf und Verdeckung zwischen realen und virtuellen Objekten. Ein Thema, das in den vergangenen Jahren immer stärker in den Vordergrund gerückt ist, ist die Frage nach der Systemarchitektur von AR-Systemen. Mit dieser Fragestellung befaßt sich die vorliegende Arbeit. Zunächst werden existierende VR- und AR-Systemarchitekturen analysiert. Ausgehend vom existierenden VR-Standard VRML bzw. seinem Nachfolger X3D wird dann untersucht, um welche Bestandteile dieser Standard erweitert werden muß, um auch für mobile AR-Anwendungen genutzt werden zu können. Dabei liegt der Fokus auf dem Gerätemanagement, der Kommunikation im Netzwerk und der Entwicklung und dem Debugging mobiler AR-Anwendungen. Augmented Reality (AR) is a technology that is closely related to Virtual Reality (VR). The user does not immerse completely into a virtual, computer generated environment, instead he stays in his real environment that gets augmented with virtual objects. These virtual objects are superimposed as accurately as possible into the user's field of view. Important classic fields of research in the area of AR are the so-called tracking, i.e. the determination of the user's field of view, the correct illumination of virtual objects, as well as shadow casting and occlusion between virtual and real objects. In recent years, another question attracted more and more attention: How to design versatile software architecture for AR systems. This dissertation focuses on that question. Initially, system architectures of existing VR and AR systems are analyzed. Then, starting from the existing VR standard VRML resp. its successor X3D, it is studied how to extend this standard to fulfil the special needs of mobile AR applications, focussing on the device management, on the communication in the network, and on the development and debugging of mobile AR applications