Schriftplatzierung in Augmented Reality Seminar Geoinformation SS 2004 (6. Sem) Referentin: Ines Sundermann Betreuer: Thomas Kolbe

Übersicht 1.Teil: Augmented Reality 2.Teil: Schriftplatzierung Beschreibung Anwendungsbeispiele HMD 2.Teil: Schriftplatzierung Wozu Beschriftung Probleme Realisiertes System

Augmented Reality = „Erweiterte Realität“ Realität und vom Computer generierte Bilder überlagern sich für den Betrachter z.B über eine Datenbrille oder ein semitransparentes Display werden Informationen (z.B. Beschriftung) scheinbar in die reale Umgebung eingeblendet Läuft interaktiv und in Echtzeit ab [Bell/Feiner/Höllerer01]  Virtuelle und reelle Objekte bestehen gleichzeitig

Anwendungsbeispiele Medizinische Visualisierung Montage und Reparatur [Höllerer/Feiner99] [ARPDA02] Seminar Geoinfo WS 01/02 S.Mesenholl Montage und Reparatur Navigations- und Informations- systeme

Optical see-through HMD HMD  am Kopf befestigter Display Geiger02 Projektion virtueller Objekte auf den halbdurchsichtigen Spiegel

Übersicht 1.Teil: Augmented Reality 2.Teil: Schriftplatzierung Beschreibung Anwendungsbeispiele HMD 2.Teil: Schriftplatzierung Wozu Beschriftung Probleme Realisiertes System

Beschriftung Identifiziert Objekte eindeutig [Bell/Feiner/Höllerer] Identifiziert Objekte eindeutig Vermittelt einfach und direkt Informationen Erleichtert Orientieren Schnellen Überblick Unmittelbares Erfassen einer Umgebung oder eines Sachverhaltes  Vermeidet Nachschlagen von Information

Probleme der Beschriftung Zuordnung eindeutig und intuitiv innerhalb oder in der Nähe des zugehörigen Objektes Texte beschreiben 3D-Objekte  Abstraktion Lesbarkeit Verdeckungen verhindern innerhalb der sichtbaren Objektteile oder überschreibbaren Bereiche Keine bestimmte Schriftgröße unterschreiten Kontinuität Vermeidung von flimmern und springen Übersichtlichkeit Prioritäten bestimmen Erscheinung

View-management Komponente Realisiertes System der Columbia University Bestimmt automatisch den räumlichen Aufbau von den auf die Sichtebene projizierten virtuellen und realen Objekten, durch: Beschränkungen der Label-Eigenschaften Wiedergabe der sichtbaren 3D-Objektteile Berücksichtigung der vorherigen Bildanordnungen  Kontinuität

Beispiel [Bell/Feiner/Höllerer]

Beispiel Reale 3D-Objekte (campus-Gebäude) durch virtuelle Labels (= Beschriftung, hier Namen) näher bestimmt Labels sind a) innerhalb des sichtbaren Gebäudeteils b) in der Nähe des Gebäudes (durch Pfeil mit Gebäude verbunden) Kein Label überlappt andere Labels, Gebäude oder Annotationen (= bildliche und textliche Anmerkungen) Annotationen können aufgerufen werden und verdecken keine anderen Objekte (einschließlich Kopf)

1. Labelbeschränkungen Anordnung des Layouts durch Einschränkung von Label-Eigenschaften Sichtbarkeit: - Verdeckung von versiegelten und Grün-Flächen - Labels können nur das zugehörige Gebäude überschreiben - Gesicht des gegenüberliegenden Beobachters darf nicht verdeckt werden Position: beschränken durch minimale und maximale Entfernung Größe: z.B maximale Schriftgröße bevorzugt Transparenz: minimiert z.B Verdeckung Priorität: bestimmt die Reihenfolge der Erscheinung z.B bei wenig Platz entfallen unwichtige Labels

2. View-management Ansatz View-management Pseudocode: for jedes Bild { berechne für alle nicht-steuerbaren Objekte die Darstellung in der Sichtebene for jedes steuerbare Objekt in Prioritätenreihenfolge { bestimme Objektposition und Größe (beruhend auf Beschränkungen und zeitlicher Kontinuität) if Objekt hat Sichtbarkeitsbeschränkungen die noch nicht behandelte steuerbare Objekte einschließen then füge Objekt in die Sichtebene hinzu }  ermöglicht Abfrage, wo Objekte wiedergegeben worden sind und wo nicht

Bestimmung der “largest empty-space rectangles“ Projektion der 3D-Objekte auf die Sichtebene Jede Projektion wird durch ein Rechteck abgegrenzt Approximation Die objektfreien Gebiet werden einfach bestimmbar Diese besteht aus achsen- ausgerichteten „largest empty-space rectangles“ jedes wird oben, unten, links und rechts von input-Rechtecken oder dem Darstellungsfeld begrenzt  Externe Labels und Annotationen werden in diese Rechtecke platziert  keine Verdeckung

Bestimmung der Sichtfläche Jede Objektprojektion bildet eine einzelne Ebene Diese Ebenen werden nach Sichtbarkeit sortiert (durch BSP-Baum) Ein neues 2D-Rechteck wird auf die Sichtebene zu einem bereits existierenden Rechteck hinzugefügt Die neue Abgrenzung schneidet einige largest empty-space rectangles  es entstehen neue Rechtecke  Die neuen Rechtecke innerhalb der largest empty- space rectangles sind die aktuell sichtbaren Objektteile

Ablauf der Textplatzierung Internes Labeling Bestimmung eines inneren größten Rechtecks in jedem sichtbaren Objektteil Label erscheint im Zentrum dieses Rechtecks Falls die minimale Schriftgröße unterschritten wird  Externes Labeling Werden in ausgewählter Reihenfolge abgearbeitet Auswählen eines geeigneten largest empty-space rectangles Darstellen der Labels auf der Sichtebene innerhalb dieses Rechtecks sobald es hergestellt ist  vermeidet, dass nachfolgende Labels dieses verdecken Falls kein geeignetes Rechteck existiert  Label entfällt

3. Zeitliche Kontinuität Problem: jede Objektanordnung der einzelnen Bilder wird unabhängig berechnet  Auftreten von visuellen Unstetigkeiten der Labelposition und Größe (Sprünge, Flimmern) Lösung: Berücksichtigung der vorherigen Bilder: Zustandshysterese: Vermeidet ständiges Wechseln in der Nähe von Grenzwerten min Ausblenden des Labels Einblenden des Labels Labelgröße absMin 2. Positionsstabilität: Sorgt dafür, dass Labels relativ zum zugehörigen Objekt ungefähr an derselben Stelle angeordnet werden 3. Interpolation: Minimiert unstetige Sprünge durch Interpolation von der vorherigen zur aktuellen Position

Zustandshysterese Zustandsübergangsdiagramm für ein Label: (absMin) = absolute minimale Schriftgröße (min) = anhaltende minimale Schriftgröße [Bell/Feiner/Höllerer] Ausblenden des Labels Einblenden des Labels Labelgröße min absMin

Fazit AR ergänzt die Wahrnehmung des Benutzers von der reellen Welt unter anderem durch Beschriftung von physikalischen Objekten Die Labels sind aber nur hilfreich, wenn sie leserlich und eindeutig zugeordnet werden sowie kontinuierlich erscheinen Zur Vereinfachung werden die Labels durch Rechtecke approximiert, die ins Objektinnere platziert werden oder bei zu wenig Platz auf überdeckbare Bereiche ausweichen

Literatur View Management for Virtual and Augmented Reality, 2001 Blaine Bell, Steven Feiner, Tobias Höllerer Visualization Viewpoints, 2002 Exploring MARS: developingindoor and outdoor user interfaces to a mobile augmented reality system, 1999 Steven Feiner, Tobias Höllerer ,Tachio Terauchi, Gus Rashid, Drexel Hallaway Recent Advances in Augmented Reality, 1997 Ronald Azuma Seminar Geoinformation WS 01/02:Mobile 3D-GIS: Positionierung Sandra Mesenholl Den Durchblick bewahren, 2001 Bernad Lukacin (Presseinformation)