17. 4. 2010

Ich sehe was, was du nicht siehst

Sightseeing kann so einfach sein. Der Besucher steht vor dem Reichstagsgebäude in Berlin, filmt mit seinem Handy das monumentale Bauwerk und blättert gleichzeitig durch über hundert Jahre Geschichte. Auf Knopfdruck zeigt sich das deutsche Wahrzeichen mit ganz unterschiedlichen Antlitzen: prächtig mit stolzer Kuppel im vorvergangenen Jahrhundert, stark mitgenommen als Teilruine direkt nach dem Krieg, karg restauriert und ohne überspannenden Kuppelbau während der deutschen Teilung. Wer will, kann sich mit Wikipedia-Artikeln und Kommentaren anderer Besucher jede Menge Informationen zusätzlich anzeigen lassen.

Was wie aus einem Science-Fiction-Roman klingt, ist bereits heute (zumindest im Labor) Realität – erweiterte Realität. Fachleute nutzen den entsprechenden englischen Begriff Augmented Reality, kurz: AR, und preisen in Blogs und Technik-Publikationen diese Technologie als das »nächste große Ding« im Internet. Ihre Szenarien klingen fantastisch: Künftig werden wir mit Brillen auf der Nase herumlaufen, in die Bilder aus dem Computer eingeblendet werden und in den USA stellt man derweil die ersten Kontaktlinsen vor, na ja, zumindest Pläne für sie, die virtuelle Bilder direkt auf dem Auge zeigen. Andere wiederum denken über direkte neuronale Schnittstellen nach, die Computerinhalte direkt ins Hirn beamen.

Angesichts dieser Visionen bleibt man am Darmstädter Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD ziemlich gelassen. »Soweit sind wir noch lange nicht«, wiegelt Michael Zöllner ab. Der Designer ist stellvertretender Leiter der Abteilung »Virtuelle und Erweiterte Realität«. Jener Arbeitsgruppe, die seit Mitte der 90er-Jahre in diesem Bereich forscht – und somit eine der ersten war und auch heute noch führend ist. Doch der 34-Jährige ist sich auch sicher: »Bei Augmented Reality stehen wir erst am Anfang der Entwicklung.« Und wohin die Reise geht, sei heute noch gar nicht abzuschätzen.

Auch wenn so manche AR-Fantasien nach Science-Fiction klingen, sind entsprechende Anwendungen doch schon heute alltäglich. Etwa bei Fußball-Übertragungen, wo beim Freistoß mit Computerhilfe ein nur auf dem Fernsehschirm zu sehender 9,15-Meter-Kreis um den Ball gezogen wird; oder wo eine gerade Linie quer durchs Spielfeld verläuft, die bei der Bewertung eines Abseits hilft.

Immer dort also, wo bestehende Live-Bilder und -Filme in Echtzeit (und am Besten auch noch interaktiv) mit zusätzlichen Informationen angereichert werden, sprechen Experten von Augmented Reality. Zurück zum Anfangsbeispiel: Der Besucher filmt den Reichstag und sieht eine historische Aufnahme des Gebäudes. Nun bewegt er sich, der Ausschnitt im Display ändert sich – und mit ihm das historische Bild. Der Eindruck ist also ein ganz echter: So, als würde der Besucher live vor dem Bauwerk in frei wählbarer historischer Zeit stehen.

Der Grund, warum erst seit ein paar Monaten dieses Thema stärker ins Bewusstsein rückt, liegt in der neuen Generation von Smartphones – Handys wie Apples iPhone und den Android-Telefone. Mit ihnen sind erstmals Geräte auf dem Markt, die alle nötigen Voraussetzungen mitbringen, um AR-Anwendungen flächendeckend unter die Leute zu bringen: ein kleiner Kasten mit Bildschirm und der nötigen Rechenleistung, mit Kamera, der ständigen und recht schnellen Verbindung zum Internet sowie mit GPS und Kompass zur genauen Ortsbestimmung und Blickrichtung der Kamera.

Immer mehr Programme, sogenannten Apps, nutzen und spielen mit AR. So wie »TwittARround«, das Michael Zöllner »an einem Wochenende« programmiert hat. Beim Start des Programms öffnet sich die Kamera und filmt die Umgebung. Eingeblendet werden am oberen Rand die geografische Ausrichtung des Handys mit Gradeinteilung sowie die Standorte von Twitterern, von Menschen also, die den Blogging-Dienst Twitter nutzen und in der vergangenen Zeit etwas geschrieben haben. Wer also in einer Großstadt steht und die App aufruft, kann genau sehen, dass in jenem Haus rechts vor einer viertel Stunde eine Nachricht geschrieben wurde – vorausgesetzt, derjenige hat seine Geodaten freigegeben.

Wer braucht so was? Eigentlich niemand, das weiß auch Michael Zöllner. »Die Wenigsten haben verstanden, dass diese App durchaus kritisch gemeint ist«, sagt der Designer lachend. Denn plötzlich würden die anonymen Tweeds und Blogeinträge, die sonst nur auf dem Bildschirm eines Laptop oder am Schreibtisch gelesen werden, greifbarer, persönlicher. Jeder müsse also genau prüfen, was er im Internet von sich preisgibt.
So gesehen lässt sich AR leicht als Spielerei, als Nonsens abtun. Nichts, was zwingend notwendig wäre. Doch solche Kritiken sind bekannt. Wie wurden vor zehn Jahren etwa Handybesitzer belächelt; heute kommt – statistisch gesehen – auf jeden Bundesbürger mehr als eines. Doch die Industrie hat Blut geleckt und steckt viel Geld in entsprechende Forschungen – auch in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IGD, in dessen Büros und Kellern handfeste Anwendungen und Prototypen lagern.

Etwa der »MovableScreen«: ein Apple iMac-Computer auf einem stabilen Aluminum-Fuß, etwa 1,80 hoch. Auf der Rückseite des Rechners ist eine kleine Kamera angebracht, deren Bild live auf dem Display zu sehen ist. Die Technologie wurde im vergangenen Jahr für eine Jubiläumsausstellung des Amsterdamer Allard Pierson Museums entwickelt. In der Schau stand der Rechner vor zwei einige Quadratmeter großen Bildern. Sie zeigten das Forum Romanum und den antiken Ort Satricum. Die Besucher konnten die Kamera über die großformatigen Bilder schwenken und sahen sie nicht nur direkt, sondern auch ein zweites Mal auf dem Schirm. Soweit erst mal wenig spektakulär.

Doch jetzt kommt’s: Auf den Bildern eingeblendet waren Orientierungspunkte, die – einmal angewählt – zusätzliche Informationen wie Texte und Videos zeigten. Selbst wenn die Kamera schnell hin und her bewegt wurde, schien es, also ob die bunten Punkte auf dem Bild festklebten. Selbst wenn der Standfuß mit dem Rechner fünf Meter nach hinten geschoben wurde, blieben die Punkte fest. Wie das? Der Computer erkannte die großformatigen Bilder wieder und klebte in Echtzeit virtuelle Post-it-Zettelchen darauf. »Wichtig ist eine homogene Überlagerung«, erklärt Zöllner. Soll heißen: Der Betrachter muss den Eindruck haben, dass die Augmentierung, also die computergenerierte Überlagerung, auf dem gefilmten Objekt festklebt – egal, wie schnell er die Kamera bewegt.

Anderes Beispiel, das wegen technischer Beschränkungen nicht mit einem Smartphone, sondern mit einem kleinen, zwei Handteller großen Computer mit Kamera funktioniert: Auf einem niedrigen Tisch ist ein etwa ein auf zwei Meter großes Satellitenbild der Innenstadt Berlins geklebt. Der Besucher filmt das Bild und lässt alte Aufnahmen überlagern: nach einer der vielen Bombennächte des Weltkriegs, während des Kalten Kriegs mit der Mauer, nach der Wiedervereinigung. Auch hier erkennt der Computer das Bild aus nahezu jeder Perspektive und berechnet das passende Overlay.

»Das ist alles heute oder morgen real, nicht erst übermorgen!«

Voraussetzung dafür ist freilich, dass der Rechner erst mal sehen lernt. Was sehr viel schwieriger ist, als es sich anhört. An einem Modell, in dem acht Rohre parallel verlaufen, erklärt Zöllner die Schwierigkeiten, die ein Elektronengehirn mit einer solchen Anordnung hat. Betrachtet ein Mensch dieses Modell, schöpft er aus einem riesigen Fundus an Erfahrungen: Er erkennt nicht ein diffuses Gewirr aus Licht und Schatten, sondern sieht einzelne Objekte, nimmt Kanten und Formen wahr und kann sogar ihr Gewicht und ihre Oberflächenbeschaffenheit abschätzen.

Ein Kameraauge und der Computer haben diese Erfahrungen nicht. Mehr noch: Sie sehen nicht räumlich, nehmen erst mal nur unterschiedliche Farben wahr. In komplizierten trickreichen Berechnungen müssen sie aus diesem Farbmatsch Kanten, Formen und räumliche Tiefe errechnen. Ändert sich das Licht, sieht für den Rechenknecht alles wieder neu aus.

Die Wissenschaftler am IGD kümmern sich auch um solche grundlegenden Forschungen. Deren Ergebnisse freilich in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt werden können, in der Robotik oder der Filmproduktion. Doch den Wissenschaftlern geht es nicht nur um die technische Seite der AR. Der Grund, warum sie beispielsweise beim »MovableScreen« im Museum sich für eine stehende Installation entschieden haben, liegt am Design und an der sogenannten Mensch-Maschine-Schnittstelle. Die Anordnung greift gewohnte, kulturell erlernte Metaphern auf, etwa die Münz-Fernrohre auf Burgen und Anhöhen.

AR lässt sich aber nicht nur im touristischen und kulturellen Bereich anwenden, sondern auch im industriellen: Techniker lassen sich mittels AR genaue Bauanleitungen in ein »Head-up-Display« projizieren. Bei der Wartung beispielsweise von komplexen Maschinen müssen sie dann nicht mehr in Handbüchern blättern und Schnittzeichnungen interpretieren, vielmehr markiert der Computer ihnen live genau jene Schraube, die zu lösen ist.

Anderes Beispiel. In einer bestehenden Anlage soll eine zusätzliche Leitung verlegt werden – dazu gibt es jenes Modell mit den Rohren: Der Techniker filmt die Szene, passt vor Ort virtuell auf dem Bildschirm das neue Rohr ein und probiert dabei unterschiedliche Krümmungs-Winkel aus. Sitzt alles, berechnet der Computer die benötigten Einzelteile auf den Millimeter genau.

»Das Tolle ist, dass alles, was wir hier sehen, heute schon real ist oder morgen sein wird. Nicht erst übermorgen!«, freut sich Zöllner. Er glaubt, dass AR-Techniken unmerklich in den Alltag einfließen werden. »Das Internet wird dreidimensional. Suchergebnisse werden mir dann beispielsweise als Liste und als räumliche Einblendung präsentiert.«
Die in diesem Jahr fällige neue Smartphone-Generation wird weniger Einschränkungen und noch mehr Rechenleistung und damit noch mehr AR-Anwendungen in die Hand bringen, glaubt Zöllner: »Die Konsolidierung passiert Ende des Jahres, spätestens nächstes Jahr.« (GEA)