Designing a Vision-based Collaborative Augmented Reality Application for Industrial Training

Augmented reality is a variation of virtual reality. It allows the user to see computer generated virtual objects superimposed upon the real world through the use of some kind of see-through head-mounted display. Human users of such system can interact with the virtual world and have additional information, such as character description of physical objects and instruction for performing physical tasks in form of annotation, speech instruction, image, and 3D model. In this paper, we describe a prototype of a collaborative industrial teletraining system, based on distributed augmented reality. Distribution enables users on remote sites to collaborate on the training tasks by sharing the view of the local user equipped with a wearable computer. The users can interactively manipulate virtual objects that substitute for real objects, try out and discuss the training tasks. A new technique for identifying real world objects and estimating their coordinate systems is introduced. The method utilizes a Binary Square Marker, which can identify a great number of real world objects with markers tagged on them by using computer vision techniques. Zusammenfassung Augmented Reality (AR) stellt eine Variante der Virtuellen Realität dar. Mit AR-Techniken und innovativen Ausgabegeräten werden Benutzer in die Lage versetzt, rechnergenerierte virtuelle Objekte als eine Überlagerung der realen Umgebung wahrzunehmen. Die Benutzer solcher Systeme können mit der wahrgenommenen virtuellen Welt in Interaktion treten und mit zusätzlichen Informationen versorgt werden, wie etwa mit der textuellen Beschreibung physischer Objekte oder Anweisungen für durchzuführende Aufgaben in Form von Annotationen, Sprachinstruktionen, Bildern oder sogar 3D-Modellen. Im vorliegenden Aufsatz wird eine auf AR-Techniken beruhendes prototypisches System für das kollaborative Teletraining im industriellen Umfeld beschrieben. Durch die Anwendung verteilter AR-Techniken können auch Benutzer an entfernten Standorten das vom lokalen Benutzer Wahrgenommene sehen und so die gestellte Trainingsaufgabe kooperativ lösen. Die Benutzer können interaktiv virtuelle Objekte, die einen Ersatz für reale Objekte darstellen, manipulieren, mit ihnen experimentieren und die Trainingsaufgabe gemeinsam diskutieren. Es wird eine neue Technik für die Identifikation realer Objekte und die Bestimmung ihrer Koordinatensysteme vorgestellt. Die vorgeschlagene Methode nutzt sogenannte „Binary Square Marker“, die angebracht an realen Objekten die technische Voraussetzung für die Identifikation einer großen Anzahl realer Objekte mittels Techniken der Bilderkennung darstellen.