Verfahren zur Darstellung von virtueller Information Method for presenting virtual information
in einer realen Umgebung in a real environment
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung von virtueller Information in einer realen Umgebung. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur ergonomischen Darstellung und Markierung von interessanten Punkten in der Welt mittels der Augmented Reality Technologie. The present invention relates to a method for displaying virtual information in a real environment. The method is particularly suitable for the ergonomic representation and marking of points of interest in the world by means of augmented reality technology.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Augmented Reality (AR) ist eine Technologie, welche virtuelle Daten mit der Realität überlagert und somit die Zuordnung von Daten mit der Realität erleichtert. Nach dem Stand der Technik ist der Einsatz mobiler AR-Systeme bereits bekannt. In den vergangenen Jahren haben sich leistungsfähige mobile Geräte (z.B. Smart- phones) als geeignet für den AR-Einsatz herausgestellt. Sie haben inzwischen vergleichsweise große Farbdisplays, eingebaute Kameras, gute Prozessoren und zusätzliche Sensoren, wie zum Beispiel Orientierungssensoren und GPS. Zusätzlich kann die Position des Gerätes über Funknetze angenähert werden. Augmented Reality (AR) is a technology that overlays virtual data with reality, facilitating the association of data with reality. In the prior art, the use of mobile AR systems is already known. In recent years, powerful mobile devices (e.g., smartphones) have been found to be suitable for AR deployment. They now have comparatively large color displays, built-in cameras, good processors and additional sensors, such as orientation sensors and GPS. In addition, the position of the device can be approximated via radio networks.
In der Vergangenheit wurden verschiedene Projekte auf mobilen Geräten mit AR durchgeführt. Dabei wurden zunächst spezielle optische Markierungen eingesetzt, um die Position und Orientierung des Gerätes festzustellen. Bezüglich AR, welches auch weiträumig einsetzbar ist, auch large area AR genannt, wurden in Zusammenhang mit HMDs auch Hinweise zur sinnvollen Darstellung von Objekten veröffentlicht [2,4,5,6,7,8,9]. In letzter Zeit gibt es auch Ansätze, das GPS und die Orientie- rungssensorik modernerer Geräte zu nutzen ([1, 3, 10,15], Gerade zu diesen Ansätzen mit Video-See-Through-AR auf kleinen, mobilen Geräten, wurden jedoch keine innovativen Verfahren zur Erhöhung der Benutzbarkeit bzw. Benutzerfreundlichkeit veröffentlicht. In the past, various projects were performed on mobile devices using AR. First, special optical markers were used to determine the position and orientation of the device. Concerning AR, which is also widely used, also called large area AR, hints for the meaningful representation of objects have also been published in connection with HMDs [2,4,5,6,7,8,9]. Recently, there have also been approaches to using the GPS and the orientation sensors of more modern devices ([1, 3, 10, 15]). However, these approaches with video sea-through-AR on small, mobile devices have been no innovative methods for increasing the usability or usability published.
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[15] layar.com [15] layar.com
Der Anmelder ist zur Erkenntnis gelangt, dass bestimmte Systemeigenschaften für den Einsatz von large-area-AR erfüllt sein sollten: (1) Unkomplizierte, zügige Verwendung und direkter Zugriff auf relevante Informationen. (2) Die Genauigkeit der Zuordnung virtueller Informationen zur Realität ist wichtig. (3) Die Benutzeroberfläche sollte sauber und aufgeräumt sein. The Applicant has come to the realization that certain system characteristics should be met for the use of large-area-AR: (1) straightforward, speedy use and direct access to relevant information. (2) The accuracy of mapping virtual information to reality is important. (3) The user interface should be clean and tidy.
Nachteil bisheriger Verfahren: (1) Häufig wird der sogenannte„Birdview" (eine Art Vogelperspektive) als Übersicht über Punkte in der Umgebung eingesetzt. Er wird beispielsweise eingesetzt, um dem Benutzer durch eingeblendete virtuelle Information anzuzeigen, etwa wo sich in der realen Welt interessante Punkte befinden. Er hat, bei begrenzter Bildschirmgröße, einen begrenzten Ausblick auf weit entfernte Elemente, bzw. die Auflösung wird zu klein und die Elemente sind nicht unterscheidbar/sichtbar. Er kompliziert die Oberfläche durch gleichzeitige Darstellung
zweier Blickrichtungen. (2) Wird die Größe der Objekte nicht richtig skaliert, mindert dies die Entfernungswahrnehmung der Benutzer und damit die Zuordnungsfähigkeit. (3) Wird die Größe der Objekte skaliert, werden diese bei großen Entfernungen klein und unlesbar. Die Oberfläche erscheint unsauber und unaufgeräumt. Disadvantage of previous methods: (1) Frequently, the so-called "Birdview" (a kind of bird's-eye view) is used as an overview of points in the environment.It is used, for example, to display to the user through visualized virtual information, such as where interesting in the real world With limited screen size, it has a limited view of distant elements, or the resolution becomes too small and the elements are indistinguishable / visible, complicating the surface through simultaneous display two views. (2) If the size of the objects is not scaled correctly, this reduces the distance perception of the users and thus the ability to allocate. (3) If the size of the objects is scaled, they become small and unreadable at long distances. The surface looks unclean and untidy.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Darstellung von virtueller Information in einer realen Umgebung anzugeben, mit welchem eine ergonomische Darstellung von interessanten Punkten in der realen Welt erzielbar ist, ohne das Blickfeld des Benutzers zu sehr einzuschränken und den Benutzer mit zu vielen Informationen zu überfordern. The aim of the invention is to provide a method for displaying virtual information in a real environment, with which an ergonomic representation of points of interest in the real world can be achieved without restricting the field of view of the user too much and the user with too much information overwhelm.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Darstellen von virtueller Information in einer realen Umgebung, aufweisend die folgenden Schritte: A first aspect of the invention relates to a method for presenting virtual information in a real environment, comprising the following steps:
Bereitstellen wenigstens einer Ansicht einer realen Umgebung und eines Systemaufbaus zum Einblenden von virtueller Information zur Überlagerung mit der realen Umgebung in wenigstens einem Teil der Ansicht, wobei der Systemaufbau wenigstens eine Darstellungsvorrichtung aufweist , Providing at least one view of a real environment and a system layout for overlaying virtual information for superimposition with the real environment in at least part of the view, the system structure comprising at least one display device,
Ermitteln einer Position und Orientierung wenigstens eines Teils des Systemaufbaus relativ zu wenigstens einem Bestandteil der realen Umgebung, Determining a position and orientation of at least a portion of the system structure relative to at least a portion of the real environment,
Unterteilung von wenigstens einem Teil der Ansicht der realen Umgebung in mehrere Bereiche umfassend einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, wobei Objekte der realen Umgebung innerhalb des ersten Bereichs näher an dem System- aufbau platziert sind als Objekte der realen Umgebung innerhalb des zweiten Bereichs, Subdividing at least part of the view of the real environment into a plurality of areas comprising a first area and a second area, wherein objects of the real environment within the first area are placed closer to the system construction than objects of the real environment within the second area,
Einblenden von wenigstens einer virtuellen Information auf die Darstellungsvorrichtung in wenigstens einen Teil der Ansicht der realen Umgebung unter Berücksichtigung der Position und Orientierung des wenigstens eines Teils des Systemauf- baus, Displaying at least one virtual information on the presentation device in at least part of the view of the real environment, taking into account the position and orientation of the at least one part of the system structure,
wobei die virtuelle Information hinsichtlich der Art der Einblendung in die Ansicht der realen Umgebung in dem ersten Bereich anders dargestellt wird als in dem zweiten Bereich.
Der wenigstens eine Teil des Systemaufbaus kann beispielsweise eine Kamera sein, deren Position und Orientierung (Pose) bestimmt wird, wobei die Kamera nicht fest mit der Darstellungsvorrichtung verbunden sein muss. In bestimmten Fällen ist für das Gesamtsystem überhaupt keine Kamera nötig, wenn zum Beispiel die Pose wenigstens eines Teils des Systemaufbaus nur über GPS und Orientierungssensoren bestimmt wird. Grundsätzlich ist die Posenbestimmung eines jeden Teils des Systemaufbaus geeignet, sofern Rückschlüsse über die Blickrichtung des Benutzers getroffen werden können. wherein the virtual information regarding the type of insertion in the view of the real environment in the first area is displayed differently than in the second area. The at least one part of the system structure may, for example, be a camera whose position and orientation (pose) is determined, the camera not having to be permanently connected to the display device. In certain cases, no camera is needed at all for the entire system, if, for example, the pose of at least part of the system setup is determined only by GPS and orientation sensors. Basically, the determination of the position of each part of the system structure is suitable, provided that conclusions about the viewing direction of the user can be made.
Der erste Bereich kann beispielsweise ein Nahbereich sein, während der zweite Bereich ein Fernbereich sein kann. Es ist jedoch auch möglich, dass der erste Bereich einen Standortbereich repräsentiert, während der zweite Bereich einen Nahbereich darstellt. Eine Ausführungsform mit Nahbereich, Fernbereich und Standortbereich wird im folgenden in Bezug auf die Figuren noch näher erläutert. For example, the first area may be a near area, while the second area may be a far area. However, it is also possible that the first area represents a location area, while the second area represents a proximity area. An embodiment with short range, far range and location range will be explained in more detail below with reference to the figures.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, der vom obigen ersten erfindungsgemäßen Aspekt der Bereichsunterteilung der Ansicht auch unabhängig anwendbar ist, können bei der Einblendung von virtueller Information in eine Ansicht einer realen Umgebung Wetterdaten berücksichtigt werden, die z.B. über das Internet („online") abgefragt werden, um den Realitätsgrad von eingeblendeter virtueller Information in Bezug auf die reale Umgebung zu erhöhen und damit die Zuordnung zu verbessern. Hier sind zur Verarbeitung unterschiedliche Komplexitätsgrade vorstellbar. So können z.B. auf Basis der Wetterlage feste Beleuchtungsmodelle oder Materialien vergeben werden (z.B. Texturen), welche der Wetterlage angepasst sind. Zusätzlich oder alternativ können abhängig von Wetterdaten (wie z.B. Bewölkung, Sonneneinstrahlung, etc) und/oder anderen Daten (wie z.B. Uhrzeit, Jahreszeit, etc.) Schattenwürfe oder Lichtverhältnisse berechnet werden. In einer Ausführungsform repräsentiert die wenigstens eine virtuelle Information einen interessanten Punkt (allgemein auch als„Point of Interest", kurz POI, bezeichnet, insbesondere in Verbindung mit Navigationsgeräten) in Bezug auf die reale Umgebung.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass man eine ergonomische Darstellung von virtueller Information, insbesondere von interessanten Punkten, in der realen Welt erhält, ohne das Blickfeld des Benutzers zu sehr einzuschränken und den Benutzer mit zu vielen Informationen zu überfordern. Gleichzeitig können viele unterschied- liehe virtuelle Informationen angezeigt werden, was jedoch durch die ergonomische Darstellung der virtuellen Information nicht zu einer Überforderung des Benutzers führt. Außerdem kann die Zuordnung von Informationen durch Berücksichtigung der menschlichen Wahrnehmungsmechanismen gestärkt werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. According to a further aspect of the invention, which is also independently applicable to the above aspect of the invention of area division of the view, weather data can be taken into account in the display of virtual information in a view of a real environment, for example, via the Internet ("online") queried In order to increase the degree of reality of displayed virtual information in relation to the real environment and thus to improve the assignment, different degrees of complexity are conceivable for processing, eg fixed lighting models or materials can be assigned on the basis of the weather conditions (eg textures). In addition or alternatively, depending on weather data (such as cloud cover, solar radiation, etc.) and / or other data (such as time of day, season, etc.), shadow throws or lighting conditions may be calculated virtual information is an interesting point (also commonly referred to as a "point of interest", POI for short, especially in conjunction with navigation devices) in relation to the real environment. The invention offers the advantage that one obtains an ergonomic representation of virtual information, in particular of interesting points, in the real world, without restricting the field of vision of the user too much and overburdening the user with too much information. At the same time, many different virtual information can be displayed, but this does not lead to an excessive demand of the user due to the ergonomic presentation of the virtual information. In addition, the assignment of information can be strengthened by considering the human perception mechanisms. Further advantageous embodiments of the invention can be found in the dependent claims.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be explained in more detail below with reference to the figures shown in the drawing.
Fig. 1 zeigt in einer Draufsicht eine schematische Anordnung von beispielhaften Systemaufbauten in Bezug auf eine reale Umgebung, die verwendbar sind, um ein Verfahren gemäß der Erfindung durchzuführen, FIG. 1 is a plan view showing a schematic arrangement of exemplary system structures in relation to a real environment that are usable to perform a method according to the invention; FIG.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Anordnung eine beispielhafte Aufteilung von interessanten Punkten (umgebende POIs) in unterschiedliche Radienbereiche, 2 shows, in a schematic arrangement, an exemplary division of points of interest (surrounding POIs) into different radii ranges,
Fig. 3 zeigt in einer schematischen Anordnung einen möglichen Ansatz zur Bere- chung der Radien über POIs in Sektoren, wobei sich die Radien pro Sektor unterscheiden können, Fig. 4 zeigt mögliche Elemente einer beispielhaften Ansicht auf die reale Umgebung mit eingeblendeten virtuellen Informationen (hier: POI-Objekte) zur Bildung einer Ausfuhrungsform einer Benutzeroberfläche gemäß Aspekten der Erfindung,
Fig. 5 zeigt mögliche Elemente der Benutzeroberfläche gemäß Fig. 4, wenn sich der Bedienfokus im Standortbereich befindet, 3 shows, in a schematic arrangement, a possible approach for the calculation of the radii over POIs in sectors, wherein the radii per sector may differ. FIG. 4 shows possible elements of an exemplary view of the real environment with visualized virtual information (here : POI objects) for forming an embodiment of a user interface according to aspects of the invention, 5 shows possible elements of the user interface according to FIG. 4, when the operating focus is in the location area,
Fig. 6 zeigt eine beispielhafte Vorschau („Preview") für eine virtuelle Informati- on (hier: POI) im Standortbereich der Ansicht gemäß Fig. 4, 6 shows an exemplary preview ("Preview") for a virtual information (here: POI) in the location area of the view according to FIG. 4,
Fig. 7 zeigt eine beispielhafte Möglichkeit, Oberflächenelemente aus der Ansicht gemäß Fig. 4 auszublenden, wenn diese nicht benötigt werden, Fig. 8-1 1 zeigen unterschiedliche Darstellungsmöglichkeiten für Ausführungsformen von virtuellen Informationen (hier: POI-Objekte), FIG. 7 shows an exemplary possibility of masking out surface elements from the view according to FIG. 4, if these are not needed; FIG. 8-1 1 show different display options for embodiments of virtual information (here: POI objects),
Fig. 12 zeigt in einem Ablaufdiagramm einen Überblick über den Gesamtablauf einer Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung, 12 is a flowchart showing an overview of the overall flow of an embodiment of a method according to the invention;
Fig. 13 zeigt anhand einer Ausführungsform einen möglichen Ablauf zur Berechnung des Radius 0 (vgl. Fig. 2) des Standortbereiches, wie beispielhaft in der Ansicht gemäß Fig. 4 gezeigt, Fig. 14 zeigt anhand einer Ausführungsform einen möglichen Ablauf zur Berechnung des Radius 1 , wie beispielhaft in Fig. 2 dargestellt, 13 shows by means of an embodiment a possible procedure for calculating the radius 0 (see FIG. 2) of the location area, as shown by way of example in the view according to FIG. 4. FIG. 14 shows by way of an embodiment a possible procedure for calculating the radius 1, as shown by way of example in FIG. 2,
Fig. 15 zeigt anhand einer Ausführungsform einen möglichen Ablauf zur Berechnung des Radius 2, wie beispielhaft in Fig. 2 dargestellt, 15 shows by way of an embodiment a possible procedure for calculating the radius 2, as illustrated by way of example in FIG. 2, FIG.
Fig. 16 zeigt eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung von beispielhaften Möglichkeiten zur Aggregation von virtuellen Informationen (hier: POI- Objekte), Fig. 17 zeigt einen beispielhaften, möglichen Ablauf zum Zuordnen von Schatten und Materialeffekten („Shading") zu den virtuellen Informationen(hier: POI-Objekte),
Fig. 18 zeigt beispielhafte mögliche Interaktionen mit virtuellen Informationen (hier: POI-Objekte). 16 shows a schematic view to illustrate exemplary possibilities for the aggregation of virtual information (here: POI objects), FIG. 17 shows an exemplary, possible procedure for assigning shading and material effects (shading) to the virtual information (FIG. here: POI objects), FIG. 18 shows exemplary possible interactions with virtual information (here: POI objects).
Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung Description of embodiments of the invention
Figur 1 zeigt in einer Draufsicht eine schematische Anordnung von beispielhaften Systemaufbauten in Bezug auf eine reale Umgebung, die verwendbar sind, um ein Verfahren gemäß der Erfindung durchzuführen. Insbesondere zeigt Figur 1 verschiedene Möglichkeiten eines Systemaufbaus. Figure 1 shows in a plan view a schematic arrangement of exemplary system structures with respect to a real environment, which are usable to perform a method according to the invention. In particular, Figure 1 shows various possibilities of a system structure.
In der Darstellung der Fig. IA trägt der Benutzer als Darstellungsvorrichtung ein kopf-getragenes Bildschirmsystem („Head Mounted Display", kurz HMD) mit einem Display 21, welches Teil des Systemaufbaus 20 ist. Das Display 21 kann beispielsweise eine allgemein bekannte halbdurchlässige Datenbrille („Optical See- Through-Display") sein, in die virtuelle Information, bereitgestellt von einem Rechner 23, eingeblendet werden kann. Der Benutzer sieht dann in einer Ansicht auf die reale Welt 40 durch die halbdurchlässige Datenbrille 21 Objekte der realen Welt angereichert mit eingeblendeter virtueller Information (wie etwa POI- Objekten, die mit der realen Welt in Beziehung stehen). Auf diese Art bildet der Systemaufbau 20 eine Ausführungsform eines allgemein bekannten Augmented Realtity (AR) Systems. In the illustration of Fig. IA, the user carries as a display device a head-mounted display system (HMD for short) with a display 21 which is part of the system structure 20. The display 21 can, for example, comprise a generally known semipermeable data glasses ( "Optical See-Through Display"), in the virtual information provided by a computer 23, can be displayed. The user then sees in a view of the real world 40 through the semitransparent data goggles 21 real-world objects enriched with visualized virtual information (such as POI objects related to the real world). In this way, the system assembly 20 forms one embodiment of a well known Augmented Reality (AR) system.
An dem Display 21 können zusätzliche Sensoren 24, wie Rotationssensoren und eine Kamera 22 für optisches Tracking, befestigt sein. Das Display 21 kann halb- durchlässig sein oder durch ein Kamerabild mit Bildern der Realität gespeist werden. Ist das Display 21 halbdurchlässig, ist eine Kalibrierung zwischen Auge 25 und Display 21 nötig. Hierzu sind im Stand der Technik verschiedene Verfahren dokumentiert und dem Fachmann bekannt. Vorteilhafterweise am Display 21 oder irgendwo am Körper des Benutzers oder in der Recheneinheit 23 können auch Positi- onssensoren verbaut sein, wie zum Beispiel GPS-Sensoren (GPS: Global Positio- ning System), um eine geographische Ortsbestimmung des Systemaufbaus 20 (z.B. nach Längen- und Breitengrad) in der realen Welt 40 zu ermöglichen.
In der Darstellung der Fig. IB ist ein weiterer, beispielhafter Systemaufbau 30 gezeigt, der z.B. in modernen Mobiltelefonen (sog.„Smartphones") häufig zu finden ist. Die Darstellungsvorrichtung 31 (z.B. in Form eines Bildschirms bzw. Displays), Rechner 33, Sensoren 34 und Kamera 32 bilden eine Systemeinheit, die etwa in ei- nem gemeinsamen Gehäuse eines Mobiltelefons untergebracht ist. Die Ansicht auf die reale Umgebung 40 wird durch das Display 31 bereitgestellt, welches ein Kamerabild der realen Umgebung 40 darstellt, das von der Kamera 32 aufgenommen wurde. Für Augmented Reality Anwendungen kann das Kamerabild auf dem Display 31 dargestellt und mit zusätzlichen virtuellen Informationen (wie etwa POI- Objekten, die mit der realen Welt in Beziehung stehen) angereichert werden. Auf diese Art bildet der Systemaufbau 30 eine weitere Ausführungsform eines allgemein bekannten Augmented Realtity (AR) Systems. Additional sensors 24, such as rotation sensors and an optical tracking camera 22 may be attached to the display 21. The display 21 may be semipermeable or powered by a camera image with images of reality. If the display 21 is semitransparent, calibration between eye 25 and display 21 is necessary. For this purpose, various methods are documented in the prior art and known to the person skilled in the art. Advantageously, on the display 21 or anywhere on the user's body or in the arithmetic unit 23, position sensors can also be installed, such as GPS sensors (GPS: Global Positioning System), for determining the geographical location of the system structure 20 (eg, according to lengths and latitude) in the real world 40. 1B, another exemplary system structure 30 is shown which can often be found eg in modern mobile phones (so-called "smartphones") .The display device 31 (eg in the form of a screen or display), computer 33, Sensors 34 and camera 32 form a system unit which is accommodated approximately in a common housing of a mobile telephone The view of the real environment 40 is provided by the display 31, which represents a camera image of the real environment 40, which is from the camera 32 For augmented reality applications, the camera image may be displayed on display 31 and supplemented with additional virtual information (such as POI objects related to the real world.) In this manner, the system assembly 30 forms another embodiment of the present invention well-known Augmented Reality (AR) system.
Grundsätzlich kann diese Erfindung für alle Ausprägungen von AR sinnvoll einge- setzt werden. Zum Beispiel spielt es keine Rolle, ob die Darstellung im sogenannten Optical-See-Through-V erfahren mit halbdurchlässigem HMD oder im Video-See- Through- Verfahren mit Kamera und Bildschirm durchgeführt wird. Wenn im Folgenden von der Kamera gesprochen wird, kann dies eine Kamera sein oder das optische System, welches sich aus der Kombination von Auge und Seethrough- Display (vgl. Display 21 der Fig. IA) ergibt. Beide weisen für das Einblenden von virtueller Information relevante Kameraeigenschaften, wie Öffhungswinkel und Bildhauptpunkt, auf. Basically, this invention can be used sensibly for all forms of AR. For example, it does not matter if the visualization is performed in the so-called optical-see-through mode with semi-transmissive HMD or in the video sea-through method with camera and screen. If the camera is referred to below, this may be a camera or the optical system which results from the combination of eye and display screen (see display 21 of FIG. Both have camera properties relevant to the insertion of virtual information, such as the opening angle and the main image point.
Grundsätzlich kann die Erfindung auch im Zusammenhang mit stereoskopischen Displays eingesetzt werden, wobei vorteilhafterweise beim Video-See-Through- Ansatz zwei Kameras jeweils einen Videostrom für ein Auge aufnehmen. Auf jeden Fall können die virtuellen 3 D-Informationen für jedes Auge individuell gerechnet werden. Die Abarbeitung der unterschiedlichen, im folgenden beschriebenen Teilschritte kann grundsätzlich auf verschiedene Rechner über Netzwerk verteilt werden. Es ist also eine Client/Server- Architektur oder rein Client-basierte Lösung möglich. Zum Beispiel könnte der Client ein Bild an einen Server senden, welcher auf Basis des Bildes Aussagen zur 3D-Position und 3D-Orientierung des Systemaufbaus (vgl.
Fig. 1) oder eines Teils davon in Relation zur realen Welt (im weiteren Verlauf Pose genannt) und zur Sichtweite dem Client zur Verfügung stellt. Desweiteren kann der Client oder der Server auch mehrere Recheneinheiten, wie mehrere CPUs oder spezialisierte Hardwarekomponenten, wie allgemein bekannte FPGAs, ASICs, GPUs oder DSPs beinhalten. Mehrere Clients können auch untereinander Informationen austauschen, welche zum Beispiel bezüglich der Sichtweite an diesem Ort generiert werden oder falls ein Client einen POI erzeugt. Dieser Informationsaustausch kann über einen Server stattfinden, es wären aber auch direkte Verbindungen über Bluetooth oder WLAN denkbar. In principle, the invention can also be used in connection with stereoscopic displays, whereby advantageously two cameras each record a video stream for an eye in the video see-through approach. In any case, the virtual 3D information can be calculated individually for each eye. The processing of the different substeps described below can basically be distributed to different computers via network. So it is a client / server architecture or purely client-based solution possible. For example, the client could send an image to a server, which based on the image statements on the 3D position and 3D orientation of the system structure (see. Fig. 1) or a part thereof in relation to the real world (hereinafter called pose) and provides the client with visibility. Furthermore, the client or server may also include multiple computing devices, such as multiple CPUs or specialized hardware components, such as well-known FPGAs, ASICs, GPUs, or DSPs. Multiple clients can also exchange information with each other, which is generated, for example, in terms of visibility at this location or if a client creates a POI. This information exchange can take place via a server, but it would also be possible direct connections via Bluetooth or WLAN.
Um AR realisieren zu können, wird die Pose (Position und Orientierung) der Kamera im Raum benötigt. Dies kann auf unterschiedlichste Weise realisiert werden. Man kann z.B. nur mit GPS und einem Orientierungssensor mit elektronischem Kompass (wie zum Beispiel in manchen moderneren Mobiltelefonen verbaut) die Pose in der Welt ermitteln. Allerdings ist die Unsicherheit der Pose dann sehr hoch. Daher können auch andere Verfahren, wie zum Beispiel optische Initialisierung und Tracking oder die Kombination optischer Verfahren mit GPS und Orientierungssensoren eingesetzt werden. Es kann auch WLAN-Ortung eingesetzt werden oder RFIDs oder optische Marker können die Lokalisierung unterstützen. Auch hier ist, wie schon erwähnt, ein Client-Server-basierter Ansatz möglich. Insbesondere kann der Client ortsspezifische Informationen, die er für optisches Tracking benötigt, vom Server anfordern. Dies können zum Beispiel Referenzbilder der Umgebung mit Poseinformationen und Tiefeninformationen sein. Die Erfindung kann die Informationsdarstellung für den Client verbessern. Sie kann aber auch in einem Remote- Szenario (Fernansicht-Szenario) eingesetzt werden. Hier sieht zum Beispiel ein Wartungsexperte in einem Kontrollraum das per Datennetz übertragene Bild des Clients und die entsprechend aufbereiteten Informationen auf seinem Bildschirm. Er könnte dann dem Client Anweisungen geben oder nur beobachten. In einem ähnlichen Szenario ist denkbar, dass eine Person aufgenommenes Bild- oder Videomaterial mit erfindungsgemäß dargestellten interaktiven Zusatzinformationen betrachtet und wenn möglich ähnlich der internetbasierten Anwendung„Google Streetview" durch das Material navigieren kann.
Desweiteren kann die Erfindung auch in Fahrzeugen, Luftfahrzeugen oder Schiffen als Monitor, HMD oder mittels eines Head-Up-Displays verbaut oder mitgeführt werden. Grundsätzlich kann ein interessanter Punkt („Point of Interest", POI) für unterschiedlichste Informationsformen erstellt werden. Es folgen Beispiele. Es können Bilder von Orten mit GPS-Informationen dargestellt werden. Es können Informationen aus dem Internet automatisch extrahiert werden. Dies können zum Beispiel Firmen- oder Restaurant- Websites mit Adressen sein oder Seiten auf denen Bewer- tungen vorgenommen werden. Es können Nutzer Texte, Bilder oder 3D-Objekte an Orten hinterlegen und anderen zugänglich machen. Es können Informationsseiten, wie zum Beispiel Wikipedia nach Geoinformationen durchsucht werden und die Seiten als POI zugänglich gemacht werden. Es können POIs automatisch aus dem Such- oder Browseverhalten der Nutzer mobiler Geräte erzeugt werden. Es können andere interessante Orte, wie U-Bahnen oder Busstationen, Krankenhäuser, Polizeistationen, Ärzte, Immobilienanzeigen oder Fitnessclubs dargestellt werden. In order to realize AR, the pose (position and orientation) of the camera in the room is needed. This can be realized in many different ways. For example, you can only detect the pose in the world with GPS and an orientation sensor with electronic compass (as used in some modern mobile phones, for example). However, the uncertainty of the pose is then very high. Therefore, other methods such as optical initialization and tracking or the combination of optical methods with GPS and orientation sensors may be used. WLAN localization can also be used or RFIDs or optical markers can help localization. Again, as already mentioned, a client-server based approach is possible. In particular, the client may request location-specific information that it requires for optical tracking from the server. These may be, for example, reference images of the environment with pose information and depth information. The invention can improve the information presentation for the client. It can also be used in a remote scenario (remote view scenario). Here, for example, a maintenance expert in a control room sees the image of the client transmitted via the data network and the correspondingly prepared information on his screen. He could then give the client instructions or just watch. In a similar scenario, it is conceivable for a person to view recorded image or video material with interactive additional information presented according to the invention and, if possible, navigate through the material similarly to the Internet-based application "Google Streetview". Furthermore, the invention can also be installed or carried in vehicles, aircraft or ships as a monitor, HMD or by means of a head-up display. Basically, an interesting Point of Interest (POI) can be created for a wide variety of information types, examples are given below, images of places with GPS information can be displayed, and information from the Internet can be extracted automatically Companies or restaurants can be websites with addresses or pages on which evaluations can be made, users can deposit texts, pictures or 3D objects in places and make them accessible to others, information pages such as Wikipedia can be searched for geoinformation and The sites can be made accessible as POIs, POIs can be generated automatically from the search or browse behavior of mobile device users, and other interesting places can be displayed such as subways or bus stations, hospitals, police stations, doctors, real estate ads or fitness clubs.
Im folgenden werden Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung anhand der Ablaufdiagramme, die ab Figur 12 dargestellt sind, in Verbindung mit den übrigen Figuren 1 bis 11 näher erläutert. In the following aspects and embodiments of the invention with reference to the flow charts, which are shown from Figure 12, in conjunction with the other figures 1 to 11 explained in more detail.
Hierbei zeigt Fig. 2 in einer schematischen Anordnung eine beispielhafte Aufteilung von interessanten Punkten (umgebende POIs) in unterschiedliche Radienbereiche, Fig. 3 zeigt in einer schematischen Anordnung einen möglichen Ansatz zur Berechung der Radien über POIs in Sektoren, wobei sich die Radien pro Sektor unterscheiden können, und Fig. 4 zeigt mögliche Elemente einer beispielhaften Ansicht auf die reale Umgebung mit eingeblendeten virtuellen Informationen (hier: POI-Objekte) zur Bildung einer Ausführungsform einer Benutzeroberfläche gemäß Aspekten der Erfindung. 2 shows in a schematic arrangement an exemplary distribution of points of interest (surrounding POIs) into different radii ranges. FIG. 3 shows in a schematic arrangement a possible approach for calculating the radii over POIs in sectors, the radii differing per sector 4 shows possible elements of an exemplary view of the real environment with displayed virtual information (here: POI objects) to form an embodiment of a user interface according to aspects of the invention.
Wie in Fig. 4 näher gezeigt, wird wenigstens ein Teil der Ansicht 1 auf die reale Umgebung (welche die Ansicht durch ein halbdurchlässiges HMD 21 oder auf einem Bildschirm-HMD 21 gemäß Fig. IA, oder eine Bildschirmansicht eines Kamerabildes auf dem Display 31 gemäß Fig. IB sein kann) in mehrere Bereiche unter-
teilt. Diese umfassen in dieser Ausführungsform einen ersten Bereich 3, der in dieser Ausführungsform einen Nahbereich 3 darstellt, einen zweiten Bereich 4, der in dieser Ausführungsform einen Fernbereich 4 darstellt, und einen dritten Bereich 5, der in dieser Ausführungsform einen Standort-Bereich 5 darstellt. Hierbei sind Ob- jekte der realen Umgebung 40 innerhalb des Nahbereichs 3 näher an dem Systemaufbau 20 bzw. 30 platziert als Objekte der realen Umgebung innerhalb des Fernbereichs 4. Im Standort-Bereich 5 wiederum sind Objekte der realen Umgebung 40 näher an dem Systemaufbau 20 bzw. 30 platziert als Objekte der realen Umgebung innerhalb des Nahbereichs 3. As shown in more detail in FIG. 4, at least part of the view 1 is related to the real environment (which is the view through a semitransparent HMD 21 or on-screen HMD 21 of FIG. 1A, or a screen shot of a camera image on the display 31 of FIG Fig. IB) into several areas. Splits. In this embodiment, these comprise a first region 3, which in this embodiment represents a proximity region 3, a second region 4, which in this embodiment represents a far region 4, and a third region 5, which in this embodiment represents a location region 5. In this case, objects of the real environment 40 within the proximity area 3 are placed closer to the system structure 20 or 30 than objects of the real environment within the far area 4. In the location area 5, in turn, objects of the real environment 40 are closer to the system structure 20 or 30 Placed as objects of the real environment within the proximity 3.
In die Ansicht 1 gemäß Fig. 4 wird wenigstens eine virtuelle Information eingeblendet (im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden mehrere virtuelle Informationen POI1-POI4, POIl 1-POI14 und POI21-POI23 eingeblendet). Diese repräsentieren in dieser Ausführungsform interessante Punkte (POIs) in Relation zur Realität, die in der Ansicht 1 sichtbar ist. Beispielsweise wird zu einem in der Ansicht 1 sichtbaren Gebäude (in Fig. 4 nicht dargestellt) eine virtuelle Information POIl eingeblendet, die auf dieses Gebäude hinweist bzw. optisch mit diesem assoziiert ist und ggf. ermöglicht, weitere Informationen zum Gebäude abzurufen. Hierbei wird die Information POIl auf die Darstellungsvorrichtung 21 bzw. 31 in wenigstens ei- nen Teil der Ansicht 1 der realen Umgebung unter Berücksichtigung der Position und Orientierung des entsprechenden Systemaufbaus 20 bzw. 30 bzw. eines Teils davon eingeblendet. Wie im folgenden noch näher erläutert, wird die eingeblendete virtuelle Information hinsichtlich der Art der Einblendung in die Ansicht 1 in dem Nahbereich 3 anders dargestellt als in dem Fernbereich 4. Mit anderen Worten, wird die gleiche virtuelle Information (etwa POIl) in dem Nahbereich 3, z.B. wenn sie mit einem realen Objekt in dem Nahbereich 3 assoziiert ist, anders dargestellt als bei Einblendung in dem Fernbereich 4, z.B. wenn sie mit einem realen Objekt in dem Fernbereich 4 assoziiert ist (ein POI ist hier gleichzeitig nur in einem Bereich präsent). At least one virtual information is displayed in the view 1 according to FIG. 4 (in the present exemplary embodiment, a plurality of virtual information POI1-POI4, POIl 1-POI14 and POI21-POI23 is displayed). In this embodiment, these represent points of interest (POIs) in relation to reality, which are visible in view 1. For example, a virtual information POIl is displayed for a visible in the view 1 building (not shown in FIG. 4), which points to this building or is optically associated with this and possibly allows to retrieve more information about the building. Here, the information POIl is superimposed on the display device 21 or 31 in at least one part of the view 1 of the real environment, taking into account the position and orientation of the corresponding system structure 20 or 30 or a part thereof. As will be explained in more detail below, the visual information displayed with respect to the type of insertion in the view 1 is displayed differently in the proximity area 3 than in the distance area 4. In other words, the same virtual information (say POI1) in the proximity area 3 , eg if it is associated with a real object in the near zone 3, shown differently than if it were faded in the far-end region 4, e.g. if it is associated with a real object in the far-end area 4 (a POI is simultaneously present in only one area here).
Wie in den Figuren 2 und 3 veranschaulicht, ist der Nahbereich 3 von dem Fernbereich 4 und dem Standort-Bereich 5 durch eine jeweilige Begrenzung getrennt, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils einen Radius (Radius 0 bis Radius 3) in Richtung eines Blickwinkels der Darstellungsvorrichtung aufweisen (Fig. 2 zeigt
darüber hinaus noch weitere Begrenzungen bzw. Radien, wie im folgenden noch näher erläutert). Die Festlegung und Berechung der Radien gemäß Figuren 2 und 3 wird im weiteren Verlauf noch näher beschrieben. Die Begrenzungen haben kein festgelegte Form, sind vorzugsweise jedoch rotationssymmetrisch in Bezug auf die Kamera bzw. den Betrachter. Auch brauchen die Begrenzungen nicht kreisrund zu sein, sondern können z.B. auch elliptische oder andere Formen aufweisen. As illustrated in FIGS. 2 and 3, the proximity region 3 is separated from the far region 4 and the location region 5 by a respective boundary, each having a radius (radius 0 to radius 3) in the direction of a viewing angle of the display device in the present embodiment (Fig. 2 shows beyond that, further limitations or radii, as explained in more detail below). The definition and calculation of the radii according to Figures 2 and 3 will be described in more detail below. The boundaries have no fixed shape, but are preferably rotationally symmetric with respect to the camera or the viewer. Also, the boundaries need not be circular, but may, for example, also have elliptical or other shapes.
ÜBERSICHT OVERVIEW
Figur 12 zeigt in einem Ablaufdiagramm einen Überblick über den Ablauf einer Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung in Verbindung mit den Figuren 1-11. In einem ersten Schritt 1.0 wird das System initialisiert bzw., wenn bereits ein Durchlauf stattgefunden hat, können alte Werte optional behalten werden. In einem nächsten Schritt werden Daten, falls noch nicht vorhanden oder falls sich die Situation geändert hat, geladen. Die Datenquelle kann dabei auf einem oder mehreren Servern liegen oder lokal auf dem Gerät gespeichert sein oder als Information in die Umwelt eincodiert sein (z.B. über RFID- oder QR-Codes). Falls eine sehr große Anzahl von POIs in der Datenquelle hinterlegt sind, kann die Anzahl über die Position und die Festlegung eines Radius 3 eingeschränkt werden. Eine solche Funktionalität bieten zum Beispiel moderne Datenbanksysteme mit räumli- chen Merkmalen oder Eigenschaften („spatial features"). Grundsätzlich können POIs auch mit bereits in diesem Schritt durch Filter herausgefiltert werden, die der Benutzer selbst definiert. Zum Beispiel nur Gastronomie oder keine Gastronomie. POIs, welche entsprechende Informationen tragen, werden dann aussortiert. Dem Fachmann wird an dieser Stelle klar, dass für einen POI eine ensprechende Daten- struktur hinterlegt sein kann, welche zum Beispiel seine Position, seine 2D- oder 3D-Gestalt, ein Bild und/oder weitere Meta-Informationen, wie zum Beispiel die Kategorie, enthalten kann. m den Schritten 3.0 - 6.0 werden die POIs dann erfindungsgemäß organisiert. Da- nach können sie optisch aufbereitet und angezeigt werden. Danach ist eine Interaktion mit den dargestellten POIs möglich, wie anhand eines Beispiels noch näher erläutert. FIG. 12 shows in a flow chart an overview of the sequence of an embodiment of a method according to the invention in conjunction with FIGS. 1-11. In a first step 1.0, the system is initialized or, if a run has already taken place, old values can optionally be kept. In a next step, data is loaded, if not existing or if the situation has changed. The data source may be located on one or more servers or stored locally on the device or encoded as information in the environment (e.g., via RFID or QR codes). If a very large number of POIs are stored in the data source, the number can be limited by the position and the definition of a radius 3. For example, modern database systems with spatial features or properties ("spatial features") offer such functionality, and in principle, POIs can be filtered out with filters already defined in this step by the user, for example, only catering or no catering. POIs which carry corresponding information are then sorted out, and it is clear to the person skilled in the art that a corresponding data structure can be stored for a POI, for example its position, its 2D or 3D shape, an image and / or or further meta-information, such as the category, for example, the POIs are then organized according to the invention in steps 3.0 - 6.0, after which they can be visually processed and displayed, after which interaction with the illustrated POIs is possible explained in more detail by way of example.
AUFTEILUNG IN BEREICHE
Im Folgenden werden die Schritte 3.0 - 6.0 der Fig. 12 in Verbindung mit den nachfolgenden Figuren 13-18 und den Figuren 1 bis 11 genauer beschrieben. Hierbei beziehen sich die Figuren 13-18 auf mögliche Unterschritte von den in Fig. 12 gezeigten allgemeinen Verfahrensschritten. Grundsätzlich können diese Schritte pro Durchlauf oder im Hintergrund, in bestimmten Abständen, abhängig von der Leistungsfähigkeit des Systems durchgeführt werden. Ein grundlegender Aspekt der Erfindung ist, dass eingeblendete virtuelle Informationen (hier: POIs) in fest konfigurierten oder automatisch berechneten, unterschiedlichen Bereichen einer Ansicht auf die reale Welt eingeordnet werden. DISTRIBUTION IN AREAS In the following, steps 3.0 - 6.0 of FIG. 12 will be described in more detail in conjunction with the following FIGS. 13-18 and FIGS. 1 to 11. Here, FIGS. 13-18 relate to possible sub-steps of the general method steps shown in FIG. In principle, these steps can be performed per run or in the background, at certain intervals, depending on the performance of the system. A fundamental aspect of the invention is that superimposed virtual information (here: POIs) in tightly configured or automatically calculated, different areas of a view are classified in the real world.
Figur 2 zeigt eine Ansicht auf ein mögliches Szenario aus der Vogelperspektive. Unterschiedliche POIs sind im Umfeld der Kamera räumlich angeordnet. Würden alle diese POIs einfach nur dargestellt, würde der Bildschirm schnell mit sehr vielen Objekten überfüllt. Daher erfolgt eine Aufteilung in unterschiedliche Bereiche. Der Standortbereich 5 wird durch Radius 0 eingeschränkt. Zu den Radien ist zu sagen, dass sie nicht über alle Winkel konstant sein müssen, sondern sich abhängig vom Winkel verändern können (vgl. Fig. 3). Der Standortbereich 5 zeigt Objekte, die sich in unmittelbarer Nähe befinden, so dass es für den Nutzer schwierig ist, sie mit dem Gerät wiederzufinden. Die Auffindbarkeit ist insbesondere Abhängig von der Genauigkeit der ermittelbaren Pose. Entsprechend kann der Radius 0 vorteilhafterweise abhängig von der (Unsicherheit der) Posenermittlung größer oder kleiner gesetzt werden (Figur 13). Figure 2 shows a view of a possible scenario from a bird's eye view. Different POIs are spatially arranged around the camera. If all these POIs were simply displayed, the screen would quickly become crowded with many objects. Therefore, a division into different areas. The location area 5 is restricted by radius 0. Regarding the radii, it should be said that they do not have to be constant over all angles, but can change depending on the angle (see Fig. 3). The location area 5 shows objects that are in the immediate vicinity, so that it is difficult for the user to retrieve them with the device. The findability is particularly dependent on the accuracy of the detectable pose. Correspondingly, the radius 0 can advantageously be set larger or smaller as a function of the (uncertainty of) the pose determination (FIG. 13).
Fig. 4 zeigt mögliche Elemente einer beispielhaften Ansicht auf die reale Umge- bung mit eingeblendeten virtuellen Informationen (hier: POI-Objekte) zur Bildung einer Ausführungsform einer Benutzeroberfläche gemäß Aspekten der Erfindung, Fig. 4 zeigt hierbei eine vorteilhafte Aufteilung der Benutzeroberfläche. Dabei werden POIs im Standortbereich 5 fest im unteren Bereich der Ansicht 1 angeordnet und sind zum Beispiel per Mausklick oder Berührung mittels eines Touchscreens auswählbar. Fig. 6 zeigt eine mögliche Anzeige in Folge der Aktivierung eines beispielhaften POI23. Falls vorhanden, kann ein Bild P23 des genauen Ortes des POI23 zur Orientierung angezeigt werden. Falls vorhanden, kann zusätzlich eine Vorschau V23 („Preview") der hinterlegten Information dargestellt werden
POI-Objekte, die sich außerhalb des Standortbereichs 5 befinden, aber in Sichtnähe liegen, werden im Nahbereich 3 angeordnet. In diesem Bereich wird die korrekte Zuordnung von virtuellen Informationen zur Realität als besonders wichtig empfanden. So kann es für die persönliche Planung des Pfades relevant sein, ob ein POI-Objekt vor oder hinter einer Straßenkreuzung liegt. Eingegrenzt wird der Nahbereich 3 durch die Radien 0 und 1 (Fig. 2). 4 shows possible elements of an exemplary view of the real environment with inserted virtual information (here: POI objects) for forming an embodiment of a user interface according to aspects of the invention. FIG. 4 shows an advantageous distribution of the user interface. In this case, POIs in the location area 5 are fixedly arranged in the lower area of the view 1 and can be selected, for example, by mouse click or touch by means of a touchscreen. FIG. 6 shows a possible indication as a result of the activation of an exemplary POI23. If present, an image P23 of the exact location of POI23 may be displayed for guidance. If available, an additional preview V23 ("Preview") of the stored information can be displayed POI objects that are outside of the location area 5 but are within sight are placed in close proximity 3. In this area, the correct assignment of virtual information to reality is found to be particularly important. Thus, it can be relevant for the personal planning of the path whether a POI object lies in front of or behind a street intersection. The near zone 3 is bounded by the radii 0 and 1 (FIG. 2).
Figur 14 zeigt eine Möglichkeit zur Berechnung des Radius 1. Einerseits spielt dabei die sinnvolle Sichtbarkeit von POI-Objekten eine Rolle. Wäre die Darstellung eines POI nur noch 2 mm groß (Beispielwert), würde sie wenig Nutzen bringen, sondern nur für Unordnung im Display sorgen. Für die Berechnung in Schritt 4.1 geht daher die Auflösung des Displays, die Größe des POI (die Darstellung z.B. eines Dinosauriers erlaubt einen größeren Radius 1, als die Darstellung einer Im großen Kugel), und der Öffnungswinkel der Kamera ein. In den weiteren Schritten kann der Radius 1 weiter angepasst werden, falls zu viele POIs den Bildschirm füllen (als globaler Ansatz bezeichnet). Die Berechnung kann sich auf den gesamten Öffnungswinkel der Kamera oder sogar einen größeren Bereich beziehen, Es ist auch möglich, kleinere Sektoren individuell einzustellen. Die Sektoren können z.B. fest sein oder auch auf Basis von Clustern gebildet werden, wobei Cluster Sektoren einteilen helfen (vgl. Schritt 6.2 in Fig. 16). Ein beispielhaftes Verfahren könnte wie folgt durchgeführt werden: Pro Cluster wird der Schwerpunkt berechnet. Durch diesen wird eine Gerade gezogen. Nun werden Geraden, die einen geringen Winkel zueinander haben, zusammengefasst. Jede resul- tierende Gerade wird auf ganzzahlige Winkel ausgerichtet und ihnen wird ein Sektor zugeordnet. Die Größe der Sektoren wird dann gerundet und iterativ in ganzzahligen Winkelschritten vergrößert, bis sie mit einem Nachbarsektor in Berührung kommen. Sind die Sektoren durch Cluster oder durch feste Einstellungen festgelegt, wird in Schritt 4.2 die Anzahl von POIs eines Sektors gezählt. Ist diese über einem bestimmten konfigurierbaren Grenzwert, wird der Radius solange verringert, bis der Grenzwert unterschritten wird (Schritt 4.3). FIG. 14 shows a possibility for calculating the radius 1. On the one hand, the meaningful visibility of POI objects plays a role. If the representation of a POI were only 2 mm in size (sample value), it would bring little benefit, but only cause disorder in the display. For the calculation in step 4.1, therefore, the resolution of the display, the size of the POI (the representation of, for example, a dinosaur allows a larger radius 1 than the representation of a large ball), and the aperture angle of the camera. In the further steps, the radius 1 can be further adjusted if too many POIs fill the screen (referred to as a global approach). The calculation can refer to the total aperture angle of the camera or even a larger area. It is also possible to set smaller sectors individually. The sectors may e.g. be fixed or formed on the basis of clusters, where clusters help to divide sectors (see step 6.2 in Fig. 16). An example method could be performed as follows: The center of gravity is calculated for each cluster. This will draw a straight line. Now straight lines, which have a small angle to each other, summarized. Each resulting line is aligned to integer angles and assigned a sector. The size of the sectors is then rounded and iteratively magnified in integer angular increments until they come in contact with a neighboring sector. If the sectors are determined by clusters or by fixed settings, the number of POIs of a sector is counted in step 4.2. If this is above a certain configurable limit value, the radius is reduced until it falls below the limit value (step 4.3).
Alternativ können auch individuelle POIs ohne Anpassung des Radius in den Fernbereich 4 verschoben werden (als lokaler Ansatz bezeichnet), falls sich POIs in der
Darstellung überlappen. Dazu werden in Schritt 4.4 die 2D-Position und Ausdehnung der POIs, entsprechend der Rendering-Pipeline, berechnet. Als Rendering- Pipeline versteht der Fachmann die Projektion von Objekten im 3D-Raum auf ein geringer-dimensionales Display. Im Nahbereich geschieht dies zum Beispiel, ab- hängig von Position, Orientierung, Öffnungswinkel der Kamera und Auflösung des 2D-Displaybereichs, der dem Nahbereich zur Verfügung steht. Für den Fernbereich projiziert die Rendering-Pipeline auf eine Linie. Dies kann zum Beispiel mittels einer Standard 3D-2D Projektion erfolgen, bei der die Objekte für den Renderer als sehr weit entfernt mitgeteilt werden, um die Position der Objekte auf dem mögli- cherweise rotierten Display in ihrem Fluchtpunkt festzustellen. Überlappen sie sich, wird der hintere POI für den Fernbereich 4 gekennzeichnet (Schritt 4.5). Diese Kennzeichnung kann für einen Darstellungsdurchlauf (Schritt 1.0— 9.0 der Figur 12) erhalten bleiben oder länger erhalten bleiben (zum Beispiel 3 Sekunden oder 5 Darstellungsdurchläufe). Das System kann solange die Schritte 4.4 und 4.5 durch- führen, bis keine Überlappungen mehr vorkommen oder einen bestimmten Wert unterschreiten. Es kann auch eine Toleranz geben, wann eine Überlappung als solche gilt (z.B. mehr als 10% der Summe der Fläche beider Objekte als Überschneidung). Vorteilhafterweise kann der globale auch mit dem lokalen Ansatz kombiniert werden. Alternatively, individual POIs can also be moved into the far-end area 4 without adjusting the radius (referred to as a local approach) if POIs in the Overlap display. For this purpose, the 2D position and extent of the POIs, corresponding to the rendering pipeline, are calculated in step 4.4. As a rendering pipeline, a person skilled in the art understands the projection of objects in 3D space onto a smaller-dimensional display. In the near range, this happens, for example, depending on the position, orientation, opening angle of the camera and resolution of the 2D display area that is available to the near range. For the far-end, the rendering pipeline projects to a line. This can be done, for example, by means of a standard 3D-2D projection in which the objects for the renderer are communicated very far away in order to determine the position of the objects on the possibly rotated display in their vanishing point. If they overlap, the rear POI for the far range 4 is marked (step 4.5). This designation may be preserved for a rendering run (step 1.0-9.0 of FIG. 12) or may be retained longer (for example, 3 seconds or 5 rendering runs). The system can continue with steps 4.4 and 4.5 until no overlaps occur or fall below a certain value. There can also be a tolerance as to when an overlap is considered as such (eg more than 10% of the sum of the area of both objects as intersection). Advantageously, the global can also be combined with the local approach.
Auch wenn in den Zeichnungen, aus Gründen der Darstellbarkeit, die Sektoren und POIs aus der Vogelperspektive dargestellt werden, sind alle diese Verfahren auch wahlweise für den 3D-FaIl anwendbar. Der Fernbereich 4 enthält POIs, welche aus dem Nahbereich verdrängt wurden oder welche außerhalb des Radius 1 in dem Sektor liegen. Aber selbst hier ist es nicht unbedingt sinnvoll, alle existierenden POI-Objekte darzustellen. Daher kann vorteilhafterweise ein Radius 2, ähnlich wie Radius 1, berechnet werden, wie Figur 15 zeigt. Da Radius 2 insbesondere POI-Objekte noch anzeigen soll, die in der Reich- weite des Nutzers liegen, kann vorteilhafterweise die aktuelle Geschwindigkeit oder die Durchschnittsgeschwindigkeit des Benutzers oder die Entfernung, welche der Benutzer mit öffentlichen Verkehrsmitteln, Fahrzeug oder Fahrrad oder ähnlichem in einer bestimmten Zeit erreichen kann, zur Berechnung von Radius 2 herangezogen werden. Die Möglichkeit, abhängig von diesen Faktoren zu berechnen, welche
Objekte überhaupt mittels AR dargestellt werden können, kann auch unabhängig von den anderen Ansprüchen der Erfindung eingesetzt werden. Although in the drawings, for illustrative purposes, the sectors and POIs are shown from a bird's eye view, all of these methods are also optionally applicable to the 3D case. The far-end area 4 contains POIs which have been displaced from the near area or which lie outside the radius 1 in the sector. But even here it does not necessarily make sense to represent all existing POI objects. Therefore, advantageously, a radius 2, similar to radius 1, can be calculated, as shown in FIG. Since radius 2 should in particular still display POI objects which lie within the range of the user, advantageously the current speed or the average speed of the user or the distance which the user can travel by public transport, vehicle or bicycle or the like Time can be used to calculate radius 2. The ability to calculate which depends on these factors Objects can be represented by AR, can also be used independently of the other claims of the invention.
In einer beispielhaften Ausprägung der Erfindung kann man einzelne POIs auch von einem Bereich in einen anderen Ziehen (z.B. über einen Touchscreen) und so zum Beispiel für die Darstellung im Nahbereich markieren. Das POI-Objekt wird dann dauerhaft z.B. im Nahbereich 3 angezeigt. In an exemplary embodiment of the invention, one can also mark individual POIs from one area to another (e.g., via a touch screen), such as for near-field display. The POI object is then permanently stored, e.g. displayed in close range 3.
Es ist zur manuellen Einstellung der Radien auch denkbar, diese dem Nutzer lage- gerecht der Realität überlagert anzuzeigen. Der Nutzer kann dann mittels Touchscreen die Radien manuell verändern, It is also conceivable for the manual adjustment of the radii, superimposed on the user superimposed on the reality of the user. The user can then manually change the radii by means of a touchscreen,
DARSTELLUNG DER OBJEKTE PRESENTATION OF THE OBJECTS
Figur 4 zeigt eine mögliche beispielhafte Darstellungsform für POIs in unterschied- liehen Bereichen. Dabei werden POIs im Standortbereich 5 unten in einheitlicher Größe unbeweglich und zunächst unabhängig von der Blickrichtung dargestellt. POI-Objekte im Nahbereich 3 werden entsprechend der Pose, der Kameraparameter und der Modelleigenschaften dreidimensional und perspektivisch korrekt der Umgebung 40 überlagert. POI-Objekte im Fernbereich 4 werden vorteilhafterweise in einheitlicher Größe dargestellt und bewegen sich vorteilhafterweise entsprechend der Orientierung des Gerätes (insbesondere der Darstellungsvorrichtung) so mit, dass eine vertikale Linie nach unten den entsprechenden zugeordneten realen Ort treffen würde. Vorteilhafterweise können am rechten und linken Rand 6 noch Symbole angezeigt werden, die auf POI-Objekte außerhalb des Öffhungswmkels der Kamera hinweisen. Ein Pfeil 8 kann dabei einen Richtungshinweis geben, so dass, wenn man das Gerät entlang der Pfeilrichtung um den Betrachter bewegt, das POI- Objekt in den Sichtbereich gelangen würde. Diese Ränder 6 kann es jeweils für jeden Bereich geben (Fig. 4) oder z.B. nur für den Nahbereich 3 (Fig. 5). Nahbereich 3, Fernbereich 4 und/oder Standortbereich 5 können optional ausgeblendet werden, insbesondere wenn keine virtuelle Information darin dargestellt wird. Dies kann auch automatisch erfolgen, wenn sich kein POI in diesen Bereichen befindet (Fig. 7).
Grundsätzlich kann ein Point of Interest (POI) durch ein Symbol, ein Bild, ein SD- Objekt oder Ähnliches repräsentiert sein. Zur Darstellung ist der Einsatz einer 3D- Rendering-Technologie (wie die bekannten Verfahren OpenGL oder DirectX) mit 3D-0bjekten, dem Rendering sogenannter Billboards (2D-0bjekte, die immer dem Betrachter zugewandt sind) oder von sogenannten 2D-Overlays mit 2D-Rendering- Techniken möglich, deren Projektion eigenständig berechnet wird. Die Darstellungsweise kann sich nach der Kategorie der POIs richten (z.B. eine Weltkugel für die Repräsentation einer Website) oder durch den Nutzer festgelegt werden (z.B. die Platzierung eines Dinosauriers mit Zusatzinformationen). Die POIs können ins- besondere kontrastreich gefärbt sein. FIG. 4 shows a possible exemplary representation for POIs in different areas. In this case, POIs in the location area 5 below are displayed in a uniform size immobile and initially independent of the viewing direction. POI objects in the vicinity 3 are superimposed according to the pose, the camera parameters and the model properties three-dimensionally and in perspective correctly the environment 40. POI objects in the far-end area 4 are advantageously displayed in a uniform size and advantageously move in accordance with the orientation of the device (in particular the presentation device) so that a vertical line downwards would hit the corresponding assigned real location. Advantageously, symbols can still be displayed on the right and left edge 6, which point to POI objects outside the opening angle of the camera. An arrow 8 can give an indication of direction, so that if you move the device along the direction of the arrow around the viewer, the POI object would enter the field of view. These edges 6 may exist for each area (FIG. 4) or, for example, only for the near area 3 (FIG. 5). Short range 3, far range 4, and / or location range 5 may optionally be hidden, especially if no virtual information is presented therein. This can also be done automatically if there is no POI in these areas (Figure 7). Basically, a point of interest (POI) may be represented by a symbol, an image, an SD object, or the like. For the presentation is the use of a 3D rendering technology (like the well-known OpenGL or DirectX) with 3D objects, the rendering of so-called billboards (2D objects, which are always facing the viewer) or so-called 2D overlays with 2D Rendering techniques possible whose projection is calculated independently. The presentation can be based on the category of the POIs (eg a globe for the representation of a website) or determined by the user (eg the placement of a dinosaur with additional information). In particular, the POIs can be colored in a high contrast.
Wie Figur 10 und 1 1 zeigen, können POIs mit zusätzlichen Informationen versehen werden, die unterschiedlich detailliert sind (im folgenden anhand von POIl beispielhaft gezeigt). Die niedrigste Detailstufe ist nur das POI. Als nächste Stufe kön- nen Labels (vgl. Label Ll) angezeigt werden (Fig. 10 links), die beispielsweise einen Beschreibungstext zum assoziierten POI-Objekt anzeigen. Die nächste Stufe ist der sogenannte Preview (Vorschau, vgl. Vl oder Bild Pl in Fig. 11) (z.B. ein Bild oder ein Rendering der Website oder ein Infotext). Manche POI-Objekte können dann in einer nächsten Stufe noch genauer betrachtet werden (vgl. Information II). Dies kann auch die Aktivierung eines eigenen Programms des Betriebssystems auslösen, wie zum Beispiel das Starten eines Internetbrowsers oder eines Mediaplayers. Je nach Konfiguration oder nach automatisch auswertbaren Kriterien, wie der Auflösung des Displays, können die POIs gleichzeitig mit ihren Zusatzinformationen angezeigt werden oder nur durch Aktivierung. Es kann vorteilhafterweise auch fest- gestellt werden, welches POI-Objekt am nächsten liegt und nur die vordersten POI- Objekte zeigen ab einer bestimmten Entfernung erst Labels, beim Näherkommen automatisch Previews an. As shown in FIGS. 10 and 11, POIs may be provided with additional information that is differently detailed (hereinafter exemplified by POIl). The lowest level of detail is just the POI. The next step is to display labels (see Label Ll) (Figure 10, left), which, for example, display a descriptive text about the associated POI object. The next stage is the so-called preview (see Vl or picture Pl in Fig. 11) (e.g., an image or a rendering of the website or an info text). Some POI objects can then be examined in more detail in a next step (see Information II). This can also trigger the activation of a separate program of the operating system, such as starting an Internet browser or a media player. Depending on the configuration or on automatically evaluable criteria, such as the resolution of the display, the POIs can be displayed simultaneously with their additional information or only by activation. It can also advantageously be determined which POI object is closest to one another, and only the foremost POI objects first display labels at a certain distance, and previews automatically when approaching.
Die Anzeige kann alternativ auch durch sogenanntes Eye-Tracking gesteuert wer- den. Die POIs, welche der Nutzer betrachtet, werden mit Zusatzinformationen angezeigt. Die Zusatzinformationen können vorteilhafterweise unbeweglich in der Ansicht verankert sein und mittels einer dynamischen Verbindung mit der beweglichen POI-Repräsentation verbunden sein. Dies erhöht die Lesbarkeit der Information. Der Einsatz von Eye-Tracking zur Aktivierung von Zusatzinformationen über
ein POI in AR kann auch unabhängig von dem Verfahren nach Anspruch 1 eingesetzt werden. Alternatively, the display can also be controlled by so-called eye tracking. The POIs that the user views are displayed with additional information. The additional information can advantageously be anchored immovably in the view and be connected by means of a dynamic connection with the mobile POI representation. This increases the readability of the information. The use of eye-tracking to activate additional information about a POI in AR can also be used independently of the method according to claim 1.
Um die Zuordnung der POI-Objekte zu realen Orten zu verbessern, sind verschie- dene erfmdungsgemäße Verfahrensschritte kombinierbar, wie in Figur 17 dargestellt wird. Die folgenden Verfahrensschritte können grundsätzlich auch unabhängig von der bisher beschriebenen Idee ausgeführt werden, die Ansicht der realen Umgebung in mehrere Bereiche (wie Nah-, Fern- und Standort-Bereich) zu unterteilen und die eingeblendete virtuelle Information abhängig vom jeweiligen Bereich un- terschiedlich darzustellen, wie vorstehend beschrieben. In order to improve the assignment of the POI objects to real locations, various procedural steps according to the invention can be combined, as shown in FIG. 17. In principle, the following method steps can also be carried out independently of the previously described idea of subdividing the view of the real environment into several areas (such as near, far and location area) and displaying the displayed virtual information differently depending on the respective area as described above.
Grundsätzlich findet (insbesondere im Nahbereich 3, wenn eine Bereichsunterteilung erfolgt) ein perspektivisch korrektes 3D-Rendering des POI-Objekts statt. Die Standard-POI-Objekte haben desweiteren eine feste Größe, um die Entfernung zu ihnen kontinuierlich einschätzen zu können. Um den Realitätsgrad zu erhöhen und damit die Zuordnung zu verbessern, können vorteilhafterweise Wetterdaten online abgefragt werden. Hier sind zur Verarbeitung unterschiedliche Komplexitätsgrade vorstellbar. So können auf Basis der Wetterlage (zum Beispiel entsprechend des Google-Wetterdienstes„meistens bewölkt",„vereinzelt stürmisch",„vereinzelt Re- gen", etc.) feste Beleuchtungsmodelle oder Materialien vergeben werden (z.B. Texturen), welche der Wetterlage angepasst sind. Man könnte im höchsten Komplexitätsgrad jedoch auch ein aktuelles Wolken- oder Regensatelliten- oder Radarbild verwenden, um dynamisch ein angenähertes Modell der Wolkendecke zu erstellen und die Schattenwürfe und optional die detaillierten Lichtverhältnisse daraus be- rechnen (siehe auch Figur 9). Wie bereits erwähnt, kann dies durch einen Server durchgeführt werden, welcher die Daten dem Client ortsspezifisch zur Verfügung stellt. Ebenfalls hilfreich für die Wahrnehmung der Entfernung ist die Ermittlung der Sichtweite durch Nebel, Regen oder Dunst. Diese kann automatisch erfolgen (vgl. "From video image e.g. (Automatic Fog Detection and Estimation of Visibility Distance through use of an Onboard Camera)", Zeitschrift Machine Vision and Applications Verlag Springer Berlin / Heidelberg ISSN 0932-8092 (Print) 1432- 1769 (Online) Heft Volume 17, Number 1 / April 2006, Seiten 8-20) oder ebenfalls mittels aktueller Wetterdaten abgefragt werden.
Einfachste technische Umsetzung, neben weiteren bekannten, ist das Setzten der Nebel-Einstellungen in OpenGL. Insbesondere für den Einsatz der Sichtweite zur realitätsgetreuen Darstellung der Entfernung, kann auch ein Teil eines virtuellen Objektes durch Nebel verändert werden, während ein anderer Teil klar dargestellt wird. Dies soll verhindern, dass zum Beispiel beim Einsatz der Technologie in einem Fahrzeug wichtige POI-Informationen durch Nebel ganz verschwinden. Technisch ist dies zum Beispiel durch einen zweiten Renderdurchgang realisierbar, der nur bestimmte Materialien berücksichtigt, aber keinen Nebel darstellt. Wie in Schritt 7.2 der Figur 17 beschrieben, kann zusätzlich noch auf Grund der Position, des Datums und der Uhrzeit der Stand der Sonne, bzw. des Mondes berechnet werden und zur Einstellung der Lichtquellen gesetzt werden. Dies wirkt sich insbesondere auf die Schatten (vgl. Schatten S1-S4 für die POI1-POI4 in Fig. 4, 10 und 11) aus, die dem Menschen helfen, die Position des POI besser zu bestimmen. Die Schatten können vorberechnete Texturen sein (vorteilhafterweise mit einem Transparenzwert), die sich, je nach Stand der Sonne oder des Mondes, unterhalb des POI auf der Bodenebene befinden, wo die Gerade zwischen Sonne oder Mond und POI die Bodenebene schneidet (Ausnahmen, falls dies nicht der Fall ist). Sollten Sonne oder Mond gleichzeitig sichtbar sein, wird die Sonne zur Berechnung verwendet. In principle, a perspectively correct 3D rendering of the POI object takes place (in particular in the proximity region 3 when a region is divided). Furthermore, the standard POI objects have a fixed size in order to be able to estimate the distance to them continuously. In order to increase the degree of reality and thus improve the allocation, weather data can advantageously be queried online. Here, different levels of complexity are conceivable for processing. Thus, based on the weather conditions (for example, according to the Google weather service "mostly cloudy", "occasionally stormy", "occasional rain", etc.) permanent lighting models or materials are assigned (eg textures), which are adapted to the weather However, in the highest degree of complexity one could also use a current cloud or rain-satellite or radar image to dynamically create an approximate model of the cloud cover and calculate the shadows and optionally the detailed lighting conditions (see also Figure 9) This can be done by a server, which makes the data available to the client in a location-specific way.Also helpful for the perception of the distance is the determination of the visibility through fog, rain or haze, which can be automatic (see "From video image eg (Automatic Fog Detection and Estimation of Visibility Distance through the Onboard Camera) ", Journal Machine Vision and Applications Publisher Springer Berlin / Heidelberg ISSN 0932-8092 (Print) 1432-1769 (Online) Issue Volume 17, Number 1 / April 2006, pages 8-20) or also be queried using current weather data. The simplest technical implementation, among other well-known, is the setting of the fog settings in OpenGL. In particular, for the use of the visibility to the realistic representation of the distance, a part of a virtual object can be changed by fog, while another part is clearly displayed. This is to prevent, for example, when using the technology in a vehicle important POI information disappear completely through fog. Technically, this can be realized, for example, by a second rendering pass, which takes into account only certain materials but does not represent fog. As described in step 7.2 of FIG. 17, the state of the sun or of the moon can additionally be calculated on the basis of the position, the date and the time, and set to set the light sources. This affects in particular the shadows (compare shadows S1-S4 for the POI1-POI4 in Figures 4, 10 and 11), which help humans to better determine the position of the POI. The shadows can be precomputed textures (advantageously with a transparency value) located below the POI on the ground level, depending on the position of the sun or moon, where the line between the sun or moon and POI intersects the ground plane (exceptions, if that not the case). If the sun or moon are visible at the same time, the sun is used for the calculation.
Die Schatten können aber auch, wie nach dem Stand der Technik bekannt, dynamisch berechnet werden. Dies kann vorteilhafterweise das gegenseitige Beschatten von POIs beinhalten. Existiert ein 3D-Modell der Umgebung (siehe auch Schritt 7.4 in Fig. 17, z.B. in Form eines Modells zur Verdeckung eines realen Objekts; sogenannte„Occlusiongeometrie") kann dies zusätzlich zur realistischen Berechnung der Schattensituation eingesetzt werden, indem es zum Beispiel Schatten auf POIs wirft (siehe auch Figur 9). In Schritt 7.3 kann der Realitätsgrad der Einblendung zusätzlich erhöht werden, indem die Materialien durch Bilder der Umgebung des POI angereichert werden. Der Einsatz von sogenannten Environment-Maps (Umgebungskarten) ist dem Fachmann bekannt. Neu ist, dass diese dynamisch ortsbezogen zum Beispiel aus Google Streetview extrahiert werden und berücksichtigt werden.
In Schritt 7.4 wird ein weiterer Schritt unternommen, um die Tiefenwahrnehmung des Betrachters zu stärken. Durch das Laden von Verdeckungsmodellen (sogenannte„Occlusiongeometrie") kann festgestellt werden, ob ein POI für den Betrachter sichtbar ist, oder zum Beispiel hinter einem anderen Gebäude verschwindet. POIs können, wenn sie verdeckt sind, direkt in den Fernbereich 4 geschoben werden oder besonders gekennzeichnet werden. Zum Beispiel kann der verdeckte Teil halbtransparent, mit gestrichelten Linien oder andersfarbig dargestellt werden. Vorteilhafterweise werden auch die Schatten nicht berechnet und angezeigt. Das Tiefenmodell kann hinterlegt werden oder dynamisch mittels SLAM-Algorithmen, Stereokameras oder einer Time Of Flight-Kamera erzeugt werden. In diesem Fall ist eine Tiefeninformation pro Bildpixel ausreichend. In Schritt 7.5 werden für eine korrekte Überlagerung im Nahbereich die Kameraparameter generiert (dies muss nicht ständig erfolgen). Diese können dynamisch zum Beispiel mittels eines SLAM-Mechanismus erzeugt werden oder entsprechend des Gerätenamens vom Server abgerufen werden oder im Programm hinterlegt sein. Im Falle eines See-Through-HMDs oder HUDs werden hier die Ergebnisse der See-Through-Kalibrierung oder einer dynamischen Vermessung der Position des Auges zum Display verwendet. However, the shadows may also be dynamically calculated as known in the art. This may advantageously involve the mutual shading of POIs. If a 3D model of the environment exists (see also step 7.4 in FIG. 17, eg in the form of a model for masking a real object, so-called "occlusion geometry"), this can be used in addition to the realistic calculation of the shadow situation, for example by shadows POIs raises (see also Figure 9) In step 7.3, the reality level of the overlay can be further increased by the materials are enriched by images of the environment of the POI.The use of so-called environment maps (environment maps) is known in the art that these are dynamically extracted locally, for example, from Google Streetview and taken into account. In step 7.4, another step is taken to strengthen the depth perception of the viewer. By loading occlusion models (so-called "occlusion geometry"), it can be determined whether one POI is visible to the viewer, or, for example, disappears behind another building POIs, when obscured, can be pushed directly into the far area 4 or more For example, the hidden part may be displayed semi-transparently, with dashed lines or other colors, and advantageously also the shadows are not calculated and displayed.The depth model may be deposited or generated dynamically by SLAM algorithms, stereo cameras or a Time Of Flight camera In this case, depth information per pixel is sufficient In step 7.5, the camera parameters are generated for a correct overlay in the near range (this need not be constant), which can be generated dynamically, for example by means of a SLAM mechanism or according to the device name of server be retrieved or stored in the program. In the case of a see-through HMD or HUD, the results of the sea-through calibration or a dynamic measurement of the position of the eye are used for the display.
In Schritt 7.6 kann vorteilhafterweise das Kamerabild so aufbereitet werden, dass nur die wichtigsten Bildbestandteile kontrastreich dargestellt werden. Dies macht nur im Video-See-Through-Modus Sinn und sollte den Nutzern, insbesondere bei sehr hellem Umgebungslicht, dabei helfen, die Zuordnung herzustellen. Die Überarbeitung des Videobildes kann zum Beispiel mittels des Sobel-Operators zur Kantenextraktion erfolgen. Vorteilhafterweise kann dieser Modus bei hellem Außenlicht ein- und ausgeschaltet werden, zum Beispiel wenn das Gerät einen Helligkeitssensor enthält. Im Schritt 7.7 werden dem Rendering-System nun zusätzlich auch die Parameter der Pose zur Verfügung gestellt, wenn dies nicht bereits für die Berechnungen in Schritten 3 bis 6 der Figur 12 nötig war. Nun kann, abhängig von den Hardwarefähigkeiten des Systems in Schritt 7.8 alles dargestellt und gerechnet werden. Ist die Hardware des Systems schwach, kann die Berechnung der korrekten Materialoberflächen auch auf Serverseite erfolgen
(Schritt 7.8B) oder das Gesamtbild auf Serverseite berechnet werden. Bei einem starken System, kann eine moderne GPU (Graphic Processor Unit) einen großen Teil der Arbeit übernehmen (Schritt 7.8A). Hierzu sind dem Fachmann vielerlei Möglichkeiten bekannt. In step 7.6, advantageously, the camera image can be processed so that only the most important image components are displayed in high contrast. This only makes sense in video sea-through mode and should help users make the mapping, especially in very bright ambient light. The video image can be revised, for example, by means of the Sobel operator for edge extraction. Advantageously, this mode can be switched on and off in bright outdoor light, for example when the device contains a brightness sensor. In step 7.7, the parameters of the pose are now additionally made available to the rendering system if this was not already necessary for the calculations in steps 3 to 6 of FIG. Now, depending on the hardware capabilities of the system in step 7.8, everything can be represented and calculated. If the hardware of the system is weak, the calculation of the correct material surfaces can also be done on the server side (Step 7.8B) or the overall picture on the server side. With a strong system, a modern GPU (Graphic Processor Unit) can do much of the work (step 7.8A). For this purpose, many possibilities are known to the expert.
AGGREGATION VON POIs AGGREGATION OF POIs
Zu einem Zeitpunkt im Ablauf (Figur 12), vorteilhafterweise vor Schritt 4.0 oder nach Schritt 5.0, können POIs auch zusammengefasst werden, wie in Figur 16, links unten dargestellt. Die Punkte eines Clusters bilden einen neuen, anders geformten POI. Dies kann im Nahbereich 3, im Standortbereich 5 und im Fernbereich 4 individuell erfolgen oder bereits vor der Aufteilung geschehen. Vorteilhafterweise kann dies nur mit POIs einer Kategorie (z.B. nur Websites) geschehen. Vorteilhafterweise können POIs im vordersten Bereich von diesem Prozess ausgeschlossen werden. INTERAKTION MIT POIs At a point in time in the sequence (FIG. 12), advantageously before step 4.0 or after step 5.0, POIs can also be combined, as shown in FIG. 16, bottom left. The points of a cluster form a new, differently shaped POI. This can be done individually in the close range 3, in the location area 5 and in the distance range 4 or can already be done before the allocation. Advantageously, this can only be done with POIs of a category (e.g., Web sites only). Advantageously, POIs in the forefront can be excluded from this process. INTERACTION WITH POIs
Figur 18 zeigt mögliche Interaktionsmöglichkeiten mit POIs gemäß Aspekten des erfindungsgemäßen Verfahrens. Wie in Augmented Reality üblich, kann der Nutzer durch Wechseln seines Standortes oder der Blickrichtung bereits den Ausschnitt auf die virtuellen Informationen und die Realität verändern. Dies kann auch automati- sehe Interaktion auslösen, wie in„Darstellung der Objekte" bereits beschrieben. Ist das Gerät mit einem Touchscreen oder einer Art Mauskontrolle (z.B. ein Trackball) ausgerüstet, besteht grundsätzlich die Möglichkeit POIs direkt anzuwählen. Sind mehrere POIs zu einem größeren POI-Objekt zusammengefasst worden, werden die einzelnen POIs nun auswählbar angeordnet und die Labels werden angezeigt (Schritt 9.8). Sonst wird, falls noch nicht angezeigt, das Label angezeigt (Schritt 9.9). Durch erneute Aktivierung des POI (Schritt 9.1 oder Tastendruck) wird der Infotext oder Preview angezeigt, falls er nicht bereits angezeigt wird (Schritt 9.11). Erneute Aktivierung löst bei POIs, die entsprechende Informationen hinterlegt haben, die Detailanzeige, Schritt 9.13, aus (z.B. Abspielen eines Films, Musik oder Anzeigen einer Website). Durch Berühren des Schließen-Buttons oder vorteilhafterweise durch Schütteln des Gerätes und Registrierung durch Bewegungssensoren kann diese Anzeige geschlossen werden. Alternativ könnte man diese eventuell auch im Hintergrund laufen lassen. Optionalerweise kann der Nutzer auch einstel-
len, dass die nächste hinterlegte Audio- oder Videodatei in der Nähe ausgeführt wird und im Hintergrund läuft. FIG. 18 shows possible interaction possibilities with POIs according to aspects of the method according to the invention. As usual in augmented reality, the user can already change the section to the virtual information and the reality by changing his location or the viewing direction. This can also trigger automatic interaction, as already described in "Appearance of Objects." If the device is equipped with a touch screen or a kind of mouse control (eg a trackball), it is basically possible to select POIs directly POI object, the individual POIs are now arranged to be selectable and the labels are displayed (step 9.8) Otherwise, if not yet displayed, the label is displayed (step 9.9) By reactivating the POI (step 9.1 or keypress) the info text or preview is displayed if it is not already displayed (step 9.11) Re-activation triggers the detail display, step 9.13 for POIs that have stored the information (eg playing a movie, music or viewing a website). By touching the close button or advantageously by shaking the device and registering by motion sensors n this display can be closed. Alternatively, you could possibly run this in the background. Optionally, the user can also The next stored audio or video file will be executed nearby and will run in the background.
Anstatt direkter Auswahl durch Berührung kann auch mittels des in Figur 7 darge- stellten Zielkreuzes 7 (optional) die Interaktion durchgeführt werden, wie in Figur 18 in den Schritten 9.5-9.7 beschrieben. Richtet der Benutzer das Fadenkreuz 7 (oder ein ähnliches Zielobjekt) in der Kamera auf ein POI, wird dort die nächste Detailstufe aktiviert (Label, falls nur POI sichtbar, Preview, falls Label sichtbar). Vorteilhafterweise kann das System auch den auf der Benutzeroberfläche nächstge- legenen POI zum Fadenkreuz aktivieren. Durch längeres Zielen auf einen POI oder Drücken eines Knopfes kann die nächste Detailstufe aktiviert werden. Um in den Fernbereich 4 zu gelangen, richtet der Nutzer die Kamera nach oben, bis er den höchstgelegenen POI im Nahbereich 3 um einen Schwellwert (z.B. 10 Grad) überschritten hat. Dort kann er dann durch Rechts- und Linksdrehen zwischen den POIs navigieren. Ähnlich kann er durch Richten der Kamera nach unten in den Standortbereich 5 gelangen. Hier kann er dann ebenfalls durch Rechts- und Linksdrehen durch die ansonsten feststehenden POIs navigieren. Besonderheit im Standortbereich 5 ist, dass ein POI, falls angegeben oder automatisch erstellbar, dort zusätzlich zur POI-Detailinformation ein Bild des Ortes angegeben wird, um das Auffinden zu erleichtern (vgl. Vorschau V23 und Bild P23 für den POI23 in Figur 6). Das Bild kann manuell eingepflegt werden oder mittels einer Bilddatenbank, welche Pose- Informationen enthält, automatisch erstellt werden. Instead of direct selection by touch, the interaction can also be carried out by means of the target cross 7 shown in FIG. 7 (optional), as described in FIG. 18 in steps 9.5-9.7. If the user points the crosshair 7 (or a similar target object) in the camera to a POI, the next detail level is activated there (label if only POI visible, preview, if label visible). Advantageously, the system can also activate the POI closest to the user interface to the crosshairs. Long aiming at a POI or pressing a button activates the next level of detail. To get into the far-end area 4, the user points the camera upwards until he has exceeded the highest POI in the vicinity 3 by a threshold (e.g., 10 degrees). There he can then navigate by right and left turning between the POIs. Similarly, by pointing the camera down, he can enter the location area 5. Here he can also navigate by turning right and left through the otherwise fixed POIs. A special feature in the location area 5 is that a POI, if specified or automatically created, there in addition to the POI detail information is given an image of the place to facilitate finding (see preview V23 and Figure P23 for the POI23 in Figure 6). The image can be entered manually or automatically created using an image database containing pose information.
Die Auswahl eines POI kann optional auch mittels Sprachsteuerung erfolgen. Dafür aktiviert der Nutzer die Steuerung über einen bestimmten Satz (z.B.„aktiviere Sprachsteuerung"). Daraufhin wird jeder POI mit einer Zahl gekennzeichnet. Durch Aussprechen der Zahl kann dieser POI dann aktiviert werden. The selection of a POI can optionally also be done by voice control. To do this, the user activates control over a particular set (e.g., "activate voice control"), whereupon each POI is identified with a number, and then, by pronouncing the number, that POI can be activated.
Vorteilhafterweise kann man bei dem System durch noch weiteres Richten nach unten einen Kartenmodus aktivieren. Vorteilhafterweise wird beim Wechsel des POI oder bei Auslösen einer Interaktion sofort ein akustisches Signal ausgelöst. Desweiteren kann auch ein haptisches Signal (zum Beispiel ein leichtes Vibrieren) erfolgen.
Vorteilhafterweise kann bei einer speziellen Interaktion mit einem POI (z.B. dreimal Klicken innerhalb kurzer Zeit) ein Kartenmodus geöffnet werden, der die Karte an der Stelle des POI zentriert. Alternativ kann durch eine besondere Interaktion eine Navigation zu diesem POI gestartet werden. Advantageously, the system can be activated by further pointing down a card mode. Advantageously, an acoustic signal is triggered immediately when changing the POI or when triggering an interaction. Furthermore, a haptic signal (for example a slight vibration) can also take place. Advantageously, in a particular interaction with a POI (eg, three clicks within a short time), a map mode may be opened centering the map at the POI location. Alternatively, a navigation to this POI can be started by a special interaction.
Weiterhin beinhaltet die Erfindung noch die folgenden Aspekte und Ausfuhrungsformen, die in Verbindung mit dem bisher Beschriebenem angewandt werden können: Die virtuelle Information (z.B. POIs) kann in die Ansicht der realen Umgebung in dem Fernbereich 4 in einheitlicher Größe eingeblendet werden. Hinsichtlich der Art der Einblendung in die Ansicht der realen Umgebung in dem Standort-Bereich 5 wird die virtuelle Information anders dargestellt als bei Einblendung in den Nahbereich 3. Insbesondere kann die virtuelle Information in die Ansicht der realen Um- gebung in dem Standort-Bereich 5 unbeweglich, insbesondere auch in einheitlicher Größe und/oder unabhängig von der Orientierung der Darstellungsvorrichtung, eingeblendet werden. Furthermore, the invention also includes the following aspects and embodiments which may be applied in connection with what has been described so far: The virtual information (e.g., POIs) may be superimposed on the real-world view in the remote area 4 in a uniform size. With regard to the type of insertion in the view of the real environment in the location area 5, the virtual information is displayed differently than when it is displayed in the proximity area 3. In particular, the virtual information can be included in the view of the real environment in the location area 5 immovable, especially in a uniform size and / or regardless of the orientation of the display device, are displayed.
Es können auch mehrere unterschiedliche virtuelle Informationen zu einem virtuel- len Objekt zusammengefasst werden und das virtuelle Objekt statt der mehreren virtuellen Informationen in der Ansicht dargestellt werden. Hierbei können die mehreren virtuellen Informationen aus einer Gruppe von virtuellen Informationen ausgewählt werden, die zusammen einen Cluster bilden, wobei das virtuelle Objekt im Vergleich zu den virtuellen Informationen anders geformt ist. It is also possible to combine several different virtual information into one virtual object and to display the virtual object instead of the multiple virtual information in the view. In this case, the plurality of virtual information can be selected from a group of virtual information that together form a cluster, wherein the virtual object is shaped differently compared to the virtual information.
Weiterhin kann auf die Darstellungsvorrichtung eine geographische Karte und/oder eine Vogelperspektiven-Ansicht eingeblendet werden, wenn die Darstellungsvorrichtung näherungsweise waagrecht zur Erdoberfläche gehalten wird oder mehr als ein bestimmter Winkel unterhalb des niedrigsten POIs im Nahbereich gehalten wird oder, wenn diese Funktion schon zum Erreichen des Standortbereichs belegt ist, weiter unterhalb gehalten wird. Furthermore, a geographical map and / or a bird's-eye view can be superimposed on the display device if the display device is held approximately horizontal to the earth's surface or if more than one specific angle is kept below the lowest POI in the near zone or if this function is already used to achieve the Location area is occupied, is held further below.
Eine jeweilige Begrenzung, insbesondere deren Radius, zwischen den Bereichen kann geändert werden, wenn virtuelle Information vom Benutzer von einem der Be-
reiche, z.B. dem Nahbereich, in einen anderen der Bereiche, z.B. den Fernbereich, und/oder umgekehrt transferiert wird. A respective boundary, in particular its radius, between the areas can be changed if virtual information from the user of one of the areas rich, for example, the near area, in another of the areas, such as the long-range, and / or vice versa is transferred.
Die Begrenzung, insbesondere deren Radius, kann auch in Abhängigkeit der Anzahl von mehreren virtuellen Informationen innerhalb eines bestimmten Sektors der Ansicht berechnet werden. Die Begrenzung, insbesondere deren Radius, kann auch in Abhängigkeit der zweidimensionalen Dichte von mehreren virtuellen Informationen innerhalb eines bestimmten Sektors der Ansicht berechnet werden. Weiterhin kann die Begrenzung, insbesondere deren Radius, auch in Abhängigkeit von mehreren virtuellen Informationen, die zusammen einen Cluster bilden, berechnet werden. The boundary, in particular its radius, can also be calculated as a function of the number of multiple virtual information within a particular sector of the view. The boundary, in particular its radius, can also be calculated as a function of the two-dimensional density of a plurality of virtual information within a particular sector of the view. Furthermore, the limitation, in particular its radius, can also be calculated as a function of a plurality of virtual information items which together form a cluster.
Im Nahbereich kann in der Darstellungsvorrichtung unterhalb der virtuellen Information ein Schatten in der Nähe einer in der Darstellungsvorrichtung dargestellten Bodenebene dargestellt werden, welcher mit der Position der virtuellen Information korrespondiert. In the near area, a shadow in the vicinity of a ground plane represented in the presentation device, which corresponds to the position of the virtual information, can be displayed in the display device below the virtual information.
Als Darstellungsvorrichtung kann eine Video-Darstellungsvorrichtung verwendet werden, in der die Ansicht der realen Umgebung durch ein Kantenbild angereichert wird oder ersetzt wird, um den Kontrast zu verstärken. As the display device, a video display device may be used in which the view of the real environment is enriched by an edge image or replaced to enhance the contrast.
Dem Benutzer kann bei einer Benutzer- Aktion zur Auswahl von virtueller Information oder zum Wechsel zwischen mehreren virtuellen Informationen eine akustische und/oder eine haptische Rückkopplung in einer zur Auswahl verwendeten Eingabevorrichtung gegeben werden. The user may be given acoustic and / or haptic feedback in an input device used for selection in a user action to select virtual information or switch between multiple virtual information.
Durch das Ermitteln der Position und Orientierung des wenigstens einen Teils des Systemaufbaus 20 bzw. 30 relativ zu der realen Umgebung kann eine Tiefeninformation in Bezug auf wenigstens ein in der Ansicht enthaltenes reales Objekt berechnet oder geladen werden, wobei die Tiefeninformation verwendet werden kann, um ein Verdeckungsmodell zur Verdeckung eines realen Objekts in die Darstellungsvorrichtung einzublenden, wenn eine virtuelle Information von dem zu verdeckenden realen Objekt in der Ansicht verdeckt wird. Eine solche Tiefeninformation kann auch verwendet werden, um eine Begrenzung zwischen Bereichen, z.B. zwischen Nahbereich und Fernbereich, zu berechnen.
Weiterhin kann mehreren in der Darstellungsvorrichtung eingeblendeten virtuellen Informationen eine jeweilige Nummer zugeordnet werden, wobei durch Spracherkennung der Nummer oder Auswahl der Nummer auf einer Tastatur oder einem be- rührungsempfmdlichen Eingabefeld die entsprechende virtuelle Information auswählbar ist. By determining the position and orientation of the at least part of the system structure 20 or 30 relative to the real environment, depth information relating to at least one real object included in the view may be calculated or loaded, wherein the depth information may be used Masking model for concealing a real object in the display device when virtual information is obscured by the real object to be hidden in the view. Such depth information can also be used to calculate a boundary between areas, eg between near and far. Furthermore, a number can be assigned to a plurality of virtual information displayed in the display device, wherein the corresponding virtual information can be selected by voice recognition of the number or selection of the number on a keyboard or a touch-sensitive input field.
Außerdem können mehrere virtuelle Informationen jeweils einer von mehreren Kategorien zugeordnet werden, wobei die virtuellen Informationen in Abhängigkeit der Kategorie ein- und/oder ausgeblendet werden können. In addition, multiple virtual information can each be assigned to one of several categories, whereby the virtual information can be shown and / or hidden depending on the category.
Auch kann in der Darstellungsvorrichtung ein Rand 6 dargestellt werden, der eine Reichweite des Nahbereichs 3 anzeigt, wobei eine Begrenzung des Nahbereichs durch eine Benutzer- Aktion, insbesondere durch ein Ziehen der Begrenzung, verän- derbar ist. Also, in the display device, an edge 6 can be displayed, which indicates a range of the proximity area 3, wherein a limitation of the near area can be changed by a user action, in particular by dragging the boundary.
Beispielsweise ist die virtuelle Information in wenigstens drei Stufen darstellbar. Hierbei weist eine erste Stufe einen Körper (z.B. einen 2D-Körper oder SD- Körper)) als lediglich örtlicher Hinweis auf die virtuelle Information auf (vgl.. POIl in Fig. 10, 11), eine zweite Stufe weist einen Hinweis auf die virtuelle Information in Form eines beschrifteten Labels auf (vgl. Label Ll in Fig. 11), und eine dritte Stufe weist eine auszugsartige Vorschau auf die virtuelle Information auf (vgl. Vorschau Vl und Bild Pl in Figuren 10, 11), die insbesondere dann eingeblendet wird, wenn durch eine Benutzer- Aktion die punktartige Darstellung oder das Label aus- gewählt wird. Ein vierte Stufe kann die Information in voller Länge darstellen (vgl. Information Il aus Fig. 10). For example, the virtual information can be displayed in at least three stages. In this case, a first stage has a body (eg a 2D body or SD body)) as merely a local indication of the virtual information (cf. POIl in FIGS. 10, 11), a second stage has an indication of the virtual one Information in the form of a labeled label (see Label L1 in Fig. 11), and a third stage has an abstract-like preview of the virtual information (see Preview V1 and picture P1 in Figures 10, 11), which are particularly shown becomes when a user action selects the dot-like display or the label. A fourth stage may represent the full length information (see Information II of Fig. 10).
Eine Ausprägung kann dabei vorsehen, dass in einem ersten Teil des Fernbereichs 4 virtuelle Information lediglich in der ersten Stufe dargestellt wird, in einem zweiten Teil des Fernbereichs 4 mit näher als im ersten Teil des Fernbereichs an der Darstellungsvorrichtung platzierten realen Objekten und in einem ersten Teil des Nahbereichs 3 virtuelle Information in der zweiten Stufe dargestellt wird, und in einem zweiten Teil des Nahbereichs 3 mit näher als im ersten Teil des Nahbereichs an der
Darstellungsvorrichtung platzierten realen Objekten die virtuelle Information in der dritten Stufe dargestellt wird. One embodiment may provide that in a first part of the long range 4 virtual information is displayed only in the first stage, in a second part of the long range 4 with real objects placed closer to the display device than in the first part of the long range and in a first part of the short range 3 virtual information is displayed in the second stage, and in a second part of the short range 3 with closer than in the first part of the short range at the Representation device placed real objects the virtual information is displayed in the third stage.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass eine Begrenzung zwischen Nahbereich und Fernbereich, insbesondere ein Radius der Begrenzung, abhängig von einer Größe der eingeblendeten virtuellen Information, einer Auflösung der Darstellungsvorrichtung und/oder einer Auflösung einer Kamera, die zur Generierung der Ansicht verwendet wird, berechnet wird. Weiterhin kann die Grenze des Standortbereiches mit einer erhöhten Messunsicherheit der Positionserfassung größer werden. Furthermore, it can be provided that a boundary between the near range and the far range, in particular a radius of the limit, depending on a size of the displayed virtual information, a resolution of the display device and / or a resolution of a camera, which is used to generate the view is calculated , Furthermore, the boundary of the location area can become larger with an increased measurement uncertainty of the position detection.
Weiterhin kann die Begrenzung, die insbesondere ein Radius sein kann und bestimmt, welche Objekte überhaupt angezeigt werden sollen, von der aktuellen Ge- schwindigkeit oder der Durchschnittsgeschwindigkeit des Benutzers oder der Entfernung, welche der Benutzer mit öffentlichen Verkehrsmitteln, Fahrzeug oder Fahrrad oder ähnlichem in einer bestimmten Zeit erreichen kann, abhängen. Furthermore, the limitation, which may be, in particular, a radius and determines which objects are to be displayed at all, may be based on the current speed or the average speed of the user or the distance which the user uses by public transport, vehicle or bicycle or the like certain time can depend.
Weiterhin kann unabhängig von den anderen Offenbarungen das System virtuelle Infor- mationen mit der Realität überlagern, wobei bei der Einblendung von virtueller Information in eine Ansicht einer realen Umgebung Wetterdaten berücksichtigt werden, die z.B. über das Internet („online") abgefragt werden, um den Realitätsgrad von eingeblendeter virtueller Information in Bezug auf die reale Umgebung zu erhöhen und damit die Zuordnung zu verbessern. Die oben in Verbindung mit Wet- terdaten und ähnlichem beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen können auch in Verbindung mit diesem Aspekt unabhängig von anderen beschriebenen Aspekten angewandt werden.
Furthermore, independently of the other disclosures, the system may overlay virtual information with reality, taking into account, in the display of virtual information in a view of a real environment, weather data, e.g. queried over the Internet ("online") to increase the level of realism of visual information displayed in relation to the real environment and thus to improve the allocation The features and embodiments described above in connection with weather data and the like can also be found in Connection with this aspect can be applied independently of other aspects described.