DE102016006232A1 - Method and system for aligning a virtual model with a real object - Google Patents

Method and system for aligning a virtual model with a real object Download PDF

Info

Publication number
DE102016006232A1
DE102016006232A1 DE102016006232.0A DE102016006232A DE102016006232A1 DE 102016006232 A1 DE102016006232 A1 DE 102016006232A1 DE 102016006232 A DE102016006232 A DE 102016006232A DE 102016006232 A1 DE102016006232 A1 DE 102016006232A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
virtual
marker
real
relative
model
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102016006232.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Yevgen Kogan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KUKA Deutschland GmbH
Original Assignee
KUKA Roboter GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KUKA Roboter GmbH filed Critical KUKA Roboter GmbH
Priority to DE102016006232.0A priority Critical patent/DE102016006232A1/en
Priority to DE212017000139.9U priority patent/DE212017000139U1/en
Priority to PCT/EP2017/000589 priority patent/WO2017198331A1/en
Publication of DE102016006232A1 publication Critical patent/DE102016006232A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/30Determination of transform parameters for the alignment of images, i.e. image registration
    • G06T7/33Determination of transform parameters for the alignment of images, i.e. image registration using feature-based methods
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T19/00Manipulating 3D models or images for computer graphics
    • G06T19/006Mixed reality
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30204Marker

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ausrichtung eines virtuellen Modells (2) an einem realen Objekt (1), insbesondere in einer erweiterten Realität („Augmented Reality”), wobei an dem realen Objekt ein erster realer Marker (3) angeordnet ist, umfasst die Schritte:
– Erfassen (S20) einer Position (r) des ersten realen Markers;
– und
– Ausrichten (S20) des virtuellen Modells und eines virtuellen Markers (4') relativ zueinander entsprechend der Position des ersten realen Markers relativ zu dem realen Objekt;
wobei die Position (b) des virtuellen Markers relativ zu dem virtuellen Modell gegenüber der Position (v) des ersten realen Markers relativ zu dem realen Objekt eine Abweichung (a) aufweist; sowie die Schritte:
– Ermitteln (S20) einer Position (a) eines zweiten realen Markers (3') relativ zu dem ersten realen Marker; und
– Ermitteln (S30) der Abweichung auf Basis der ermittelten Position des zweiten realen Markers relativ zu dem ersten realen Marker.
A method according to the invention for aligning a virtual model (2) on a real object (1), in particular in an augmented reality, wherein a first real marker (3) is arranged on the real object, comprises the steps:
- detecting (S20) a position (r) of the first real marker;
- and
- aligning (S20) the virtual model and a virtual marker (4 ') relative to each other according to the position of the first real marker relative to the real object;
wherein the position (b) of the virtual marker relative to the virtual model has a deviation (a) from the position (v) of the first real marker relative to the real object; as well as the steps:
- determining (S20) a position (a) of a second real marker (3 ') relative to the first real marker; and
- determining (S30) the deviation on the basis of the determined position of the second real marker relative to the first real marker.

Figure DE102016006232A1_0001
Figure DE102016006232A1_0001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Ausrichtung eines virtuellen Modells an einem realen Objekt sowie ein Computerprogramm bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method and a system for aligning a virtual model with a real object and to a computer program or computer program product for carrying out the method.

Aus der eigenen DE 10 2007 059 478 B4 ist ein Verfahren zur Ausrichtung eines virtuellen Modells, das eine Repräsentation eines realen Objekts ist, an diesem realen Objekt bekannt.From your own DE 10 2007 059 478 B4 For example, a method of aligning a virtual model, which is a representation of a real object, to this real object is known.

Bezugnehmend auf 1 wird dabei durch eine Kamera 5 eine Position r eines realen Markers 3, der an einem realen Objekt 1 angeordnet ist, erfasst.Referring to 1 is doing by a camera 5 a position r of a real marker 3 that is attached to a real object 1 is arranged, recorded.

Die DE 10 2007 059 478 B4 schlägt vor, ein virtuelles Modell 2, das eine Repräsentation des realen Objekts 1 ist, und einen virtuellen Marker 4 relativ zueinander entsprechend der Position des Markers 3 relativ zu dem realen Objekt 1 auszurichten.The DE 10 2007 059 478 B4 suggests a virtual model 2 that is a representation of the real object 1 is, and a virtual marker 4 relative to each other according to the position of the marker 3 relative to the real object 1 align.

Hierdurch wird die Ausrichtung des virtuellen Modells 2 an dem realen Objekt 1 erleichtert, insbesondere die Ermittlung einer Position m eines modellfesten Koordinatensystems M in einem Weltkoordinatensystem I, in dem eine Position r des realen Markers 3 erfasst wird, derart, dass diese Position m mit der Position eines objektfesten Koordinatensystems O übereinstimmt, insbesondere durch Verknüpfung der Transformationen vor = m mit der bekannten Transformation v zwischen einem markerfesten Koordinatensystem R und dem objektfesten Koordinatensystem O. Auf diese Weise kann das realen Objekt 1 in einer erweiterten Realität („Augmented Reality”) mit dem virtuellen Modell 2 hinterlegt werden.This will change the orientation of the virtual model 2 on the real object 1 facilitates, in particular the determination of a position m of a model-fixed coordinate system M in a world coordinate system I, in which a position r of the real marker 3 is detected such that this position m coincides with the position of an object-fixed coordinate system O, in particular by linking the transformations vor = m with the known transformation v between a marker-fixed coordinate system R and the object-fixed coordinate system O. In this way, the real object 1 in augmented reality with the virtual model 2 be deposited.

Bevorzugt ist in der DE 10 2007 059 478 B4 die Position v des virtuellen Markers 4 relativ zu dem virtuellen Modell 2 gleich der Position v des realen Markers 4 relativ zu dem realen Objekt 1, wie in 1 für den virtuellen Marker 4 gestrichelt angedeutet.Is preferred in the DE 10 2007 059 478 B4 the position v of the virtual marker 4 relative to the virtual model 2 equal to the position v of the real marker 4 relative to the real object 1 , as in 1 for the virtual marker 4 indicated by dashed lines.

Dabei kann es jedoch vorkommen, dass der reale Marker 3 in einer solchen Position relativ zu dem realen Objekt 1, die zur Ausrichtung des virtuelles Modells 2 und virtuellen Markers 4 relativ zueinander günstig ist, im Betrieb von der Kamera 5 schlecht erfassbar und/oder nur schlecht am realen Objekt 1 ausrichtbar ist, beispielsweise, wenn dies in einer Abwandlung der 1 keine einander schneidende Kanten 1.1, 1.2 aufweist oder dergleichen.However, it can happen that the real marker 3 in such a position relative to the real object 1 that align the virtual model 2 and virtual marker 4 relative to each other is low, in operation by the camera 5 poorly detectable and / or only bad on the real object 1 is alignable, for example, if this is in a modification of 1 no intersecting edges 1.1 . 1.2 or the like.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere, das aus der DE 10 2007 059 478 B4 bekannte Verfahren, System bzw. Computerprogramm(produkt) zu verbessern.An object of the present invention is in particular that of the DE 10 2007 059 478 B4 known method, system or computer program (product) to improve.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 6 bzw. ein Computerprogramm(produkt) nach Anspruch 10 bzw. 11 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.This object is achieved by a method having the features of claim 1, a system having the features of claim 6 and a computer program (product) according to claim 10 and 11, respectively. The subclaims relate to advantageous developments.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Ausrichtung eines virtuellen Modells an einem realen Objekt, insbesondere in einer erweiterten Realität bzw. Augmented Reality, wobei an dem realen Objekt ein erster realer Marker angeordnet ist, die Schritte:

  • – Erfassen einer Position des ersten realen Markers; und
  • – Ausrichten des virtuellen Modells und eines virtuellen Markers relativ zueinander entsprechend, d. h. auf Basis, der Position des ersten realen Markers relativ zu dem realen Objekt, wobei die Position des virtuellen Markers relativ zu dem virtuellen Modell gegenüber der Position des ersten realen Markers relativ zu dem realen Objekt eine Abweichung aufweist. Insbesondere diesbezüglich wird ergänzend auf die eingangs genannte DE 10 2007 059 478 B4 Bezug genommen, deren Inhalt ausdrücklich vollinhaltlich zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird.
According to one embodiment of the present invention, a method for aligning a virtual model with a real object, in particular in augmented reality, wherein a first real marker is arranged on the real object, comprises the steps:
  • Detecting a position of the first real marker; and
  • Aligning the virtual model and a virtual marker relative to one another, ie, based on the position of the first real marker relative to the real object, the position of the virtual marker relative to the virtual model relative to the position of the first real marker relative to the first real object has a deviation. In particular, in this regard, in addition to the above-mentioned DE 10 2007 059 478 B4 Reference is made, the content of which is expressly the entire contents of the present disclosure.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren die Schritte:

  • – Ermitteln einer Position eines zweiten realen Markers relativ zu dem ersten realen Marker; und
  • – Ermitteln der Abweichung (der Position des virtuellen Markers relativ zu dem virtuellen Modell gegenüber der Position des ersten realen Markers relativ zu dem realen Objekt) auf Basis dieser ermittelten Position des zweiten realen Markers relativ zu dem ersten realen Marker, insbesondere derart, dass die Abweichung gleich der Position des zweiten relativ zu dem ersten realen Marker ist.
According to an embodiment of the present invention, the method comprises the steps of:
  • Determining a position of a second real marker relative to the first real marker; and
  • - Determining the deviation (the position of the virtual marker relative to the virtual model relative to the position of the first real marker relative to the real object) based on this determined position of the second real marker relative to the first real marker, in particular such that the deviation is equal to the position of the second relative to the first real marker.

Hierdurch können in einer Ausführung einerseits (weiterhin) die bereits in der DE 10 2007 059 478 B4 erläuterten Vorteile erreicht, insbesondere die Ausrichtung eines virtuellen Modells an einem realen Objekt verbessert, insbesondere vereinfacht und/oder beschleunigt und/oder präziser durchgeführt, werden, insbesondere, da die Ausrichtung von virtuellem Modell und Marker relativ zueinander regelmäßig einfacher und/oder präziser möglich ist als die Ausrichtung von virtuellem Modell und (Bild des) realen Objekts relativ zueinander.As a result, in one embodiment on the one hand (continue) that already in the DE 10 2007 059 478 B4 achieved explained advantages, in particular the alignment of a virtual model to a real object improved, in particular simplified and / or accelerated and / or performed more precisely, in particular, since the alignment of the virtual model and marker relative to each other regularly easier and / or more precise possible as the alignment of the virtual model and (image of) the real object relative to each other.

Zusätzlich kann in einer Ausführung anderseits der (erste) reale Marker, dessen Position im Betrieb erfasst wird, und auf dessen Basis das virtuelle Modell an dem realen Objekt ausgerichtet wird, besser platziert werden, insbesondere an Positionen, die im Betrieb gut, insbesondere durch eine Erfassungseinrichtung des Systems stets, erfassbar sind, und/oder an Positionen, an denen es nicht oder nur schwer exakt an dem realen Objekt ausgerichtet werden kann, insbesondere an Positionen ohne Kanten, Ecken, ebene Flächen oder dergleichen.In addition, in one embodiment, on the other hand, the (first) real marker, whose position is detected during operation, and on the basis of which the virtual model is aligned with the real object, can be placed better, especially at positions that are good in operation, in particular by a Detection device of the system are always detectable, and / or at positions where it can not or only with difficulty be aligned exactly to the real object, especially at positions without edges, corners, flat surfaces or the like.

Die Erfindung kann insbesondere vorteilhaft für eine erweitere Realität („Augmented Reality”) verwendet werden, die sich aus einem Bild einer realen Umgebung mit dem realen Objekt und diesem Bild überlagerten virtuellen Informationen zusammensetzt, die das virtuelle Modell enthalten. Dieses ist in einer Ausführung eine Repräsentation des realen Objekts. Hierzu kann es in einer Weiterbildung, wenigstens im Wesentlichen, die gleiche Außenkontur aufweisen wie das reale Objekt. Gleichermaßen kann ein virtuelles Modell, das eine Repräsentation des realen Objekts ist, beispielsweise eine unverformte Referenz- oder eine gewünschte Sollkonfiguration, kinematische Größen, insbesondere Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen, und/oder Koordinatensysteme des realen Objekts und/oder auf das reale Objekt wirkende Kräfte oder dergleichen umfassen, insbesondere hieraus bestehen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Augmented Reality Anwendungen beschränkt, sondern kann vorteilhaft insbesondere bei einer Bahnplanung oder Kollisionsvermeidung bei Robotern oder anderen Anwendungen eingesetzt werden, in denen ein virtuelles Modell an einem realen Objekt auszurichten ist. So liegt eine bevorzugte Anwendung in der Modellierung, Simulation, Planung, Optimierung und/oder Regelung eines Roboters oder einer automatisierten Produktionsanlage.In particular, the invention can be advantageously used for augmented reality, which is composed of an image of a real environment with the real object and virtual information superimposed on this image, which contain the virtual model. In one embodiment, this is a representation of the real object. For this purpose, in a further development, at least substantially, they can have the same outer contour as the real object. Similarly, a virtual model that is a representation of the real object, such as an undeformed reference or a desired set configuration, kinematic variables, in particular speeds and / or accelerations, and / or coordinate systems of the real object and / or acting on the real object forces or the like, in particular consist thereof. The present invention is not limited to augmented reality applications, but can be used to advantage particularly in path planning or collision avoidance in robots or other applications in which a virtual model is to be aligned with a real object. Thus, a preferred application is in the modeling, simulation, planning, optimization and / or regulation of a robot or an automated production plant.

Der erste reale Marker ist in einer Ausführung ein von dem realen Objekt separat ausgebildeter und an diesem befestigter oder in das Objekt integrierter Marker. Er kann in einer Weiterbildung insbesondere permanent, also dauerhaft, oder temporär, insbesondere lösbar, an dem Objekt befestigt sein bzw. werden. Hierzu kann der reale Marker in einer Ausführung auf das reale Objekt beispielsweise aufgedruckt, aufgespritzt, angeklebt, angeschraubt, verrastet, geklemmt oder auch nur unter Eigengewicht aufgesetzt sein.In one embodiment, the first real marker is a marker formed separately from the real object and attached thereto or integrated in the object. In a further development, it can be permanently attached to the object, in particular permanently, ie permanently or temporarily, in particular detachably. For this purpose, the real marker in one embodiment, for example, printed on the real object, sprayed on, glued, screwed, locked, clamped or even be placed only under its own weight.

Der zweite reale Marker wird in einer Ausführung zum Ermitteln seiner Position relativ zu dem ersten realen Marker temporär relativ zu dem Objekt ausgerichtet, so dass die Position eines gedachten, durch den zweiten Marker definierten Koordinatensystems relativ zu dem realen Objekt, insbesondere zu einem objektfesten Koordinatensystem festgelegt ist.In one embodiment, the second real marker is temporarily aligned relative to the object relative to the first real marker so that the position of an imaginary coordinate system defined by the second marker is fixed relative to the real object, in particular to an object-fixed coordinate system is.

In einer Ausführung werden eine Position des ersten realen, an dem Objekt angeordneten Markers und/oder des zweiten, temporär relativ zu dem Objekt ausgerichtet Markers in einem Weltkoordinatensystem erfasst. Mit Weltkoordinatensystem wird dabei ein Bezugssystem für das reale Objekt, beispielsweise ein Bezugssystem der zu augmentierenden Szene oder eines zu simulierenden Manipulators, insbesondere ein umgebungsfestes Koordinatensystem bezeichnet.In one embodiment, a position of the first real marker disposed on the object and / or the second marker temporarily aligned relative to the object are detected in a world coordinate system. In this case, a reference system for the real object, for example a reference system of the scene to be augmented or of a manipulator to be simulated, in particular an environment-fixed coordinate system is referred to as the world coordinate system.

In einer Ausführung weist der virtuelle Marker, dessen Position relativ zu dem virtuellen Modell gegenüber der Position des ersten realen Markers relativ zu dem realen Objekt die ermittelte Abweichung aufweist und der insofern (indirekt auch) dem ersten realen Marker zugeordnet ist, wenigstens im Wesentlichen dasselbe Aussehen, insbesondere dieselbe Kontur, Textur und/oder Farbe auf wie der zweite reale Marker.In one embodiment, the virtual marker whose position relative to the virtual model relative to the position of the first real marker relative to the real object has the determined deviation and which is insofar (indirectly) associated with the first real marker, at least substantially the same appearance , in particular the same contour, texture and / or color as the second real marker.

In einer Ausführung wird in der zu augmentierenden Szene das virtuelle Modell, beispielsweise mit Hilfe einer Maus oder einer anderen Eingabevorrichtung, so verschoben und/oder verdreht, dass die Position des virtuellen Markers relativ zu dem virtuellen Modell gleich der Position des zweiten realen Markers relativ zu dem realen Objekt ist oder demgegenüber eine bekannte (weitere) Abweichung aufweist. Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung der virtuelle Marker, wiederum beispielsweise mit Hilfe einer Maus oder einer anderen Eingabevorrichtung, so verschoben und/oder verdreht, dass die Position des virtuellen Markers relativ zu dem virtuellen Modell, das hierzu bevorzugt in einer gut erkennbaren Referenzposition dargestellt wird, gleich der Position des zweiten realen Markers relativ zu dem realen Objekt ist oder demgegenüber eine bekannte (weitere) Abweichung aufweist.In one embodiment, in the scene to be augmented, the virtual model is shifted and / or rotated, for example by means of a mouse or other input device, such that the position of the virtual marker relative to the virtual model equals the position of the second real marker relative to the real object or, by contrast, has a known (further) deviation. Additionally or alternatively, in one embodiment, the virtual marker, again for example with the help of a mouse or other input device, so shifted and / or rotated that the position of the virtual marker relative to the virtual model, this preferably in a clearly visible reference position is equal to the position of the second real marker relative to the real object or, on the other hand, has a known (further) deviation.

Anschließend kann der virtuelle Marker mit dem daran angehefteten virtuellen Modell unter Berücksichtigung der ermittelten Abweichung und gegebenenfalls der bekannten weiteren Abweichung automatisch an dem ersten realen Marker ausgerichtet werden, wodurch das Modell automatisch wie gewünscht zu dem Objekt ausgerichtet wird.Subsequently, the virtual marker with the virtual model attached to it can be automatically aligned with the first real marker taking into account the determined deviation and possibly the known further deviation, whereby the model is automatically aligned as desired with the object.

An Stelle der manuellen Positionierung des virtuellen Markers bzw. Modells mittels Maus oder einer anderen Eingabevorrichtung kann auch eine halbautomatische oder automatische Positionierung erfolgen. Hierzu können beispielsweise Kanten des virtuellen Markers, des virtuellen Modells und/oder des Bildes des zweiten realen Markers und/oder des realen Objektes halb- oder vollautomatisch extrahiert und anschließend, benutzergestützt oder vollautomatisch eine oder mehrere der extrahierten Kanten ausgewählt werden. So kann beispielsweise eine automatische Kantenextraktion sowohl am virtuellen Modell als auch am virtuellen Marker die begrenzenden Kanten extrahieren. Der Benutzer kann dann, beispielsweise mittels Maus, eine oder mehrere Kanten auswählen und vorgeben, dass die ausgewählten Kanten von virtuellem Modell und Marker übereinstimmen und so den virtuellen Marker relativ zum Modell präzise ausrichten.Instead of manual positioning of the virtual marker or model by means of a mouse or another input device, semi-automatic or automatic positioning can also be carried out. For this purpose, for example, edges of the virtual marker, the virtual model and / or the image of the second real marker and / or the real object can be extracted semiautomatically or fully automatically and subsequently, user-assisted or fully automatic, one or more of the extracted edges can be selected. For example, automatic edge extraction on both the virtual model and the virtual marker can extract the bounding edges. The user can then, for example by means of a mouse, select one or more edges and specify that the match selected edges of the virtual model and marker to precisely align the virtual marker relative to the model.

Die Positionen des ersten und/oder zweiten realen Markers können in einer Ausführung durch eine optische Einrichtung erfasst werden, die bevorzugt eine oder mehrere Kameras, insbesondere CCD-Kameras, und eine Bildverarbeitungseinrichtung umfasst, um ein von der bzw. den Kameras aufgenommenes Bild weiterzuverarbeiten, insbesondere virtuelle Modelle, Informationen und dergleichen in dem Bild darzustellen. Durch die Bildverarbeitungseinrichtung kann insbesondere die Position eines realen Markers, i. e. seine Lage und/oder Orientierung relativ zu einem Weltkoordinatensystem erfasst werden.The positions of the first and / or second real markers can in one embodiment be detected by an optical device, which preferably comprises one or more cameras, in particular CCD cameras, and an image processing device in order to further process an image recorded by the camera (s), in particular, to represent virtual models, information and the like in the image. In particular, the position of a real marker, i. e. its position and / or orientation relative to a world coordinate system.

Um diese Erfassung zu erleichtern und die Erfassungsqualität zu verbessern, sind/ist der erste und/oder zweite reale Marker bevorzugt so ausgebildet, dass seine Position von einer Kamera und einer Bildverarbeitungseinrichtung gut erfasst werden kann. Insbesondere kann der reale Marker hierzu eine oder mehrere geometrische Figuren, beispielsweise Punkte, Rechtecke oder dergleichen aufweisen, die relativ zueinander eine vorgegebene Anordnung aufweisen und so die Position eines Koordinatensystems des realen Markers festlegen. Bevorzugt weisen/weist der erste und/oder zweite reale Marker stark kontrastierende Abschnitte, insbesondere Abschnitte in Komplementärfarben, Hell/Dunkel oder in Schwarz/Weiß auf. Solche geometrischen Figuren oder andere durch die Bildverarbeitung erfassbaren Kodierungen können vorteilhaft auch den jeweiligen realen Marker identifizieren. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn in einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung an mehreren, insbesondere an allen realen Objekten einer zu augmentierenden Szene je ein erster realer Marker angeordnet wird, um an diesen Objekten je ein virtuelles Modell auszurichten.In order to facilitate this detection and to improve the detection quality, the first and / or second real marker is / are preferably designed so that its position can be well detected by a camera and an image processing device. In particular, the real marker for this purpose can have one or more geometric figures, for example points, rectangles or the like, which have a predetermined arrangement relative to one another and thus determine the position of a coordinate system of the real marker. The first and / or second real marker preferably have / have strongly contrasting sections, in particular sections in complementary colors, light / dark or in black / white. Such geometric figures or other codings that can be detected by the image processing can advantageously also identify the respective real marker. This is particularly advantageous if, in a preferred embodiment of the present invention, a first real marker is arranged on a plurality of, in particular all real objects of a scene to be augmented, in order to align a virtual model with these objects.

In einer Ausführung werden bzw. sind der virtuelle Marker und das virtuelle Modell relativ zueinander so ausgerichtet, dass die Position des virtuellen Marker relativ zu dem virtuellen Modell gleich der Position des zweiten realen Markers relativ zu dem realen Objekt ist oder demgegenüber eine bzw. die bekannte weitere Abweichung aufweist, beispielsweise um einen vorbestimmten Winkel, etwa 90°, verdreht ist. Insbesondere hierzu ist es vorteilhaft, den virtuellen Marker so auszubilden, dass er eine für das Augmented Reality System geeignete Repräsentation des zweiten realen Markers darstellt, i. e. diesem insbesondere in seiner Kontur, Texturierung und dergleichen gleicht, um dem Anwender die Zuordnung der einzelnen Paare virtueller und zweiter realer Marker zu erleichtern. Dies erhöht auch die intuitive Anwendbarkeit des Verfahrens.In one embodiment, the virtual marker and the virtual model are oriented relative to one another such that the position of the virtual marker relative to the virtual model is equal to or opposite the position of the second real marker relative to the real object has further deviation, for example, by a predetermined angle, about 90 °, is rotated. In particular for this purpose it is advantageous to design the virtual marker in such a way that it represents a representation of the second real marker suitable for the augmented reality system, i. e. This is similar in particular to its contour, texturing and the like in order to facilitate the assignment of the individual pairs of virtual and second real markers to the user. This also increases the intuitive applicability of the method.

Fluchten eine Marker- und eine Objekt- bzw. Modellkante miteinander, verbleibt zwischen Marker und Objekt bzw. Modell noch der Drehfreiheitsgrad um diese Kante und der translatorische Freiheitsgrad entlang dieser Kante. Daher wird in einer Ausführung der zweite reale bzw. der virtuelle Marker so an dem realen Objekt bzw. virtuellen Modell ausgerichtet, dass eine Kante und eine Ecke des Markers mit einer Kante und einer Ecke des Objekts bzw. Modells fluchten bzw. übereinstimmen.If a marker edge and an object or model edge are aligned with each other, the rotational degree of freedom around this edge remains between the marker and the object or model, and the translational degree of freedom along this edge. Therefore, in one embodiment, the second real or virtual marker is aligned with the real object or virtual model so that an edge and a corner of the marker align with an edge and a corner of the object or model.

In einer Ausführung ist die Position des virtuellen Markers relativ zu dem virtuellen Modell gleich der Position des zweiten realen Markers relativ zu dem realen Objekt, welche ihrerseits von der Position des ersten realen Markers relativ zu dem realen Objekt verschieden ist, oder weist demgegenüber eine bzw. die bekannte weitere Abweichung auf. Hierdurch kann die Ausrichtung des virtuellen Markers und/oder Modells verbessert, insbesondere vereinfacht und/oder rasche und/oder mit größerer Präzision durchgeführt werden.In one embodiment, the position of the virtual marker relative to the virtual model is equal to or opposite to the position of the second real marker relative to the real object, which in turn is different from the position of the first real marker relative to the real object. the known further deviation. As a result, the orientation of the virtual marker and / or model can be improved, in particular simplified and / or performed rapidly and / or with greater precision.

Unter einer Position wird vorliegend insbesondere eine, insbesondere ein-, zwei- oder dreidimensionale, insbesondere kartesische, Lage und/oder Orientierung verstanden, insbesondere zwischen entsprechenden Koordinatensystemen, insbesondere eine Transformation zwischen entsprechenden Koordinatensystemen. Dementsprechend bezeichnet das Symbol „o” vorliegend ohne Beschränkung der Allgemeinheit insbesondere allgemein eine Verknüpfung von Transformationen, beispielsweise eine Multiplikation von Denavit-Hartenberg-Matrizen, eine Multiplikation von Rotationsmatrizen und Addition von translatorischen Verschiebungen oder dergleichen.In the present case, a position is understood to mean, in particular, one, in particular one, two or three dimensional, in particular Cartesian, position and / or orientation, in particular between corresponding coordinate systems, in particular a transformation between corresponding coordinate systems. Accordingly, in this case, the symbol "o" designates, in particular without limitation of generality, in general a combination of transformations, for example a multiplication of Denavit-Hartenberg matrices, a multiplication of rotation matrices and addition of translatory displacements or the like.

In einer Ausführung werden das virtuelle Modell und der virtuelle Marker auf einer gemeinsamen virtuellen Ebene angeordnet, insbesondere aufgelegt, und/oder an einer virtuellen Kante relativ zueinander ausgerichtet. Zusätzlich oder alternativ werden in einer Ausführung der zweite reale Marker und das realen Objekt auf einer gemeinsamen realen Ebene angeordnet, insbesondere aufgelegt, und/oder an einer realen Kante relativ zueinander ausgerichtet, wobei in einer Weiterbildung die virtuelle Ebene eine Repräsentation der realen Ebene und/oder die virtuelle Kante eine Repräsentation der realen Kante ist.In one embodiment, the virtual model and the virtual marker are arranged on a common virtual plane, in particular laid on, and / or aligned relative to one another on a virtual edge. Additionally or alternatively, in one embodiment, the second real marker and the real object are arranged on a common real plane, in particular laid on, and / or aligned relative to one another on a real edge, wherein in a development the virtual plane represents a representation of the real plane and / or or the virtual edge is a representation of the real edge.

Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auch reale Objekte, die keine ebenen Flächen aufweisen, regelmäßig auf einer realen Ebene aufgelegt werden können und so eine definierte Ausrichtung des zweiten realen Markers bzw. eines durch diesen definierten Koordinatensystems relativ zu dem Objekt bzw. einem objektfesten Koordinatensystem ermöglichen, insbesondere, wenn der zweite reale Marker auch auf der gemeinsamen realen Ebene liegt und an der (gemeinsamen) realen Kante ausgerichtet wird.This is based on the knowledge that even real objects that have no flat surfaces can be regularly placed on a real plane and so a defined orientation of the second real marker or a coordinate system defined by this relative to the object or an object-fixed coordinate system especially if the second real marker is also on the common real plane and is aligned at the (common) real edge.

In einer Ausführung werden/wird das virtuelle Modell und/oder der virtuelle Marker virtuell um die virtuelle Kante gedreht, bis es bzw. er auf der gemeinsamen virtuellen Ebene aufliegend angeordnet ist bzw. aufliegt. Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung ein virtueller Kontaktpunkt des virtuellen Modells und/oder des virtuellen Markers mit der gemeinsamen virtuellen Ebene vorgegeben, der von der virtuellen Kante beabstandet ist.In one embodiment, the virtual model and / or the virtual marker is virtually rotated about the virtual edge until it or it rests on the common virtual plane. Additionally or alternatively, in one embodiment, a virtual contact point of the virtual model and / or the virtual marker is provided with the common virtual plane, which is spaced from the virtual edge.

Hierdurch kann ein Drehfreiheitsgrad um die Kante aufgelöst werden.This allows a rotational degree of freedom to be resolved around the edge.

In einer Ausführung wird das virtuelle Modell an dem realen Objekt entsprechend, d. h. auf Basis, der erfassten Position des ersten realen Markers, der Position des virtuellen Markers relativ zu dem virtuellen Modell und der ermittelten Abweichung sowie gegebenenfalls der bekannten weiteren Abweichung ausgerichtet. Insbesondere wenn in einer Ausführung die Position des virtuellen Markers relativ zu dem virtuellen Modell gleich der Position des zweiten realen Markers relativ zu dem realen Objekt ist oder demgegenüber die bekannte weitere Abweichung aufweist und diese Position des zweiten realen Markers relativ zu dem realen Objekt ihrerseits aufgrund der Ausrichtung von zweitem realen Marker und realem Objekt relativ zueinander bekannt ist, kann von der erfassten Position des ersten realen Markers aus unter Berücksichtigung der ermittelten Abweichung die Position des virtuellen Markers und von dieser dann, gegebenenfalls unter Berücksichtigung der bekannten weiteren Abweichung, die Position des virtuellen Modells ermittelt und dieses somit an dem realen Objekt ausgerichtet werden.In one embodiment, the virtual model corresponding to the real object, i. H. based on the detected position of the first real marker, the position of the virtual marker relative to the virtual model and the determined deviation, and optionally the known further deviation aligned. In particular, if in one embodiment the position of the virtual marker relative to the virtual model is equal to the position of the second real marker relative to the real object or if it has the known further deviation and that position of the second real marker relative to the real object itself Alignment of second real marker and real object is known relative to each other, from the detected position of the first real marker taking into account the deviation determined, the position of the virtual marker and from this then, possibly taking into account the known further deviation, the position of the virtual Model determined and this are thus aligned with the real object.

Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein System, insbesondere ein Augmented Reality System, zur Ausrichtung eines virtuellen Modells an einem realen Objekt, insbesondere hard- und/oder software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf:
Erfassungsmittel zum Erfassen einer Position des ersten realen Markers; und Ausrichtemittel zum Ausrichten des virtuellen Modells und des virtuellen Markers relativ zueinander entsprechend, d. h. auf Basis, der Position des ersten realen Markers relativ zu dem realen Objekt, wobei die Position des virtuellen Markers relativ zu dem virtuellen Modell gegenüber der Position des ersten realen Markers relativ zu dem realen Objekt eine Abweichung aufweist;
wobei das Ausrichtemittel aufweist:
Mittel zum Ermitteln der Position des zweiten realen Markers relativ zu dem ersten realen Marker; und
Mittel zum Ermitteln der Abweichung auf Basis der ermittelten Position des zweiten realen Markers relativ zu dem ersten realen Marker, insbesondere derart, dass die Abweichung gleich der Position des zweiten relativ zu dem ersten realen Marker ist.
According to one embodiment of the present invention, a system, in particular an augmented reality system, for aligning a virtual model with a real object, in particular hardware and / or software, in particular program technology, for implementing a method described herein and / or has :
Detecting means for detecting a position of the first real marker; and alignment means for aligning the virtual model and the virtual marker relative to one another, ie based on, the position of the first real marker relative to the real object, the position of the virtual marker relative to the virtual model relative to the position of the first real marker relative has a deviation to the real object;
wherein the alignment means comprises:
Means for determining the position of the second real marker relative to the first real marker; and
Means for determining the deviation on the basis of the determined position of the second real marker relative to the first real marker, in particular such that the deviation is equal to the position of the second relative to the first real marker.

In einer Ausführung weist das System auf:
Mittel zum Anordnen, insbesondere Auflegen, des virtuellen Modells und des virtuellen Markers auf einer gemeinsamen virtuellen Ebene und/oder zum Ausrichten des virtuellen Modells und des virtuellen Markers an einer virtuellen Kante relativ zueinander; und/oder
Mittel zum virtuellen Drehen des virtuellen Modells und/oder des virtuellen Markers um die virtuelle Kante, bis es bzw. er auf der gemeinsamen virtuellen Ebene aufliegt, und/oder zum Vorgeben eines virtuellen Kontaktpunkts des virtuellen Modells und/oder des virtuellen Markers mit der gemeinsamen virtuellen Ebene, der von der virtuellen Kante beabstandet ist; und/oder
Mittel zum Ausrichten des virtuellen Modells an dem realen Objekt entsprechend, d. h. auf Basis, der erfassten Position des ersten realen Markers, der Position des virtuellen Markers relativ zu dem virtuellen Modell und der ermittelten Abweichung sowie gegebenenfalls der bekannten weiteren Abweichung.
In one embodiment, the system has:
Means for arranging, in particular placing, the virtual model and the virtual marker on a common virtual plane and / or for aligning the virtual model and the virtual marker on a virtual edge relative to one another; and or
Means for virtually rotating the virtual model and / or the virtual marker around the virtual edge until it rests on the common virtual plane and / or for specifying a virtual contact point of the virtual model and / or the virtual marker with the common one virtual plane spaced from the virtual edge; and or
Means for aligning the virtual model with the real object corresponding to, ie based on, the detected position of the first real marker, the position of the virtual marker relative to the virtual model and the determined deviation, and possibly the known further deviation.

Unter einem Ausrichten eines virtuellen Modells an einem realen Objekt wird vorliegend insbesondere verstanden, dass eine Position des virtuellen Modells bzw. modellfesten Koordinatensystems, insbesondere in einer augmentierten Szene, mit einer Position des realen Objekts bzw. objektfesten Koordinatensystems, insbesondere eines Abbildes des realen Objekts in der augmentierten Szene, übereinstimmt bzw. das virtuelle Modell entsprechend einer (mittels des ersten realen Markers) erfassten Position bzw. Bewegung des realen Objekts positioniert bzw. (mit) bewegt wird. Dies kann in einer Ausführung durch entsprechende Transformation des virtuellen Modells und/oder Abbildes des realen Objekts in der augmentierten Szene erfolgen.In this case, aligning a virtual model to a real object is understood in particular to mean that a position of the virtual model or model-fixed coordinate system, in particular in an augmented scene, with a position of the real object or object-fixed coordinate system, in particular an image of the real object in FIG the augmented scene, or the virtual model is positioned or moved in accordance with a position or movement of the real object (detected by means of the first real marker). This can be done in one embodiment by appropriate transformation of the virtual model and / or image of the real object in the augmented scene.

Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere ein virtuelles Modell an einem realen Objekt ausrichten kann.A means in the sense of the present invention may be designed in terms of hardware and / or software, in particular a data or signal-connected, preferably digital, processing, in particular microprocessor unit (CPU) and / or a memory and / or bus system or multiple programs or program modules. The CPU may be configured to execute instructions implemented as a program stored in a memory system, to capture input signals from a data bus, and / or to output signals to a data bus. A storage system may comprise one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid state and / or other non-volatile media. The program may be such that it uses the methods described herein so that the CPU can perform the steps of such methods and, in particular, can align a virtual model with a real object.

In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens manuell, halbautomatisch oder – vorzugsweise wahlweise – automatisch durchgeführt, insbesondere durch das System bzw. seine Mittel.In one embodiment, one or more, in particular all, steps of the method are performed manually, semi-automatically or-preferably optionally-automatically, in particular by the system or its means.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:Further advantages and features emerge from the subclaims and the exemplary embodiments. This shows, partially schematized:

1: eine zu augmentierende Szene mit einem realen Objekt und dessen noch nicht ausgerichtetem virtuellen Modell; und 1 : a scene to be augmented with a real object and its not yet aligned virtual model; and

2: ein Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. 2 A method according to an embodiment of the present invention.

1 zeigt eine zu augmentierende Szene mit einem realen Objekt 1 und dessen noch nicht ausgerichtetem virtuellen Modell 2 sowie eine Kamera 5 und ein Ausrichtemittel in Form eines entsprechend programmierten Computers 10 zur Ausrichtung des virtuellen Modells 2 an dem realen Objekt 1 in der augmentierten Szene nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. 1 shows a scene to be augmented with a real object 1 and its not yet aligned virtual model 2 as well as a camera 5 and an alignment means in the form of a suitably programmed computer 10 to align the virtual model 2 on the real object 1 in the augmented scene according to an embodiment of the present invention.

In einem Schritt S10 wird an dem realen Objekt 1 an einer von der Kamera 5 im Betrieb gut erfassbaren Position ein erster realer Marker 3 angeordnet.In a step S10, on the real object 1 on one of the camera 5 In operation well detectable position a first real marker 3 arranged.

Dabei müssen nicht, wie in 1 gezeigt, Kanten 3.1, 3.2 des ersten realen Markers 3 mit Kanten 1.1, 1.2 des realen Objekts 1 fluchten. Vielmehr kann das in 1 nur schematisiert dargestellte reale Objekt 1 an der Position des ersten realen Markers 3 beliebig geformt sein, beispielsweise Freiformflächen oder dergleichen aufweisen.It does not have, as in 1 shown edges 3.1 . 3.2 the first real marker 3 with edges 1.1 . 1.2 of the real object 1 aligned. Rather, that can be done in 1 only schematically represented real object 1 at the position of the first real marker 3 be formed arbitrarily, for example, free-form surfaces or the like.

Zuvor, anschließend oder parallel werden das realen Objekt 1 und ein zweiter realer Marker 3' auf einer gemeinsamen realen Ebene 6 aufliegend angeordnet und an einer realen Kante 1.3 des Objekts 1 bzw. 3.3 des zweiten Markers 3' relativ zueinander ausgerichtet, so dass die beiden Kanten 1.3, 3.3 miteinander fluchten und Ecken 1.4 des Objekts bzw. 3.4 des zweiten realen Marker 3' übereinstimmen.Before, subsequently or in parallel become the real object 1 and a second real marker 3 ' on a common real level 6 lying on a real edge 1.3 of the object 1 respectively. 3.3 the second marker 3 ' oriented relative to each other so that the two edges 1.3 . 3.3 aligned with each other and corners 1.4 of the object or 3.4 of the second real marker 3 ' to match.

In einem Schritt S20 werden durch die Kamera 5 eine Position r des ersten Markers 3 und eine Position r' des zweiten Markers 3' (relativ zur Kamera bzw. einem Weltkoordinatensystem I) erfasst und durch den Computer 10 eine Position a des zweiten Markers 3' relativ zu dem ersten Marker 3 ermittelt.In a step S20, the camera 5 a position r of the first marker 3 and a position r 'of the second marker 3 ' (relative to the camera or a world coordinate system I) detected and by the computer 10 a position a of the second marker 3 ' relative to the first marker 3 determined.

Zuvor, anschließend oder parallel werden in einer Anzeigeeinrichtung des Computers 10 das virtuelle Modell 2 und ein virtueller Marker 4' dargestellt.Previously, subsequently or in parallel, in a display device of the computer 10 the virtual model 2 and a virtual marker 4 ' shown.

Durch einen Anwender werden mittels einer Eingabeeinrichtung des Computers 10, beispielsweise eine Maus, ein Spaceball oder dergleichen, das virtuelle Modell 2 und der virtuelle Marker 4' relativ zueinander derart ausgerichtet, dass die Position b des virtuellen Markers 4' bzw. dessen Koordinatensystem V' relativ zu dem virtuellen Modell 2 bzw. dessen modellfestem Koordinatensystem M gleich der Position b des zweiten realen Markers 3' bzw. dessen Koordinatensystem R' relativ zu dem realen Objekt 1 bzw. dessen objektfestem Koordinatensystem O ist, die ihrerseits von der Position v des ersten realen Markers 3 bzw. dessen Koordinatensystem R relativ zu dem realen Objekt 1 bzw. dessen objektfestem Koordinatensystem O verschieden, jedoch aufgrund der Ausrichtung von zweitem realen Markers 3' und Objekt 1 zueinander bekannt ist. In einer nicht dargestellten Abwandlung könnte die Position des virtuellen Markers 4' (bzw. dessen Koordinatensystem V') relativ zu dem virtuellen Modell 2 (bzw. dessen modellfestem Koordinatensystem M) gegenüber der Position des zweiten realen Markers 3' (bzw. dessen Koordinatensystem R') relativ zu dem realen Objekt 1 (bzw. dessen objektfestem Koordinatensystem O) auch eine bekannte weitere Abweichung aufweisen, beispielsweise um 90° verdreht sein.By a user are by means of an input device of the computer 10 For example, a mouse, a space ball or the like, the virtual model 2 and the virtual marker 4 ' relative to each other aligned such that the position b of the virtual marker 4 ' or its coordinate system V 'relative to the virtual model 2 or its model-fixed coordinate system M equal to the position b of the second real marker 3 ' or its coordinate system R 'relative to the real object 1 or its object-fixed coordinate system O, in turn, from the position v of the first real marker 3 or its coordinate system R relative to the real object 1 or its object-fixed coordinate system O different, but due to the orientation of the second real marker 3 ' and object 1 is known to each other. In a modification, not shown, the position of the virtual marker 4 ' (or its coordinate system V ') relative to the virtual model 2 (or its model-fixed coordinate system M) relative to the position of the second real marker 3 ' (or its coordinate system R ') relative to the real object 1 (or the object-fixed coordinate system O) also have a known further deviation, for example, be rotated by 90 °.

Zum (virtuellen) Ausrichten werden zunächst eine Kante 2.3 des virtuellen Modells 2 und der virtuelle Marker 4' auf einer gemeinsamen virtuellen Ebene 7 angeordnet und virtuelles Modell 2 und virtueller Marker 4' an der Kante 2.3 des virtuellen Modells 2 bzw. 4.3 des virtuellen Markers 4' relativ zueinander ausgerichtet, so dass die beiden Kanten 2.3, 4.3 miteinander fluchten und eine Ecke 2.4 des Modells und eine Ecke 4.4 des virtuellen Markers 4' übereinstimmen.For (virtual) alignment, first an edge 2.3 of the virtual model 2 and the virtual marker 4 ' on a common virtual level 7 arranged and virtual model 2 and virtual markers 4 ' on the edge 2.3 of the virtual model 2 respectively. 4.3 the virtual marker 4 ' oriented relative to each other so that the two edges 2.3 . 4.3 Aligned and a corner 2.4 of the model and a corner 4.4 the virtual marker 4 ' to match.

Um den verbleibenden Drehfreiheitsgrad zwischen Modell 2 und virtuellem Marker 4' präzise und in Übereinstimmung mit der Position b des zweiten realen Markers 3' relativ zum Objekt 1 festzulegen, wird dann das Modell 2 virtuell um seine Kante 2.3 gedreht, bis es auf der gemeinsamen virtuellen Ebene 7 aufliegt.To the remaining rotational degree of freedom between model 2 and virtual marker 4 ' precise and in accordance with the position b of the second real marker 3 ' relative to the object 1 then set the model 2 virtually around its edge 2.3 Turned until it's on the common virtual level 7 rests.

Alternativ können Modell 2 und virtueller Marker 4' bereits in der in 1 gezeigten Orientierung auf der gemeinsamen virtuellen Ebene 7 aufliegend angeordnet und an der Kante 2.3 des virtuellen Modells 2 bzw. 4.3 des virtuellen Markers 4' relativ zueinander ausgerichtet und hierzu ein virtueller Kontaktpunkt 2.5 des virtuellen Modells 2 mit der gemeinsamen virtuellen Ebene 7 durch den Anwender mittels der Eingabeeinrichtung vorgegeben, insbesondere in der Darstellung angeklickt, werden. Auch hierdurch kann der Drehfreiheitsgrad zwischen Modell 2 und virtuellem Marker 4' präzise und in Übereinstimmung mit der Position b des zweiten realen Markers 3' relativ zum Objekt 1 festgelegt werden.Alternatively, model 2 and virtual markers 4 ' already in the in 1 shown orientation on the common virtual level 7 lying on the edge and resting 2.3 of the virtual model 2 respectively. 4.3 the virtual marker 4 ' aligned relative to each other and this a virtual point of contact 2.5 of the virtual model 2 with the common virtual layer 7 specified by the user by means of the input device, in particular clicked in the representation are. Also by this can the rotational degree of freedom between model 2 and virtual marker 4 ' precise and in accordance with the position b of the second real marker 3 ' relative to the object 1 be determined.

Alternativ oder zusätzlich könnte in gleicher Weise auch der virtuelle Marker 4' verdreht werden, bis er in der virtuellen Ebene 7 liegt, oder ein virtueller Kontaktpunkt des virtuellen Markers 4' mit der virtuellen Ebene 7 vorgegeben, insbesondere angeklickt, werden.Alternatively or additionally, the virtual marker could also be used in the same way 4 ' be twisted until he is in the virtual plane 7 is, or a virtual contact point of the virtual marker 4 ' with the virtual level 7 given, in particular, clicked.

Der Computer 10 ermittelt in einem Schritt S30 eine Abweichung a der Position b des virtuellen Markers 4' bzw. dessen Koordinatensystem V' relativ zu dem virtuellen Modell 2 bzw. dessen modellfesten Koordinatensystem M gegenüber der Position v des ersten realen Markers 3 bzw. dessen Koordinatensystem R relativ zu dem realen Objekt 1 bzw. dessen objektfesten Koordinatensystem O auf Basis der ermittelten Position a des zweiten realen Markers 3' bzw. dessen Koordinatensystem R' relativ zu dem ersten realen Marker 3 bzw. dessen Koordinatensystem R: b = v o a.The computer 10 determines a deviation a of the position b of the virtual marker in a step S30 4 ' or its coordinate system V 'relative to the virtual model 2 or its model-fixed coordinate system M with respect to the position v of the first real marker 3 or its coordinate system R relative to the real object 1 or its object-fixed coordinate system O on the basis of the determined position a of the second real marker 3 ' or its coordinate system R 'relative to the first real marker 3 or its coordinate system R: b = vo a.

Somit werden das virtuelle Modell 2 und der virtuelle Marker 4' relativ zueinander entsprechend, d. h. auf Basis der Position v des ersten realen Markers 3 relativ zu dem Objekt 1 ausgerichtet, wobei die Position b des virtuellen Markers 4' relativ zu dem Modell 2 gegenüber dieser Position v die ermittelte Abweichung a aufweist.Thus, the virtual model 2 and the virtual marker 4 ' relative to one another, ie based on the position v of the first real marker 3 relative to the object 1 aligned, where the position b of the virtual marker 4 ' relative to the model 2 relative to this position v has the determined deviation a.

In der augmentierten Szene kann nun das virtuelle Modell 2 automatisch an dem realen Objekt 1 ausgerichtet werden, indem sozusagen der virtuelle Marker 4' mit daran angeheftetem virtuellen Modell 2 mit dem realen Marker 3 – unter Berücksichtigung obiger Abweichung a – zur Deckung gebracht wird. Hierzu wird die Position m des Modells 2 bzw. dessen modellfesten Koordinatensystems M relativ zum Koordinatensystem 1, in dem die Position r des ersten realen Markers 3 mittels der Kamera 5 erfasst wird, in der augmentierten Szene bestimmt: m = b o a o r mit der (kamera) erfassten Position r, der ermittelten Abweichung a zwischen v und b und der aufgrund der Ausrichtung 1.33.3, 1.43.4 bekannten Position b des zweiten realen Markers 3' relativ zu dem Objekt 1.In the augmented scene can now the virtual model 2 automatically on the real object 1 be aligned by, so to speak, the virtual marker 4 ' with attached virtual model 2 with the real marker 3 - taking into account the above deviation a - is brought to cover. For this purpose, the position m of the model 2 or its model-fixed coordinate system M relative to the coordinate system 1 in which the position r of the first real marker 3 by means of the camera 5 determined in the augmented scene: m = boaor with the (camera) detected position r, the determined deviation a between v and b and the due to the orientation 1.3 3.3 . 1.4 3.4 known position b of the second real marker 3 ' relative to the object 1 ,

Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.Although exemplary embodiments have been explained in the foregoing description, it should be understood that a variety of modifications are possible. It should also be noted that the exemplary embodiments are merely examples that are not intended to limit the scope, applications and construction in any way. Rather, the expert is given by the preceding description, a guide for the implementation of at least one exemplary embodiment, with various changes, in particular with regard to the function and arrangement of the components described, can be made without departing from the scope, as it turns out according to the claims and these equivalent combinations of features.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
reales Objektreal object
1.1–1.31.1-1.3
Kanteedge
1.41.4
Eckecorner
22
virtuelles Modellvirtual model
2.1–2.32.1-2.3
Kanteedge
2.42.4
Eckecorner
2.52.5
Kontaktpunktcontact point
33
erster realer Markerfirst real marker
3'3 '
zweiter realer Markersecond real marker
3.1–3.33.1-3.3
Kanteedge
3.43.4
Eckecorner
4; 4'4; 4 '
virtueller Markervirtual marker
4.1–4.34.1-4.3
Kanteedge
4.44.4
Eckecorner
55
Kameracamera
66
reale Ebenereal level
77
virtuelle Ebenevirtual level
1010
Computercomputer
aa
ermittelte Abweichung = Position zweiter relativ zu erstem realen Markerdetermined deviation = position second relative to the first real marker
bb
Position virtueller/zweiter realer Marker zu Modell/ObjektPosition of virtual / second real marker to model / object
II
WeltkoordinatensystemWorld coordinate system
mm
Position ModellPosition model
MM
modellfestes Koordinatensystemmodel-fixed coordinate system
OO
objektfestes Koordinatensystemobject-fixed coordinate system
r; r'r; r '
Position erster/zweiter realer MarkerPosition first / second real marker
R; R'R; R '
(Marker) Koordinatensystem(Marker) coordinate system
vv
Position erster realer Marker zu ObjektPosition of first real marker to object
V; V'V; V '
(Marker) Koordinatensystem(Marker) coordinate system

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007059478 B4 [0002, 0004, 0006, 0008, 0010, 0012] DE 102007059478 B4 [0002, 0004, 0006, 0008, 0010, 0012]

Claims (11)

Verfahren zur Ausrichtung eines virtuellen Modells (2) an einem realen Objekt (1), insbesondere in einer erweiterten Realität („Augmented Reality”), wobei an dem realen Objekt ein erster realer Marker (3) angeordnet ist, mit den Schritten: Erfassen (S20) einer Position (r) des ersten realen Markers; und Ausrichten (S20) des virtuellen Modells und eines virtuellen Markers (4') relativ zueinander entsprechend der Position des ersten realen Markers relativ zu dem realen Objekt; wobei die Position (b) des virtuellen Markers relativ zu dem virtuellen Modell gegenüber der Position (v) des ersten realen Markers relativ zu dem realen Objekt eine Abweichung (a) aufweist; gekennzeichnet durch die Schritte: Ermitteln (S20) einer Position (a) eines zweiten realen Markers (3') relativ zu dem ersten realen Marker; und Ermitteln (S30) der Abweichung auf Basis der ermittelten Position des zweiten realen Markers relativ zu dem ersten realen Marker.Method for aligning a virtual model ( 2 ) on a real object ( 1 ), in particular in an augmented reality, whereby a first real marker ( 3 ), comprising the steps of: detecting (S20) a position (r) of the first real marker; and aligning (S20) the virtual model and a virtual marker ( 4 ' relative to each other according to the position of the first real marker relative to the real object; wherein the position (b) of the virtual marker relative to the virtual model has a deviation (a) from the position (v) of the first real marker relative to the real object; characterized by the steps of: determining (S20) a position (a) of a second real marker ( 3 ' ) relative to the first real marker; and determining (S30) the deviation based on the determined position of the second real marker relative to the first real marker. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des virtuellen Markers relativ zu dem virtuellen Modell gleich der Position (b) des zweiten realen Markers relativ zu dem realen Objekt, welche von der Position des ersten realen Markers relativ zu dem realen Objekt verschieden ist, ist oder eine bekannte weitere Abweichung aufweist.A method according to claim 1, characterized in that the position of the virtual marker relative to the virtual model is equal to the position (b) of the second real marker relative to the real object, which is different from the position of the first real marker relative to the real object , is or has a known further deviation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Modell und der virtuelle Marker auf einer gemeinsamen virtuellen Ebene (7) angeordnet und/oder an einer virtuellen Kante (2.3, 4.3) relativ zueinander ausgerichtet werden und/oder der zweite reale Marker und das reale Objekt auf einer gemeinsamen realen Ebene (6) angeordnet und/oder an einer realen Kante (1.3, 3.3) relativ zueinander ausgerichtet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the virtual model and the virtual marker are located on a common virtual level ( 7 ) and / or on a virtual edge ( 2.3 . 4.3 ) and / or the second real marker and the real object on a common real plane ( 6 ) and / or on a real edge ( 1.3 . 3.3 ) are aligned relative to each other. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Modell und/oder der virtuelle Marker virtuell um die virtuelle Kante gedreht wird, bis es bzw. er auf der gemeinsamen virtuellen Ebene aufliegend angeordnet ist, und/oder ein virtueller Kontaktpunkt (2.5) des virtuellen Modells und/oder des virtuellen Markers mit der gemeinsamen virtuellen Ebene vorgegeben wird, der von der virtuellen Kante beabstandet ist.Method according to the preceding claim, characterized in that the virtual model and / or the virtual marker is rotated virtually around the virtual edge until it is arranged on the common virtual plane, and / or a virtual contact point ( 2.5 ) of the virtual model and / or virtual marker having the common virtual plane spaced from the virtual edge. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Modell an dem realen Objekt entsprechend der erfassten Position des ersten realen Markers, der Position des virtuellen Markers relativ zu dem virtuellen Modell und der Abweichung ausgerichtet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the virtual model is aligned on the real object according to the detected position of the first real marker, the position of the virtual marker relative to the virtual model and the deviation. System, insbesondere Augmented Reality System, zur Ausrichtung eines virtuellen Modells (2) an einem realen Objekt (1), zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist: Erfassungsmittel (5) zum Erfassen einer Position (r) des ersten realen Markers; und Ausrichtemittel (10) zum Ausrichten des virtuellen Modells und des virtuellen Markers (4') relativ zueinander entsprechend der Position des ersten realen Markers (3) relativ zu dem realen Objekt (1), wobei die Position (b) des virtuellen Markers relativ zu dem virtuellen Modell gegenüber der Position (v) des ersten realen Markers relativ zu dem realen Objekt eine Abweichung (a) aufweist; wobei das Ausrichtemittel aufweist: Mittel zum Ermitteln der Position (a) des zweiten realen Markers relativ zu dem ersten realen Marker; und Mittel zum Ermitteln der Abweichung auf Basis der ermittelten Position des zweiten realen Markers relativ zu dem ersten realen Marker.System, in particular Augmented Reality System, for aligning a virtual model ( 2 ) on a real object ( 1 ) is arranged to carry out a method according to one of the preceding claims and / or comprises: detection means ( 5 ) for detecting a position (r) of the first real marker; and alignment means ( 10 ) for aligning the virtual model and the virtual marker ( 4 ' ) relative to each other according to the position of the first real marker ( 3 ) relative to the real object ( 1 wherein the position (b) of the virtual marker relative to the virtual model has a deviation (a) from the position (v) of the first real marker relative to the real object; wherein the alignment means comprises: means for determining the position (a) of the second real marker relative to the first real marker; and means for determining the deviation based on the determined position of the second real marker relative to the first real marker. System nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch Mittel zum Anordnen des virtuellen Modells und des virtuellen Markers auf einer gemeinsamen virtuellen Ebene (7) und/oder zum Ausrichten des virtuellen Modells und des virtuellen Markers an einer virtuellen Kante (2.3, 4.3) relativ zueinander.System according to the preceding claim, characterized by means for arranging the virtual model and the virtual marker on a common virtual level ( 7 ) and / or aligning the virtual model and the virtual marker with a virtual edge ( 2.3 . 4.3 ) relative to each other. System nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch Mittel zum virtuellen Drehen des virtuellen Modells und/oder des virtuellen Markers um die virtuelle Kante, bis es bzw. er auf der gemeinsamen virtuellen Ebene aufliegend angeordnet ist, und/oder zum Vorgeben eines virtuellen Kontaktpunkts (2.5) des virtuellen Modells und/oder des virtuellen Markers mit der gemeinsamen virtuellen Ebene, der von der virtuellen Kante beabstandet ist.System according to the preceding claim, characterized by means for virtual rotation of the virtual model and / or the virtual marker around the virtual edge until it is arranged on the common virtual plane and / or for specifying a virtual contact point ( 2.5 ) of the virtual model and / or virtual marker with the common virtual plane that is spaced from the virtual edge. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Ausrichten des virtuellen Modells an dem realen Objekt entsprechend der erfassten Position des ersten realen Markers, der Position des virtuellen Markers relativ zu dem virtuellen Modell und der Abweichung.System according to one of the preceding claims, characterized by means for aligning the virtual model on the real object according to the detected position of the first real marker, the position of the virtual marker relative to the virtual model and the deviation. Computerprogramm, das Schritte eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt, wenn es auf einem Computer (10) abläuft.A computer program that performs steps of a method according to any one of the preceding claims when stored on a computer ( 10 ) expires. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer (10) lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Computer program product with a program code stored on one of a computer ( 10 ) readable medium, for performing a method according to any one of the preceding claims.
DE102016006232.0A 2016-05-18 2016-05-18 Method and system for aligning a virtual model with a real object Ceased DE102016006232A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016006232.0A DE102016006232A1 (en) 2016-05-18 2016-05-18 Method and system for aligning a virtual model with a real object
DE212017000139.9U DE212017000139U1 (en) 2016-05-18 2017-05-15 System for aligning a virtual model with a real object
PCT/EP2017/000589 WO2017198331A1 (en) 2016-05-18 2017-05-15 Method and system for aligning a virtual model with a real object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016006232.0A DE102016006232A1 (en) 2016-05-18 2016-05-18 Method and system for aligning a virtual model with a real object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016006232A1 true DE102016006232A1 (en) 2017-11-23

Family

ID=59014550

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016006232.0A Ceased DE102016006232A1 (en) 2016-05-18 2016-05-18 Method and system for aligning a virtual model with a real object
DE212017000139.9U Active DE212017000139U1 (en) 2016-05-18 2017-05-15 System for aligning a virtual model with a real object

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE212017000139.9U Active DE212017000139U1 (en) 2016-05-18 2017-05-15 System for aligning a virtual model with a real object

Country Status (2)

Country Link
DE (2) DE102016006232A1 (en)
WO (1) WO2017198331A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3878604A4 (en) * 2018-11-09 2022-07-20 OMRON Corporation Robot control device, simulation method, and simulation program

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3974936B1 (en) * 2020-09-25 2023-06-07 Sick Ag Configuration of a visualisation device for a machine area

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080285854A1 (en) * 2006-08-11 2008-11-20 Canon Kabushiki Kaisha Marker arrangement information measuring apparatus and method
DE102007059478A1 (en) * 2007-12-11 2009-06-18 Kuka Roboter Gmbh Method and system for aligning a virtual model with a real object
US20150302623A1 (en) * 2014-04-16 2015-10-22 Fujitsu Limited Display control method and system

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005005242A1 (en) * 2005-02-01 2006-08-10 Volkswagen Ag Camera offset determining method for motor vehicle`s augmented reality system, involves determining offset of camera position and orientation of camera marker in framework from camera table-position and orientation in framework
DE102014106718B4 (en) * 2014-05-13 2022-04-07 Immersight Gmbh System that presents a field of view representation in a physical position in a changeable solid angle range
DE102014213113A1 (en) * 2014-07-07 2016-01-07 Volkswagen Aktiengesellschaft Three-dimensional augmented reality process, especially in the automotive sector

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080285854A1 (en) * 2006-08-11 2008-11-20 Canon Kabushiki Kaisha Marker arrangement information measuring apparatus and method
DE102007059478A1 (en) * 2007-12-11 2009-06-18 Kuka Roboter Gmbh Method and system for aligning a virtual model with a real object
DE102007059478B4 (en) 2007-12-11 2014-06-26 Kuka Laboratories Gmbh Method and system for aligning a virtual model with a real object
US20150302623A1 (en) * 2014-04-16 2015-10-22 Fujitsu Limited Display control method and system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DEMBOGURSKI, R. [et al.]: Interactive Virtual Terrain Generation using Augmented Reality Markers. SBC Journal on 3D Interactive Systems, Vol. 3, 2012, S. 29-36. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3878604A4 (en) * 2018-11-09 2022-07-20 OMRON Corporation Robot control device, simulation method, and simulation program

Also Published As

Publication number Publication date
DE212017000139U1 (en) 2019-01-08
WO2017198331A1 (en) 2017-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007059478B4 (en) Method and system for aligning a virtual model with a real object
EP2144036A2 (en) Method and device for 3D digitalisation of an object
EP3966731A1 (en) Machine learning an object detection process using a robot-guided camera
DE112010002677T5 (en) METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING FORM CONFORMITY IN THREE DIMENSIONS
WO2007014966A1 (en) Method and device for determining the relative position of a first object with respect to a second object, corresponding computer program and a computer-readable storage medium
DE102006004731B4 (en) Method and device for determining the position and / or orientation of a camera with respect to a real object
DE102015115394A1 (en) A method and apparatus for superimposing an image of a real scene with a virtual image and mobile device
DE212017000139U1 (en) System for aligning a virtual model with a real object
EP2122424A2 (en) Industrial robot, and methods for determining the position of an industrial robot relative to an object
EP3134834A1 (en) Method for the automated creation of a data set characterizing a technical drawing
DE102006036345B4 (en) Method and device for determining the position of objects in three-dimensional space
EP4121897B1 (en) Method and systems for providing synthetic labelled training data sets and use of same
DE102019008531A1 (en) Process for image-based object recognition using bounding boxes and non-maximum suppression (NMS) in road traffic scenes
DE102017011897B4 (en) Detection of objects using robot-guided sensors
DE102019207090A1 (en) Method for providing an object tracking function
DE102018208604A1 (en) Determining a recording behavior of a recording unit
DE102009058349A1 (en) Method and program for extracting a silhouette image and method and program for creating a three-dimensional model
WO2023280566A1 (en) Method and system for carrying out an industrial application, in particular a robot application
WO2023030836A1 (en) Computer-implemented method for generating and automatically annotating training image data
DE102022205883A1 (en) Increasing grab rate
EP3852067A1 (en) 3d-modelltraining
DE102022206395A1 (en) Method for simulating a room as a virtual reality using a simulation device, computer program product, computer-readable storage medium and simulation device
DE202023100883U1 (en) motion analysis system
WO2020109033A1 (en) Method for determining calibration parameters of a camera
EP4332702A1 (en) Method for determining an assembly sequence of a component by means of an electronic computing device, computer program product, computer-readable storage medium and electronic computing device

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final