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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen eines virtuellen Objekts, wie beispielsweise eines Möbelstücks, einer industriellen Anlage, einer Bearbeitungsmaschine, oder Ähnlichem.
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Stand der Technik
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Der vorbereitende Entwurf anhand virtueller Objekte wie die Gestaltung eines Möbelstücks oder die Planung einer industriellen Anlage (Fabrikplanung) erfordern neben einem exakten Vorgehen ein gesteigertes Vorstellungsvermögen für den Planer, um beispielsweise vor Ort vorliegende, räumliche Einschränkungen oder Gegebenheiten einzuschätzen und in den Entwurf einfließen zu lassen.
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Im Bereich des Entwurfs von Möbelstücken sind bereits Plattformen bekannt, bei denen ein Anwender in einer webbasierten Oberfläche Möbelstücke konfigurieren kann. Derartiges wird insbesondere bei eher teuren Produkten angeboten, die für einen Käufer eine nicht unerhebliche Investitionssumme bedeuten.
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Beispielsweise sind sogenannte Küchenplaner geläufig, mit denen durch Auswahl bestimmter, vorgegebener Module eine Küche geplant werden kann, so dass diese in die entsprechende Räumlichkeit passt. Um mit einem solchen Küchenplaner arbeiten zu können, muss der Anwender zunächst die Raummaße aufnehmen und diese manuell in das Planungsprogramm eingeben. Nachfolgend kann der Anwender aus einer Auswahl bestimmter Module die Küche zusammenstellen.
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Nach Zusammenstellen der Module besteht die Möglichkeit, die geplante Küche virtuell zu „begehen“, um sich in einer virtuellen Umgebung einen Eindruck des geplanten Gesamtaufbaus und der Wirkung bestimmter Module oder Komponenten, wie Griffe, auf das Gesamtkonzept zu verschaffen.
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Auch bekannt sind Möbelplanungsprogramme, mit denen beispielsweise Schränke oder Regale individuell nach Maß geplant werden können. Nach Planung des Möbelstücks kann der Anwender den erstellten Datensatz an den Anbieter übermitteln, der das Möbelstück entsprechend dem individuellen Datensatz fertigt.
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Auch in diesem Fall wird der Anwender zu Beginn der Planungsphase aufgefordert, die entsprechenden Maße aufzunehmen und in das Planungsprogramm zu übernehmen. Anhand der Deckenhöhe oder möglicher Dachschrägen kann ein Möbelstück an den entsprechenden Aufstellungsort eingepasst werden.
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Die Aufnahme von Messdaten durch Laien birgt allerdings stets die Gefahr, dass das zu erstellende Möbelstück falsch dimensioniert und somit beispielsweise zu groß gefertigt wird. Je nach eingesetzter Messmethode können Abweichungen von Ist-Maßen beträchtlich sein.
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Auch ist es möglich, dass bei der Planung weitere Details missachtet werden, beispielsweise die Lichtverhältnisse am Aufstellort oder das Erscheinungsbild benachbarter Gegenstände, wie benachbarter Möbel, Gardinen, Fußboden, Wandfarbe oder -struktur, usw. Das Ergebnis der Planung wird der Anwender letztlich erst bewerten können, wenn das Möbelstück geliefert und aufgestellt wurde.
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Gegenstand der Erfindung
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, individuelle Gestaltungsmöglichkeiten weiter voranzutreiben und Planungsfehler zu vermeiden.
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Die vorliegende Erfindung stellt hierfür ein Verfahren nach Anspruch 1 bereit. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen eines virtuellen Objekts unter Verwendung einer mobilen Vorrichtung, welche mobile Vorrichtung eine Sensoreinheit und eine Anzeige aufweist, umfassend die Schritte: Ermitteln von Dimensionen in einem Raum mittels der Sensoreinheit der mobilen Vorrichtung; Anzeigen des Objekts mittels der mobilen Vorrichtung auf Grundlage der Dimensionen vor dem Hintergrund des Raums; Anpassen des angezeigten Objekts.
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Beim genannten Objekt kann es sich um ein Möbelstück handeln, wie einen Tisch, einen Schrank, ein Regal, einen Stuhl oder Ähnlichem, oder einer Kombination hiervon. Allgemein werden als Möbelstücke im Rahmen der Erfindung Einrichtungsgegenstände bezeichnet, die zur Möblierung eines Raums dienen. Beispiele sind Tische, Schränke, Regale, Küchenmodule, Gartenmöbel, Sofas, Sessel, Tische, Sitzgruppen und Ähnliches.
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Alternativ kann es sich beim Objekt um eine Bearbeitungsmaschine, insbesondere Holzbearbeitungsmaschine, und/oder eine Peripherievorrichtung dieser handeln. Eine Peripherievorrichtung ist beispielsweise eine Druckluftleitung, ein Abluftkanal, ein Schaltschrank, ein Schutzzaun, Trittmatten für eine Sicherheitseinrichtung.
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Es ist bevorzugt, dass die mobile Vorrichtung eine Smartbrille/Datenbrille ist, wobei die Anzeige zum Anzeigen bevorzugt ein Head-mounted Display ist. Als „Smartbrille“ wird eine Brille bezeichnet, die dem Nutzer zusätzlich zum Sichtfeld weitere Informationen anzeigen kann, insbesondere in einer erweiterten Realität.
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Eine Smartbrille hat den Vorteil, dass diese vom Nutzer stets mitgeführt werden kann, dabei jedoch die Hände frei verfügbar sind. Die Anzeige kann in einer erweiterten Realität („augmented reality“) dargestellt werden. Somit werden die reale Umgebung und das anzuzeigende virtuelle Objekt in optimaler Weise verknüpft.
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Das Anpassen des Objekts kann zumindest einen Schritt umfassen, ausgewählt aus: Verschieben und/oder Drehen des Objekts, Ändern der Höhe, Breite und/oder Tiefe des Objekts, Ändern oder Auswählen der Oberflächenfarbe und/oder - struktur, Anbringen oder Ändern von Beschlägen, Einbringen einer Ausnehmung oder Bohrung, und/oder Ändern oder Auswählen eines Materials für Abschnitte des Objekts.
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Das Anpassen des Objekts kann mittels Gestensteuerung erfolgen. Diese Art der Objekt-Manipulation ist besonders vorteilhaft in Kombination mit einer Smartbrille/Datenbrille einsetzbar.
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Das Anpassen des Objekts kann beispielsweise ein Entnehmen eines Teilstücks des Objekts und Anpassen des Teilstücks umfassen. Im Falle eines Möbelstücks kann beispielsweise eine Schublade entnommen und deren Beschichtungsmaterial geändert werden. Wird das Verfahren im Rahmen einer Fabrikplanung eingesetzt, so ist es möglich, beispielsweise eine Bearbeitungseinrichtung einer Bearbeitungsmaschine zu entnehmen und deren äußere Abmessungen zu verändern.
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Es ist bevorzugt, dass, beim Ermitteln von Dimensionen, bei Erreichung eines Schwellwertes einer bestimmten Messgenauigkeit eine visuell oder akustisch wahrnehmbare Freigabe übermittelt wird. Somit kann der Nutzer über den aktuellen Status des Messvorgangs informiert werden. Nach einer Freigabe kann sich der Nutzer neuen Tätigkeiten zuwenden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass zum Anzeigen eines Objekts auf eine Datenbank, insbesondere einen Cloudserver, zugegriffen wird. Somit sind die hinterlegten Daten geräteunabhängig verfügbar, ggf. für mehrere Personen gleichzeitig.
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Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Dimensionen eine Fläche und Höhe eines Aufstellorts, und/oder eine Dachschräge, Vorsprünge, angrenzende Gegenstände, Veränderungen der Bodenoberfläche, wie Stufen oder Schrägen, umfassen.
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Nach dem Anpassen des Objekts kann das Arbeitsergebnis gespeichert werden, insbesondere in einem lokalen Speicher der mobilen Vorrichtung oder auf einem Cloudserver.
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Ferner wird eine Verwendung einer Smartbrille zum Anpassen eines virtuellen Objekts bereitgestellt, insbesondere eines Möbelstücks oder einer Bearbeitungsmaschine, wobei das Objekt mittels der Smartbrille vor dem Hintergrund des realen Raums angezeigt wird und das angezeigte Objekt angepasst wird.
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Im Rahmen der Verwendung der Smartbrille können die zuvor genannten Aspekte einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen. Entsprechendes gilt für das in Anspruch 14 aufgeführte System.
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Figurenliste
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- 1 zeigt den Einsatz einer Smartbrille bei der Planung eines Möbelstücks als ein Ausführungsbeispiel.
- 2 zeigt einen Verfahrensablauf gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Nachfolgend wird anhand der beigefügten Figuren eine bevorzugte Ausführungsform der folgenden Erfindung beschrieben. Die bevorzugte Ausführungsform dient lediglich der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung. Weitere in diesem Zusammenhang genannte Modifikationen bestimmter Merkmale der beschriebenen Ausführungsform können jeweils miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen auszubilden.
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Die nachfolgend detailliert beschriebene Ausführungsform betrifft den Einsatz einer Smartbrille zur Planung oder Anpassung eines Möbelstücks. Ein weiteres Beispiel zur Anwendung der vorliegenden Erfindung ist die Fabrikplanung oder die Planung einer industriellen Anlage, im Rahmen derer eine Maschine, Fertigungsstraße, Peripheriegeräte usw. an einen vorgegebenen Ort in einer Fabrikhalle platziert werden und deren Konfiguration angepasst oder geändert wird.
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Ein Aspekt der vorliegenden Ausführungsform ist die Verwendung einer sogenannten Smartbrille 10 als einem bevorzugten Beispiel einer mobilen Vorrichtung, mit der es möglich ist, die reale Umgebung mit einer virtuellen Welt zu verknüpfen (so genannte „mixed reality“ oder „augmented reality“). Dabei wird dem Anwender ein virtuelles Objekt, wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Möbelstück, im Blickfeld, und somit in der realen Umgebung, angezeigt. Die Smartbrille 10 verfügt hierzu über ein HMD-Display (head mounted display).
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Zwar wird im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform eine Smartbrille 10 als eine mobile Vorrichtung beschrieben. In anderen Ausführungsformen kann alternativ oder zusätzlich ein Smartphone, ein Laptop oder ein Tablet zum Einsatz kommen.
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Die Smartbrille 10 ist zusätzlich mit Sensoren ausgestattet. Insbesondere ist eine Sensoreinheit vorgesehen, mit der die konkret beobachtete Umgebung vermessen werden kann. Darüber hinaus ist die Smartbrille 10 in weiteren Ausführungsformen mit einem Positionssensor, einem oder mehreren Beschleunigungssensor(en) und/oder einem oder mehreren Gyrosensor(en) ausgestattet.
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Mit dem Positionssensor (Triangulationsverfahren über WLAN oder Bluetooth) kann die Position des Nutzers erfasst werden. Die ermittelten Daten können zum Positionstracking verwendet werden. Auf Grundlage der von den Beschleunigungssensoren und Gyrosensoren ermittelten Daten (6 Freiheitsgrade) kann die Ausrichtung der Smartbrille 10, und somit die Ausrichtung des Kopfes des Nutzers, festgestellt werden.
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Für eine drahtlose Kommunikation verfügt die Smartbrille 10 bevorzugt über eine Funkschnittstelle, beispielsweise ein WLAN-Modul, so dass die ermittelten Informationen zu einer Datenbank übermittelt werden können. Alternativ ist eine Bluetooth-Verbindung oder eine Mobilfunkverbindung gemäß UMTS- oder LTE-Standard einsetzbar.
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Der Anwender hat zunächst die Möglichkeit, mit der Smartbrille 10 die räumliche Umgebung, in die ein bestimmtes Möbelstück integriert werden soll, zu vermessen (Schritt S1). Hierzu sind in der Smartbrille beispielsweise Laserabstandsensoren integriert, mit denen begrenzende Flächen, wie Wände oder Dachschrägen, erfasst werden können. Basierend auf den ermittelten Daten wird ein virtuelles Abbild des realen Raums 20 erstellt, das maßstabsgetreu dimensioniert ist. Hierzu werden verschiedene Maße 21a, 21b aufgenommen, die in 1 lediglich beispielhaft angedeutet werden.
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Alternativ ist es möglich, ein externes Messsystem (beispielsweise Lasermesssystem) einzusetzen, welches mit einer Datenschnittstelle der Smartbrille in Verbindung steht oder in Verbindung gebracht werden kann. Die vom externen Messsystem ermittelten Werte können somit an die Smartbrille übertragen und entsprechend genutzt werden.
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Darüber hinaus besteht, insbesondere bei einem Neubau, die Möglichkeit, dass bereits vorhandene CAD-Daten des entsprechenden Raumes bekannt sind. Diese Daten können ebenfalls zur Ermittlung der Dimensionen verwendet werden.
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Es besteht die Möglichkeit, in einem Konfigurator eine Vorauswahl beispielsweise bezüglich eines bestimmten Möbelstücks, einer Gruppe von Möbelstücken oder von Teilprofilen eines Möbelstücks zu treffen (Schritt S2). Ein entsprechendes Möbelstück ist beispielsweise für die konkreten Platzbedingungen eine geeignete Variante, die der Anwender aus einer Liste auswählen kann. Die der Vorauswahl zu Grunde liegenden Daten der Möbelstücke wie Abmessungen, Farben, Materialstrukturen etc. können lokal in einem Speicher der Smartbrille 10 oder auf einem Server im lokalen Netzwerk gespeichert sein. Alternativ wird auf eine Datenbank, beispielsweise hinterlegt auf einem Cloudserver, zurückgegriffen.
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Diese Daten könnten zuvor über ein standardisiertes Interface von einem bestimmten Hersteller oder einer vom Benutzer festgelegten Gruppe von Herstellern abgefragt werden. Anstelle eines standardisierten Interfaces könnten die 3D-Daten der Objekte bei den Herstellern standardisiert zur Verfügung gestellt werden. Alternativ wäre ein Konversionsmodul notwendig, das die verschiedenen Datenmodelle in ein einheitliches Modell umwandelt, wenn Objekte bzw. Möbelstücke von verschiedenen Herstellern in der Datenbank aktualisiert zusammengetragen werden sollen.
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Das ausgewählte Möbelstück wird nachfolgend vor dem Hintergrund des realen Raumes angezeigt (Schritt S3). Somit ist das Möbelstück virtuell, der Raum jedoch real. Mit anderen Worten erfolgt die Darstellung in einer erweiterten Realität (augmented reality).
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Die genaue Positionierung oder Anpassung der Dimensionen erfolgt nachfolgend interaktiv in Verknüpfung mit der realen Umgebung (Schritt S4). Dabei erfolgen Änderungen wie eine Anpassung der Maße und/oder eine Umpositionierung des Möbelstücks durch Schieben oder Ziehen mit Gestensteuerung.
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Dabei erfolgt die Interaktion in Kombination mit der realen Umgebung. Beispielsweise kann das Möbelstück nur bis zu einer bestimmten Wand geschoben oder in Richtung einer Dachschräge oder Ähnlichem vergrößert werden.
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Beispielsweise ist es möglich, ein Element des vorgeplanten Möbelstücks in der virtuellen Umgebung zu entnehmen, um dieses besser betrachten zu können.
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Ein konkretes Beispiel ist dabei, aus einem Möbelstück, wie einem Hängeschrank, das obere Deckpaneel zu wählen und virtuell zu entnehmen. Nachfolgend kann in einem Bereich des Deckpaneels eine Öffnung erstellt werden, die später als Rohrdurchlass dienen soll. Alternativ könnte die Datenbrille auch in der Küche einen Wanddurchlass für die Abluft der Dunstabzugshaube erkennen und ausmessen und automatisch eine entsprechende Öffnung in dem Deckpaneel platzieren und dimensionieren. Nach Durchführen der Anpassung des Möbelstücks kann dieses wieder durch Gestensteuerung in der modifizierten Ausführung in das Möbelstück integriert werden.
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Somit ist es möglich, dass der Nutzer das Produkt entwirft und nachfolgend auch erleben kann. Da die virtuelle Realität mit der realen Welt überlagert wird, können auch Randbedingungen bei der Planung des Möbelstücks einbezogen werden, beispielsweise die konkreten Farben und Strukturen des Bodens, der Wand und der Decke am Aufstellort, oder der Lichteinfall durch ein benachbart angeordnetes Fenster oder eine im Raum verfügbare Beleuchtung. Somit kann der Nutzer das gewünschte Produkt iterativ verbessern und an die konkret vorliegenden Verhältnisse anpassen, wobei die Erfassung mittels der Sensoren eine hohe Planungssicherheit bietet und somit die optimale Kaufentscheidung unterstützt.
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Ferner kann ein Nutzer mit dem virtuellen Raum interagieren und beispielsweise die ergonomische Gestaltung von Türen, Schubladen usw. testen. Somit kann ausgeschlossen werden, dass bewegliche Elemente, wie Schubladen oder Türen, mit anderen im Raum vorhandenen Gegenständen, Wänden, Dachschrägen, oder ähnlichem kollidieren. Auch kann die richtige Positionierung bestimmter Elemente des Möbelstücks wie Regale, Böden, usw. überprüft werden.
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Durch das geführte Vermessen des Raums mit der Smartbrille 10 können Messfehler vermieden werden. Beispielsweise wird dem Nutzer angezeigt, dass die für die Planung von der Genauigkeit in der vermessenen Zone erreicht wurde. Um dies dem Nutzer zu visualisieren, können Maßlinien oder eine andere Anzeige in grüner Farbe dargestellt werden. Würde die Genauigkeit nicht erreicht, und muss der Nutzer die Messung gegebenenfalls nochmal vornehmen, erscheint eine in roter Farbe dargestellte Visualisierung. Alternativ zu einer visuellen Anzeige kann die Smartbrille 10 über einen integrierten Lautsprecher ein akustisches Freigabesignal ausgeben.
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Mittels des integrierten Lautsprechers ist es ferner möglich, dem Nutzer eine Montageanleitung vorzulesen oder telefonisch Kontakt mit einem Berater aufzunehmen. Darüber hinaus ist es möglich, eine Montageanleitung visuell anzuzeigen. Die visuelle Anzeige kann ggf. zusätzlich zur akustischen Mitteilung über den Lautsprecher erfolgen.
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Nachdem der Nutzer das Möbelstück entsprechend angepasst hat, kann das Arbeitsergebnis in einem lokalen Speicher der Smartbrille 10 oder in einem global verfügbaren Cloudserver gespeichert werden (Schritt S5). Auch Zwischenergebnisse können entsprechend gespeichert werden.
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Ferner ist es möglich, in verschiedenen Stufen simultan die Fertigungsmöglichkeiten durch den Hersteller zu überprüfen. Dies kann durch eine Abfrage bei einer Datenbank des Herstellers erfolgen. Alternativ ist es möglich, Restriktionen vorzugeben, welche die Manipulationsmöglichkeiten beschränken.
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Nachfolgend ist es möglich, entweder mittels der Smartbrille oder einem anderem, bevorzugt mobilem, elektronischem Gerät eine Datenübertragung zum Hersteller vorzunehmen (Schritt S6), beispielsweise einen Bestellvorgang beim Hersteller auszulösen. Dies könnte auch über eine Schnittstelle erfolgen, so dass die Verwendung der Smartbrille herstellerunabhängig ist.
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Darauf aufbauend können Bearbeitungsoperationen wie Bohren, Ausschnitte anfertigen, Beschläge anbringen usw., an Teilen des geplanten Möbelstücks durchgeführt werden, nachdem Daten des fertig geplanten Möbelstücks an den Hersteller übersandt wurden. Hierzu werden die Daten, insbesondere CAD/CAM-Daten, an den Hersteller des Möbelstücks übersandt.
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Durch die Sensoreinheit der Smartbrille ist es ferner möglich, bestehende Möbelstücke einzuscannen und deren Maße zu ermitteln. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass ein neu konfiguriertes Möbelstück mindestens dasselbe Fassungsvolumen oder die gleiche Stellfläche besitzt.
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Ferner können mittels der Smartbrille in einer Wand anzubringende Bohrlöcher angezeigt werden, die der Anwender direkt entsprechend an der Wand markieren kann. Somit können bereits vorbereitende Maßnahmen eingeleitet werden, noch bevor das Möbelstück gefertigt und ausgeliefert ist.
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Beim Bestellvorgang (Schritt S6) kann dem Nutzer die Bearbeitungszeit der Bestellung und die geplante Auslieferung angezeigt werden. Ferner ist eine Kalkulation und eine Rechnungserstellung im Rahmen des Schritts S6 durchführbar.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Anwendung in einem durch Wände oder ähnliches begrenzten räumlichen Bereich begrenzt. Vielmehr ist es möglich, ein Möbelstück in einem vergleichsweise offenen Umfeld zu konfigurieren bzw. einzupassen. Als Beispiel können beispielsweise Gartenmöbel virtuell auf einer Terrasse angeordnet und angepasst werden. In diesem Fall werden bestimmte Eckpunkte des Sichtfeldes, also beispielsweise die Begrenzung der Terrasse auf Grund des Bodenbelags, verwendet, um den Planungsort vorzugeben.
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Ein weiteres Beispiel zur Anwendung der vorliegenden Erfindung ist die Fabrikplanung oder Planung einer industriellen Anlage, im Rahmen derer eine Maschine, Fertigungsstraße, Peripheriegeräte usw. an einen vorgegebenen Ort in einer Fabrikhalle platziert und deren Konfiguration angepasst oder geändert werden muss. Hierbei ist es möglich, eine Bearbeitungsmaschine zu wählen und in einer erweiterten Realität („augmented reality“) im Fabrikgebäude anzuzeigen. Nachfolgend können Schutzeinrichtungen wie Schutzzäune, Sicherheitsmatten oder ähnliches entsprechend den räumlichen Gegebenheiten platziert und angepasst werden. Ferner ist es möglich, Maschinen und Transfereinrichtungen, wie Förderbänder, miteinander zu verbinden und die Führungspfade der Werkstücke entsprechend auszulegen. Somit ist unmittelbar ein Soll-Ist-Vergleich möglich.
