Augmented Reality - et supplement til virkeligheden

Hollywood har i årevis blandet virkelighed og fiktion, men det er kun film. Når virkelighedstro dinosaurer kaster sig over mennesker, foregår det på en todimensionel skærm, og scenen er optaget en gang for alle. Man kan se, men ikke deltage, og handlingen er den samme hver gang, båndet kører.

Forestil dig, at du tager et par computerbriller på og går ud i haven. Pludselig får du øje på en velociraptor, som lurer bag et træ. Du hiver pistolen frem og skyder bæstet. Måske dør rovdinoen, måske bliver den såret og går rasende til angreb. Tingene sker rundt omkring dig her og nu.

Dét er Augmented Reality for fuld udblæsning. Haven er virkelig, men dinosauren og skuddet er ren animation, som supplerer og udbygger den virkelighed, som du er midt inde i.

Lektor Claus Madsen fra Aalborg Universitet vil blande den ægte og den virtuelle virkelighed. Detektorer ophængt i loftet holder styr på brillernes orientering i rummet, så de virtuelle elementer kan indpasses korrekt i synsfeltet. (Foto: Lars Horn) Illustration: Lars Horn

Der vil nok gå adskillige år, før børnene begynder at plage om den slags seje computerbriller. For Augmented Reality - suppleret virkelighed - er et nyt forskningsfelt, og teknologien er først nu så småt på vej ud af laboratorierne. Men der er ingen tvivl om, at perspektiverne er til at få øje på.

Ej blot til lyst

Tag kirurgi. I dag man optage levende 3D-billeder af patientens indre og fremvise dem på en skærm. Men for at få udbytte af informationerne må kirurgen skiftevis se på skærmen og patienten.

Med Augmented Reality bliver billederne vist direkte på patienten i 3D, så lægen kan se dybt ind i patientens krop og følge sine instrumenters arbejde samtidig med, at han ser patienten, kollegerne og operationsbordet på helt normal vis. Kirurgen kan fokusere sin opmærksomhed fuldstændigt. Systemet vil være nyttigt, hvad enten det drejer sig om at ramme en lille svulst i hjernen med en biopsinål eller om at følge et fosters bevægelser under en vanskelig fødsel. Samtidig vil Augmented Reality være perfekt til at støtte en kirurg under oplæring. Virtuelle instruktioner på patientens krop kan guide novicen igennem de nødvendige trin, uden at han behøver at løfte blikket.

Et andet potentielt anvendelsesområde er samling, vedligeholdelse og reparation af komplicerede maskiner som motorer til biler og fly. Med brillerne på får mekanikeren tredimensionnelle tegninger overlejret direkte på de relevante komponenter med instruktioner om, hvad der skal gøres og i hvilken rækkefølge.

En håndværker kan se på en mur og få vist rør og ledninger inde i murværket, så han undgår at bore de forkerte steder. Og arkitekter og bygningsingeniører kan vise, hvordan planlagte bygninger vil gøre sig i bybilledet. Kig ud ad vinduet og nyd mit nye tårn!

Måske er mulighederne allerstørst inden for oplysning, turisme og underholdning. Der findes allerede den magiske bog, hvor figurerne rejser sig i 3D fra bogens sider, og hvor læserne selv kan springe ind i bogen og blande sig i eventyret.

På Columbia University i USA kan man gå rundt med »turmaskinen« og opleve, hvordan et frit svævende display viser bygningernes navne og orienterer om, hvad de bruges til. Man kan sågar få vist historiske bygninger, som for længst er revet ned, netop på de steder, hvor bygningerne engang stod.

Overfør dén til Akropolis - det ville være en turistoplevelse uden lige, hvis man kunne tage computerbriller på og se Parthenon, som templet så ud i sine velmagtsdage. Eller mere lokalt: Kig ud fra tårnet på Ribe Domkirke og oplev, hvordan byen var i år 1200.

»Som med så megen anden ny teknologi er det underholdningsbranchen, der kan blive den store drivkraft bag den teknologiske udvikling. Hvis det bliver muligt at udvikle og masseproducere et system, hvor børn kan iføre sig briller og skyde virtuelle dinoer i baghaven, vil det blive en milliardforretning. Og så er det kun fantasien, som sætter grænser for, hvad Augmented Reality kan udvikle sig til,« siger lektor Claus Madsen fra Laboratoriet for Computer Vision og Medieteknologi (CMVT) på Aalborg Universitet.

Virkeligt og virtuelt

Augmented Reality kan baseres på to forskellige teknologier. I begge teknologier danner en computer billeder af de virtuelle elementer som grafik. Forskellen ligger i, hvordan billederne af de virtuelle elementer kombineres med virkeligheden.

I den optiske teknologi ser man virkeligheden direkte gennem specielle brilleglas, som samtidig kan vise de virtuelle billeder. I den videobaserede teknologi ser brugeren virkeligheden som levende videobilleder på små tv-skærme foran øjnene, men computeren har forinden lagt videobillederne sammen med de virtuelle billeder.

Fordelen ved den optiske teknologi er, at man ser virkeligheden, som man er vant til. En svaghed er, at det næsten er umuligt at få computergrafikken til at passe helt nøjagtigt med virkeligheden. For det første har grafikken tendens til at halte en smule bagefter virkeligheden, når man kigger i en ny retning, fordi systemet skal reagere på den nye synsretning. For det andet sidder brillerne ikke helt ens på hovedet fra gang til gang. Det kan give problemer, når grafik og virkelighed skal passe meget nøjagtigt. Hvis man skiller en maskine ad, er det vigtigt, at pilen peger præcist på den rigtige skrue på det rigtige tidspunkt.

Med den videobaserede teknologi kan videoen af virkeligheden synkroniseres fuldstændigt med grafikken af de virtuelle elementer. Til gengæld må man leve med, at man ser virkeligheden som et tv-billede.

»Video er lettest teknisk set, men optiske systemer, hvor man ser direkte gennem brillerne, er den rigtige løsning, hvis flere mennesker skal sidde sammen og kommunikere. Så vil man jo gerne kunne se hinanden i øjnene«, siger Claus Madsen.

Byplanlægning på et bord

Netop det er formålet i et EU-projekt kaldet Arthur, som CMVT deltager i sammen med bl.a. det tyske Fraunhofer Institut für Angewandte Informationstecknik og det store engelske arkitektfirma Foster, som bl.a. har stået for renoveringen af Rigsdagen i Berlin. Målet er forbedret byplanlægning.

Ideen er, at et antal personer kan sidde omkring et bord og arbejde kreativt med, hvordan en ny bydel kan se ud. Man flytter rundt med klodser på bordet, men klodserne ses som huse. På den måde kan man finde frem til, hvordan husene bedst kan placeres i forhold til hinanden. Desuden kan mødedeltagerne pege ud i luften på et frit svævende display, starte programmer og bede om et nyt facadedesign eller en visualisering af rørlægningen.

Samtidig med at den virtuelle verden udfolder sig, ser mødedeltagerne hele tiden hinanden på normal vis. Arthur-projektet afsluttes i 2004.

Hvor er brillerne?

Det største tekniske problem i Augmented Reality er, at man hele tiden skal have fuldstændig tjek på, hvor personen med brillerne er, samt hvilken retning han eller hun kigger i. Det er en forudsætning for at indpasse de virtuelle elementer i virkeligheden.

Den mest anvendte metode er magnetisk tracking, hvor man genererer et magnetfelt med flere orienteringer i lokalet. En magnetisk sensor på brillerne måler så det lokale magnetfelt, som omregnes til brillens position og orientering. En dyrere, men mere præcis teknik er tracking ved hjælp af infrarødt lys. Her placeres infrarøde kameraer og infrarøde lyskilder i loftet. Det infrarøde lys reflekteres af brilleglassene, hvilket opfanges af kameraerne. En computer beregner nu brillernes position og orientering.

Systemerne er kun egnede til brug indendørs og dur ikke, hvis man f.eks. gerne vil gå rundt på en af vikingetidens borge og se, hvordan husene mellem de grønne jordvolde så ud. Brug af Augmented Reality udendørs kræver, at GPS-satellitter anvendes til at bestemme brugerens position. Samtidig skal brillen udstyres med et gyroskop, der hele tiden måler, hvor man kigger hen.

Endelig er det nødvendigt med en meget præcis computermodel af omgivelserne, så de virtuelle elementer kan placeres korrekt i virkeligheden. Her er det svært at modellere, hvordan en virtuel bygning spærrer for synet af et bagvedliggende hus og omvendt. Udendørs brug af Augmented Reality er uhyre krævende teknisk set, når personen skal kunne bevæge sig rundt.

»Mindre kan imidlertid også gøre det. Hvis man f.eks. vil vise, hvordan det ser ud, hvis man erstatter en eksisterende vindmøllepark med et par nye kæmpemøller, kan man bruge en fast stander, hvis position er bestemt nøjagtigt. Så kan man placere en kikkert med indbyggede skærme og gyroskop på standeren. Den type systemer kan laves relativt billigt, og de vil være interessante for udendørs museer, arkitekter og byplanlæggere«, siger Claus Madsen.

»Jeg tror, at dette bliver en af de første reelle anvendelser af Augmented Reality. Jeg drømmer nogle gange om at starte et firma med henblik på at kommercialisere den slags. Men jeg er nu nok mere forsker end entreprenør«, fortsætter han.

Virtuelle skygger

Claus Madsen forsker bl.a. i, hvordan man kan få virtuelle elementer til at kaste skygger på samme måde som virkelige ting. Det er vigtigt, hvis de skal være virkelighedstro.

»Så længe lyssætningen i et lokale er konstant, og tingene ikke bevæger sig, er det nemt nok at lægge skygger på virtuelle elementer. Men hvis man pludselig slukker en lampe, eller hvis en person går ind foran et virtuelt element eller en lyskilde, må computeren i dag regne et par minutter. Men vi skal nok få løst problemet,« siger Claus Madsen. j