Notizen zu OOP Vortrag „Virtual Reality für Business-Anwendungen“
1
Wir fliegen über unsere erste Virtuelle Welt! Die Agenda für heute:
Kurze begriffliche Einordnung
Kostengünstige Hardware
Programmierung leicht gemacht
Beispiele zu VR in Business-Anwendungen
Aktuelle Entwicklungen
2
Der Übergang von der Realität in virtuelle Welten, genannt Mixed Reality, ist fließend.
Virtuelle Realität (VR) Darstellung und Wahrnehmung der Wirklichkeit und ihrer physikalischen Eigenschaften in einer in Echtzeit computergenerierten, interaktiven virtuellen Umgebung.
Gemischte Realität (Mixed Reality) Mixed reality bezeichnet eine Vermischung von virtueller Realität mit der physischen Welt
Unter Augmented Reality / erweiterte Realität / AR versteht man die computergestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung. Beispielsweise die Ergänzung von Bildern oder Videos mit computergenerierten Zusatzinformationen oder virtuellen Objekten mittels Einblendung/Überlagerung. Bei Fußball-Übertragungen ist erweiterte Realität beispielsweise das Einblenden von Entfernungen bei Freistößen mithilfe eines Kreises oder einer Linie.
Augmented Virtuality / erweiterte Virtualität / AV In erweiterter Virtualität wird die virtuelle Welt mit Informationen aus der realen Welt angereichert. In virtuellen Räumen werden reale physikalische Objekte und Personen eingebunden, die in Echtzeit mit der virtuellen Welt interagieren können.
Beispiel: Einblendung von Videokonferenzteilnehmern in die virtuelle Welt wie bei der Telepräsenz oder die Einblendung realer Spieler in Computerspiele.
3
Augmented Reality, Vermischung der realen Welt mit künstlichen Elementen finden wir heute vielfach vor allem im Kontext von Sportübertragungen.
Beispiele sind
Fußball: Einblenden der Abseits-Linie
Fußball: Einblenden der Spieler auf den Rasen
Schwimmen: Mitlaufen der Weltrekord-Linie
Schwimmen: Einblenden der Schwimmer je Bahn auf dem Wasser
Segeln: Einblenden des Regatta-Gebiets, der gesegelten Wege, der aktuellen Fahrtrichtung, des Abstands zwischen den Booten
Snapchat: Einblenden von Emoticons in reale Videos
4
Darstellung virtueller Welten über
Großbildleinwände (z.B. für Filme, (Flug)-Simulatoren)
PC-Monitor
Cave Automatic Virtual Environment (CAVE) - Raum zur Projektion einer dreidimensionalen Illusionswelt der virtuellen Realität. - Eine Möglichkeit ist ein Würfel mit bis zu sechs Projektionsflächen, unter Umständen wird also auch ein gläserner Boden von unten mit Projektoren bestrahlt
Head-Mounted Display (siehe weiter unten)
Interaktion in virtuellen Welten
3D-Maus
Datenhandschuh
Flystick
Ganzkörperanzug
omnidirektionales Laufband
5
Head-Mounted Display (HMD) zeigt stereoskopische Bilder
Darstellung virtueller Welten mittels HMD
Ein Head-Mounted Display ist ein auf dem Kopf getragenes visuelles Ausgabegerät. Es präsentiert Bilder entweder auf einem augennahen Bildschirm oder projiziert sie direkt auf die Netzhaut. Je nach Ausgestaltung nennt man das HMD auch Videobrille, Helmdisplay oder VR- Helm.
Videobrille Kopfbügel mit zwei Kleinstbildschirmen und Kopfhörer oder Ohrstöpseln. Dargestellt werden stereoskopisch aufgezeichnete Videos.
VR-Brille Wie Videobrille mit zusätzlicher 3D-Bewegungserfassung. Dargestellt werden dynamisch erzeugte stereoskopische Bilder.
AR-Brille (Smartglasses) Projiziert virtuelle Informationen vor die Augen des Brillenträgers der visuell nicht von der Außenwelt abgeschirmt ist.
6
Stereoskopische Bilder – alles neu?
Seit 1838 ist der Effekt bekannt: Das menschliche Gehirn erzeugt aus stereoskopischen Bildern einen dreidimensionalen Raumeindruck.
Das erste Stereoskop wurde vor der Erfindung der Photographie im Jahre 1833 von Wheatstone erfunden und diente zur Betrachtung gezeichneter räumlicher Figuren.
Das Konzept ist jetzt über 180 Jahre alt.
Die Stereoskopie ist die Wiedergabe von Bildern mit einem räumlichen Eindruck von Tiefe, der physikalisch nicht vorhanden ist.
Der Menschen betrachtet seine Umgebung durch zwei Augen gleichzeitig aus zwei Blickwinkeln (mittlerer Augenabstand von 65 mm)
Das menschliche Gehirn erzeugt aus diesen zwei Einzelbildern ein dreidimensionales Raumbild.
7
Schon 1910 gab es eine „low-cost“-Variante des Stereoskops.
HARZER HEXENBRILLE Taschen-Stereoskop-Apparat aus Metall für Stereofotos 3 x 7 cm mit Motiven aus dem Harz.
Hergestellt um 1910 von “Neue Photographische Gesellschaft A. G.” Stehlitz - Berlin für Getränkewerbung (Harzer Hexenbesen u. Citronen-Labe) der Firma Salfeldt & Co. Nordhausen am Harz.
Quelle: http://www.stereoskopie.com/Stereobetrachter/Taschen- Stereoskop/Harzer_Hexenbrille/body_harzer_hexenbrille.html
8
VR-Brillen sind heute für jedermann erschwinglich!
Die Hauptkomponenten eines HMDs sind eine Displayeinheit und eine HMD-Optik.
Die Displayeinheit liefert das Bild aus einer angeschlossenen Datenquelle (z.B. Laptop). Die HMD-Optik leitet das Bild weiter und projiziert es vor das Auge.
Allerdings muss die Anzeige bei Fehlsichtigen (Kurz- oder Weitsichtigen) dem Auge angepasst werden.
Ausgestattet mit einem Head Tracker kann das Bild an die momentane Blickrichtung angepasst werden.
Mit den gesammelten Positionsdaten des Kopfes kann das projizierte Bild in Echtzeit verändert werden.
Somit entsteht auch bei Bewegung das Gefühl, Teil der Anwendung zu sein.
Verzögerte und unscharfe Darstellung kann zu unangenehmen Nebenerscheinungen wie der Simulator Sickness (Simulatorübelkeit) führen.
9
Google Cardboard
Das Google Cardboard ist eine Halterung aus Karton, welche aus einigen Smartphones eine Virtual-Reality-Brille macht. Die Konstruktion besteht neben dem Karton aus zwei Sammellinsen und einem Druckschalter.
Der Deckel wird mit einem Klettverschluss geschlossen. Wenn man nun auf dem Smartphone eine App mit der Unterstützung einer stereoskopischen Ansicht öffnet, wird durch die VR-Brille aus den zwei einzelnen Bildern ein 3D-Bild. Durch die Sensoren im Smartphone kann man sich in dieser 3D-VR-Welt auch umsehen, die Drehung des Kopfes wird zur App übertragen.
Google Cardboard hat dazu beigetragen, dass Entwickler ihre ersten Schritte gewagt haben, um VR-Anwendungen zu entwickeln. Google stellt ein SDK für Android und Unity zur Verfügung, um die Entwicklung der Apps zu erleichtern. Einige mobile Webbrowser unterstützen inzwischen WebVR, sodass eine Programmierung auch in JavaScript möglich ist.
Weitere Informationen: https://vr.google.com/cardboard/
10
Anwendungsbeispiel: ShelfZone - Virtuell einkaufen und Produkte real geliefert bekommen
Das Video zeigt ein Beispiel einer Augmented Virtuality – Anwendung:
ShelfZone ist ein Virtual-Reality-Simulator für den Einzelhandel, um das Verhalten von Kunden im Supermarkt zu untersuchen. Der Simulator wurde von der italienischen Agentur Imille als Marketing-Tool entwickelt und richtet sich an Kunden aus der Industrie, große Einzelhandelsgruppe und Forschungsinstitute. Die Ergebnisse der virtuellen Einkaufstour zeigen, wie Kunden auf die Gestaltung von Produkten, den Regalplatz und andere Kauffaktoren reagieren.
Quelle: ShelfZone, https://youtu.be/-2UT2KcnJiE
11
Die Frage lautet: „… wie kommen wir schnell und einfach zu einer eigenen virtuellen Welt?“
12
Virtuelle Welten kann man (mühsam) Objekt für Objekt per Hand erstellen. Danach werden die Objekte zu einer Szene zusammengesetzt und gegebenenfalls animiert.
Mit Google Blocks kann man jetzt interaktiv im virtuellen 3D-Raum 3D-Objekte einfach und schnell erstellen. Wie zuvor auch, werden danach diese Objekte zu einer Szene zusammengesetzt und gegebenenfalls animiert.
Im Folgenden zeigen wir, was konkret zu tun ist.
Quelle: vr.google.com/blocks
13
Zur Entwicklung virtueller Welten von Hand, kann man heute Web-Browser und JavaScript nutzen
Heutige Browser (nicht alle!) können mittlerweile virtuelle Welten stereoskopisch darstellen.
Zur Darstellung von interaktiven, grafischen 3D-Szenen im Internet kann man z.B. nutzen: - Virtual Reality Modeling Language (VRML) / Extensible 3D (X3D) mit - JavaScript-API WebVR
Beispiele sind
WebGL (Web Graphics Library) is a JavaScript API for rendering 3D graphics within any compatible web browser without the use of plug-ins https://developer.mozilla.org/de/docs/Web/API/WebGL_API
Three.js is a cross-browser JavaScript library/API used to create and display animated 3D computer graphics in a web browser. Three.js uses WebGL. https://threejs.org/
WebVR is an experimental JavaScript API that provides support for virtual reality devices in your browser. https://webvr.info/
Babylon js A complete JavaScript framework for building 3D games with HTML5, WebGL, WebVR and Web Audio https://www.babylonjs.com/
14
In vier einfachen Schritten kann man Objekte für eine 3D-Welt erzeugen.
15
Initialisierung auf Basis des Frameworks “WebVR Boilerplate”
OpenSource Framework: webvr-boilerplate https://github.com/borismus/webvr-boilerplate
WebVR Boilerplate A THREE.js-based starting point for VR experiences that work well in both Google Cardboard and other VR headsets.
16
Der Beispielcode zeigt die wenigen Schritte, um einen Würfel mit Textur im Raum zu positionieren und rotieren zu lassen.
17
Das Ergebnis als Screenshot.
18
Weitere Beispiele zeigt die
URL https://www.exxcellent.de/webvr/
URL im Browser am Smartphone aufrufen
Stereobild einschalten
Smartphone in VR-Brille einlegen
… Kopf drehen … und staunen!
Hinweise:
Objekte können kombiniert werden
Zur Kontrolle der Performance in der Darstellung: Viele Objekte können gruppiert werden. Sie werden dann wie ein Objekt behandelt
Video auf beliebigen Körpern können noch nicht alle Browser darstellen
19
Mit geringem Aufwand und wenig Infrastruktur kann jeder selbst seine Welt erzeugen.
Der Web-Server läuft im Internet, der auf die URL antwortet.
Rufen Sie vom Browser am Smartphone die URL, legen Sie das Smartphone in die VR- Brille und haben Sie Spaß!
Am Smartphone können heute die Browser Mozilla Firefox 5.1, Safari oder Chrome WebVR-Inhalte darstellen.
20
Alternative Erstellung von Objekten für virtuelle Welten
VR-Brille auf, Tool laden und los geht’s!
Mit Google Blocks steht seit Juli 2017 ein kostenfreies 3D VR-Werkzeug zur Verfügung.
Anstatt komplexe Software zu verwenden, soll der Zugang zur Modellierung von 3D- Objekten so intuitiver und einfacher werden. Erschaffene 3D-Objekte können als OBJ- Datei in Virtual-Reality- oder Augmented-Reality-Entwicklerprogramme exportiert werden. Außerdem können die Google-Block-Produkte online geteilt werden und Grundlage für GIF-Animationen bilden.
Quelle: vr.google.com/blocks
21
VR-Brille auf, Tool laden und los geht’s!
Ein Mitarbeiter der eXXcellent solutions startete mit einem kühnen Schwung. Nach und nach wurde daraus ein Stück eines Baumes.
Quelle: vr.google.com/blocks
22
Kommen wir zu den Beispiel-Anwendungen.
23
Das Schlüsselwort heißt: Visualisierung! Komplexe Zusammenhänge begehbar, erlebbar gestalten.
Beispiel Kommunen
In der Kombination von Konzepten der Virtuellen Realität (VR) mit Geo- Informationssystemen liegt ein hohes Anwendungspotenzial speziell im kommunalen Bereich.
Beispiele:
Visualisierung von Stadtplanung,
Schadstoffverteilung,
Tourismus- und Wirtschaftsförderung,
Visualisierung von Krisenszenarien
24
Das neue Google Street View: Erhöht die Akzeptanz bei Großprojekten, indem sie für jedermann virtuell begehbar sind.
Beispiel Stuttgart 21: https://www.aldingerwolf.com/vr/s21/smartvr.html?xml=3d/smartvr.xml
25
Beispiel Schulung und Qualitätssicherung
Wartung und Service
Prototypenbau
Medizin
Mixed-Reality: Einblenden von Zusatzinformationen zur Anleitung und Qualitätssicherung
26
Beispiel Schulung und Qualitätssicherung
Wartung und Service
Prototypenbau
Medizin
Mixed-Reality: Einblenden von Zusatzinformationen zur Anleitung und Qualitätssicherung
27
Beispiel Banken
Spiegelung der Realität in der virtuellen Welt:
virtuelle Bank besuchen,
Beratergespräche starten und das
Onlinebanking erledigen
Prototype Fidelity Stock City: Visualisierung von Geschäftsdaten Das komplette Depot wird im virtuellen Raum als Stadt abgebildet. Je höher das Hochhaus desto mehr Anlagevolumen, je breiter der Sockel desto größer der Umsatz. Schlechtes Wetter zeigt Kursverfall, gutes Wetter Kursanstieg. http://www.fidelitylabs.com/ Video: https://www.youtube.com/watch?v=YQ2-8_2Vwpw
28
Beispiel Big Data: Übersicht über Qualitätskennzahlen
Anonymisiertes Beispiel: Überblick über ca. 300.000 Qualitätskennzahlen zu etwa 650 Produkten, gruppiert in 35 Kategorien. (eXXcellent Prototype)
Je Produkt, Markt und Zeit wird der aktuellen Stand der Produktpflege in einer Qualitätskennzahl (ähnlich zu Schulnoten) abgebildet
Der Prototyp gibt eine Übersicht über die Qualitätskennzahlen - Je Kategorie - Je Produkt je Markt und Zeit einer Kategorie
Ziele - Überblick über den aktuellen Stand zur Produktpflege erhalten - Handlungsbedarf identifizieren und die Produktpflege gezielt verbessern
29
Aktuelle Entwicklungen
Standardisierung zur Programmierung der Hardware für 2018 erwartet OpenXR ist eine Programmierschnittstelle, die es Entwickler ermöglichen soll, ihre Anwendungen einfacher und kostengünstiger für mehrere VR-Headsets anzupassen. https://www.khronos.org/openxr
Direct Reality: Arbeitet Microsoft an einem eigenen Standard? https://vrodo.de/microsoft-arbeitet-an-universeller-grafikschnittstelle-fuer- virtual-reality/
Facebook 3D-Posts Mit Facebook 3D Posts sollen 3D Objekte auch im New Feed für ein noch interaktives Erlebnis sorgen.. http://www.futurebiz.de/artikel/facebook-3d-posts/
Facebook: Neue VR-Brille Oculus Go Facebook-Chef Mark Zuckerberg hat auf der Oculus-Entwicklerkonferenz eine Standalone-VR-Brille angekündigt. Oculus Go soll 199 US-Dollar kosten und Anfang 2018 ausgeliefert werden. Ziel ist laut Zuckerberg, eine Milliarde Menschen mit VR-Geräten wie Rift oder Go und VR-Anwendungen zu erreichen. https://vrodo.de/facebook-chef-virtual-reality-isoliert-nicht-sondern-verbindet/
VR-Brillen: Weiterentwicklungen in 2018 Leichter, höhere Auflösung, ohne Kabel https://vr-world.com/kommende-vr-brillen-2018/
30
Beispiel: Neues Rendering-Verfahren: Google Seurat
Das Verfahren von Seurat ist clever: Der Designer entscheidet, in welchem Bereich sich der Anwender in der virtuellen Realität aufhält. Seurat fertigt dann aus diesem Blickwinkelbereich heraus mehrere Aufnahmen an. Sie sind die Grundlage für eine neues, wesentlich einfacheres 3D- Modell, das lediglich aus dem besteht, was der Anwender im Spiel sehen kann. Für diesen Prozess ist dann aber doch ordentlich Rechenpower notwendig, die vorbereitenden Berechnungen finden vorab auf einer Hochleistungs-Workstation statt. Wie lange diese dauerten, verriet Google nicht.
Quelle: https://vrodo.de/googles-neuester-rendertrick-bringt-earth-vr-auf-mobile- geraete/
31
www.exxcellent.de
Exzellente Beratung und zukunftsorientierte Softwarelösungen für Ihre Unternehmensstrategien.
32