Verfügbarkeit: Virtual und Augmented Reality (VR/AR)

Virtual und Augmented Reality (VR/AR): Grundlagen und Methoden der Virtuellen und Augmentierten Realität

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Bibliographische Detailangaben
Weitere beteiligte Personen:	Dörner, Ralf (HerausgeberIn)
Format:	Buch
Sprache:	Deutsch
Veröffentlicht:	Berlin [u.a.] Springer Vieweg 2013
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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG 1 RALF DOERNER, BERNHARD JUNG, PAUL GRIMM, WOLFGANG BROLL UND MARTIN GOEBEL 1.1 WORUM GEHT ES BEI VR/AR? 1 1.1.1 DIE PERFEKTE VIRTUELLE REALITAET 2 1.1.2 DIE SIMULATION DER WELT 5 1.1.3 SUSPENSION OFDISBELIEF 7 1.1.4 MOTIVATION ; 8 1.2 WAS IST VR? 12 1.2.1 TECHNOLOGIEORIENTIERTE CHARAKTERISIERUNGEN DER VR 12 1.2.2 VR ALS INNOVATIVE FORM DER MENSCH-MASCHINE INTERAKTION 15 1.2.3 MENTALE ASPEKTE DER VR-ERFAHRUNG 17 1.3 HISTORISCHE ENTWICKLUNG DER VR 19 1.4 VR/AR-SYSTEME 21 1.5 BENUTZUNG DES BUCHES 25 1.5.1 AUFBAU DES BUCHES 25 1.5.2 BENUTZUNGSANLEITUNG 26 1.5.3 ZIELGRUPPEN DES BUCHES 26 LEHRENDE IM BEREICH VR/AR 27 STUDIERENDE 28 ANWENDER ODER SOLCHE, DIE ES WERDEN WOLLEN 28 TECHNOLOGIEAFIINE 29 1.6 ZUSAMMENFASSUNG UND FRAGEN 29 LITERATUREMPFEHLUNGEN 30 LITERATUR 31 2 WAHRNEHMUNGSASPEKTE VON VR 33 RALF DOERNER UND FRANK STEINICKE 2.1 MENSCHLICHE INFORMATIONSVERARBEITUNG 33 2.2 VISUELLE WAHRNEHMUNG 35 2.2.1 STEREOSEHEN 36 2.2.2 RAUMWAHRNEHMUNG 39 VII HTTP://D-NB.INFO/1044792248 VIII INHALTSVERZEICHNIS 2.3 MULTISENSORISCHE WAHRNEHMUNG 43 2.3.1 AUDITIVE WAHRNEHMUNG 43 2.3.2 HAPTISCHE WAHRNEHMUNG 44 2.3.3 PROPRIOZEPTION UND KINAESTHESIE 44 2.3.4 BEWEGUNGSWAHRNEHMUNG 45 2.3.5 PRAESENZ UND IMMERSION 46 2.4 PHAENOMENE, PROBLEME, LOESUNGEN 46 2.4.1 ABWEICHENDE BETRACHTUNGSPARAMETER 47 2.4.2 DOPPELBILDER 48 2.4.3 FRAME CANCELLATION 50 2.4.4 VERGENCE-FOCUS-KONFLIKT 51 2.4.5 DISKREPANZEN IN DER RAUMWAHRNEHMUNG 52 2.4.6 DISKREPANZEN IN DER BEWEGUNGSWAHRNEHMUNG 55 2.4.7 CYBERSICKNESS 56 2.5 NUTZUNG VON WAHRNEHMUNGSASPEKTEN 57 2.5.1 SALIENZ 57 2.5.2 NUTZERFUHRUNG 60 2.6 ZUSAMMENFASSUNG UND FRAGEN 60 LITERATUREMPFEHLUNGEN 61 LITERATUR 61 * 3 VIRTUELLE WELTEN 65 BERNHARD JUNG UND ARND VITZTHUM 3.1 EINFUHRUNG 66 3.1.1 VORUEBERLEGUNG: ANFORDERUNGEN AN VIRTUELLE WELTEN 66 3.1.2 ERSTELLEN DER 3D-OBJEKTE 67 3.1.3 AUFBEREITUNG DER 3D-OBJEKTE FUER VRVAR 67 3.1.4 INTEGRATION DER 3D-OBJEKTE IN VR/AR-LAUFZEITUMGEBUNGEN 68 3.2 SZENENGRAPHEN 68 3.3 3D OBJEKTE 71 3.3.1 OBERFLAECHENMODELLE 72 POLYGONBASIERTE REPRAESENTATIONEN 72 POLYGONE 72 POLYGONNETZE (POLYGON MESHES) 72 TRIANGLE STRIPS 73 3.3.2 FESTKOERPERMODELLE 74 BOUNDARY REPRESENTATION (B-REPS) 74 PRIMITIVE INSTANCING 75 3.3.3 ERSCHEINUNGSBILD 75 MATERIALIEN 75 TEXTUREN 76 SHADER 77 INHALTSVERZEICHNIS IX 3.3.4 OPTIMIERUNGSTECHNIKEN FUER 3D-OBJEKTE 77 VEREINFACHUNG VON POLYGONNETZEN 78 DARSTELLUNG UNTERSCHIEDLICHER DETAILGRADE 78 TEXTURE BAKING 78 BILLBOARDS 79 3.4 ANIMATION UND OBJEKTVERHALTEN 80 3.4.1 KEYFRAME-ANIMATION 80 3.4.2 PHYSIKBASIERTE ANIMATION STARRER KOERPER 80 3.4.3 OBJEKTVERHALTEN 82 3.4.4 VERHALTEN UND ANIMATION IN SZENENGRAPHEN 83 3.5 BELEUCHTUNG, SOUND UND HINTERGRUENDE 83 3.5.1 BELEUCHTUNG 84 3.5.2 SOUND 84 3.5.3 HINTERGRUENDE 86 3.6 SPEZIALSYSTEME 86 3.6.1 VIRTUELLE MENSCHEN 86 3.6.2 PARTIKELSYSTEME 88 3.6.3 GELAENDE 90 3.6.4 VEGETATION 91 3.7 ZUSAMMENFASSUNG UND FRAGEN 93 LITERATUREMPFEHLUNGEN 94 LITERATUR 94 4 VR-EINGABEGERAETE 97 PAUL GRIMM, RIGO HEROLD, JOHANNES HUMMEL UND WOLFGANG BROLL 4.1 GRUNDLAGEN 98 4.1.1 ANZAHL DER FREIHEITSGRADE PRO VERFOLGTEM KOERPER 100 4.1.2 ANZAHL DER GLEICHZEITIG VERFOLGTEN KOERPER 100 4.1.3 GROESSE DER UEBERWACHTEN FLAECHE BZW. DES UEBERWACHTEN VOLUMENS ... 100 4.1.4 GENAUIGKEIT 101 4.1.5 WIEDERHOLRATE 101 4.1.6 LATENZ 102 4.1.7 DRIFT 102 4.1.8 EMPFINDLICHKEIT GEGENUEBER AEUSSEREN RAHMENBEDINGUNGEN 103 4.1.9 KALIBRIERUNG 103 4.1.10 USABILITY 103 4.2 OPTISCHES TRACKING 104 4.2.1 MARKENBASIERTE VERFAHREN 104 4.2.2 MARKENLOSE VERFAHREN 107 4.2.3 OUTSIDE-IN-VERFAHREN 107 4.2.4 INSIDE-OUT-VERFAHREN 109 4.2.5 VERGLEICH DER OPTISCHEN TRACKING-SYSTEME 109 X INHALTSVERZEICHNIS 4.3 WEITERE EINGABEGERAETE 110 4.3.1 3D-MOUSE 110 4.3.2 MECHANISCHE EINGABEGERAETE 110 4.3.3 AKUSTISCHES TRACKING 111 4.3.4 ELEKTROMAGNETISCHES TRACKING 112 4.3.5 INERTIAL-TRACKER 112 4.3.6 BEWEGUNGSPLATTFORMEN 113 4.4 FINGER-TRACKING 114 4.5 EYE-TRACKING 117 4.5.1 BEWEGUNGSABLAEUFE DES AUGES 117 4.5.2 VERFAHREN 117 4.5.3 FUNKTIONSWEISE EINES EYE-TRACKERS 120 4.5.4 KALIBRIERUNG 121 4.5.5 EYE-TRACKING IN HEAD-MOUNTED DISPLAYS 122 4.5.6 REMOTE-EYETRACKER 123 4.6 ZUSAMMENFASSIMG UND FRAGEN 124 LITERATUREMPFEHLUNGEN * 124 LITERATUR 125 5 VR-AUSGABEGERAETE 127 PAUL GRIMM, RIGO HEROLD, DIRK REINERS UND CAROLINA CRUZ-NEIRA 5.1 VISUELLE AUSGABE 129 5.1.1 VERWENDETE TECHNOLOGIEN 129 5.1.2 RAEUMLICHE DARSTELLUNG 129 5.1.3 AUFBAU VON DISPLAYSYSTEMEN MIT MEHREREN DISPLAYS 132 5.2 AUSGABE UEBER TILED DISPLAYS 134 5.2.1 GEOMETRISCHE KALIBRATION 137 5.2.2 HELLIGKEITSUNIFORMITAET 138 5.2.3 FARBUNIFORMITAET 141 5.2.4 HARD- UND SOFTWARE FUER DIE BILDERZEUGUNG 141 5.2.5 FAZIT 142 5.3 HEAD-MOUNTED DISPLAYS 142 5.3.1 ALLGEMEINE KENNGROESSEN UND EIGENSCHAFTEN 142 5.3.2 DIREKTSICHT-HMDS 147 5.3.3 VIDEO-HMDS 149 5.3.4 SEE-THROUGH-HMDS 150 5.3.5 INTERAKTIVE HMDS 151 5.4 AKUSTISCHE AUSGABEGERAETE 154 5.5 HAPTISCHE AUSGABEGERAETE 154 5.6 ZUSAMMENFASSUNG UND FRAGEN 155 LITERATUREMPFEHLUNGEN 156 LITERATUR 156 INHALTSVERZEICHNIS XI 6 INTERAKTIONEN IN VIRTUELLEN WELTEN 157 RALF DOERNER, CHRISTIAN GEIGER, LEIF OPPERMANN UND VOLKER PAELKE 6.1 GRUNDLAGEN AUS DER MENSCH-COMPUTER-INTERAKTION 158 6.2 SELEKTION 160 6.2.1 ZEIGEN IN VIRTUELLEN WELTEN 160 6.2.2 INTERAKTIONSGESTALTUNG 162 6.2.3 BEISPIELE FUER SELEKTIONSTECHNIKEN 164 6.3 MANIPULATION VON OBJEKTEN 165 6.4 NAVIGATION 168 6.4.1 STEUERUNGSTECHNIKEN ZUR BEWEGUNGSKONTROLLE 170 6.4.2 WALKING ALS TECHNIK ZUR BEWEGUNGSKONTROLLE 171 6.4.3 LEANING-BASED INTERFACES ZUR BEWEGUNGSKONTROLLE 173 6.4.4 ROUTENPLAN-UND ZIELBASIERTE BEWEGUNGSTECHNIKEN 175 6.4.5 ENTWURFSKRITERIEN FUER NAVIGATIONSTECHNIKEN 176 6.5 SYSTEMSTEUERUNG 176 6.6 PROZESSE FUER DESIGN UND REALISIERUNG VON VR-INTERAKTION 178 6.6.1 BESONDERHEITEN VON VR-BENUTZUNGSSCHNITTSTELLEN 179 6.6.2 NUTZERORIENTIERTE ENTWICKLUNG VON VR-INTERAKTIONEN 180 6.7 NUTZERTESTS 183 6.8 ZUSAMMENFASSUNG UND FRAGEN 190 LITERATUREMPFEHLUNGEN 191 LITERATUR 192 7 ECHTZEITASPEKTE VON VR-SY STEMEN 195 MATHIAS BUHR, THIES PFEIFFER, DIRK REINERS, CAROLINA CRUZ-NEIRA UND BERNHARD JUNG 7.1 LATENZ IN VR-SYSTEMEN 195 7.1.1 WELCHE ANFORDERUNGEN AN LATENZ GIBT ES? 197 7.1.2 WO ENTSTEHEN EIGENTLICH LATENZEN? 198 7.1.3 IST DIE LATENZ IN EINEM VR-SYSTEM KONSTANT? 200 7.1.4 WELCHE ANSAETZE ZUR LATENZBESTIMMUNG GIBT ES? 200 LATENZBESTIMMUNG DURCH BERECHNUNG 200 BESTIMMUNG DER LATENZ VON TRACKING-SYSTEMEN 203 BESTIMMUNG DER ENDE-ZU-ENDE-LATENZ 205 7.1.5 ZUSAMMENFASSUNG LATENZ 205 7.2 EFFIZIENTE KOLLISIONSERKENNUNG IN VIRTUELLEN WELTEN 206 7.2.1 HUELLKOERPER 207 AXIS-ALIGNED BOUNDING BOX (AABB) 209 BOUNDING SPHERES 210 ORIENTED BOUNDING BOXES (OBBS) 210 DISCRETE-ORIENTED POLYTOPE (K-DOPS) 212 XII INHALTSVERZEICHNIS 7.2.2 TECHNIKEN ZUR STRUKTURBILDUNG 213 BOUNDING VOLUME HIERARCHIES 213 RAUMZERLEGUNG UND BINARY SPACE-PARTITIONING-TREES 214 7.2.3 KOLLISIONSERKENNUNG FUER GROSSE UMGEBUNGEN 218 BROAD PHASE COLLISION DETECTION 218 NARROW PHASE COLLISION DETECTION 220 7.2.4 ZUSAMMENFASSUNG UND WEITERGEHENDE TECHNIKEN 222 7.3 ECHTZEIT-RENDERING VIRTUELLER WELTEN 223 7.3.1 ALGORITHMISCHE STRATEGIEN 224 VIEW VOLUME CULLING 224 HIERARCHICAL VIEW VOLUME CULLING 226 OCCLUSION CULLING 226 BACKFACE CULLING 228 SMALL FEATURE CULLING 228 PORTAL CULLING 228 LEVEL OF DETAIL 229 7.3.2 HARDWAREBEZOGENE STRATEGIEN 230 OBJEKTGROESSE 231 INDIZIERUNG 231 CACHING 232 STRIPPING 233 MINIMIERUNG VON ZUSTANDSWECHSELN 234 7.3.3 SOFTWARESYSTEME FUER DIE DARSTELLUNG VIRTUELLER WELTEN 235 SZENENGRAPHEN 236 7.4 ZUSAMMENFASSUNG UND FRAGEN 237 LITERATUREMPFEHLUNGEN 238 LITERATUR 238 8 AUGMENTIERTE REALITAET 241 WOLFGANG BROLL 8.1 EINFUHRUNG 241 8.1.1 UEBERSICHT 241 VIDEOAUFHAHME 242 TRACKING 242 REGISTRIERUNG 243 DARSTELLUNG 243 AUSGABE 243 8.1.2 DEFINITION 245 8.1.3 GRUNDLEGENDE AUSPRAEGUNGEN VON AR 247 VIDEO SEE-THROUGH-AR 248 OPTISCHES SEE-THROUGH-AR 248 PROJEKTIONSBASIERTE AR 249 VERGLEICH DER UNTERSCHIEDLICHEN AUSPRAEGUNGEN VON AR 250 INHALTSVERZEICHNIS XIII 8.2 TRACKING 252 8.2.1 MOBILES POSITIONS-TRACKING 253 8.2.2 SENSORBASIERTES MOBILES ORIENTIERUNGS-TRACKING 255 8.2.3 KAMERABASIERTES TRACKING MIT MARKEN 256 EINSATZ DES MARKEN-TRACKINGS 256 GRUNDLEGENDE FUNKTIONSWEISE 257 INTRINSISCHE UND EXTRINSISCHE KAMERAPARAMETER 259 8.2.4 MERKMALSBASIERTE TRACKING-VERFAHREN 261 GEOMETRIEBASIERTES TRACKING 261 WEITERE MERKMALSBASIERTE TRACKING-VERFAHREN 261 8.2.5 HYBRIDE TRACKING-TECHNIKEN 263 8.3 REGISTRIERUNG 264 8.3.1 GEOMETRISCHE REGISTRIERUNG 264 8.3.2 PHOTOMETRISCHE REGISTRIERUNG 268 8.4 VISUELLE AUSGABE 270 8.4.1 HANDHELD-GERAETE 271 8.4.2 VIDEO.-SEE-THROUGH-DISPLAYS 271 8.4.3 OPTISCHE SEE-THROUGH-DISPLAYS 273 OPTISCHE SEE-THROUGH-DISPLAYS MIT SEMI-TRANSPARENTEN SPIEGELN ... 274 PRISMENBASIERTE OPTISCHE SEE-THROUGH-DISPLAYS 275 RETINALE DATENBRILLEN 275 SEE-THROUGH-DISPLAYS MIT INTEGRIERTEN OPTISCHEN ELEMENTEN 276 AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICHER BAUWEISEN 278 AUSWIRKUNGEN UNTERSCHIEDLICHER DISPLAYKONFIGURATIONEN AUF DIE TIEFENWAHRNEHMUNG 281 8.4.4 PROJEKTIONSBASIERTE AUSGABE 281 8.5 SPEZIELLE AR-TECHNIKEN 282 8.5.1 HEAD-UP-INHALTE 283 8.5.2 VERDECKUNGEN UND PHANTOMOBJEKTE 283 8.5.3 UEBERBLENDEN VON MARKEN 285 8.5.4 VIRTUELLE LOECHER 285 8.6 SPEZIELLE AR-INTERAKTIONSTECHNIKEN 285 8.6.1 INTERAKTION DURCH NAVIGATION 286 8.6.2 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DIE AIXCAVE AN DER RWTH AACHEN UNIVERSITY 297 9.3 VIRTUELLE REALITAET IN DER OEL- UND GASINDUSTRIE 300 9.4 VIRTUELLE SATELLITENREPARATUR IM ORBIT 303 9.5 VIRTUAL PROTOTYPING VON SCHUHEN UND STIEFELN 306 9.6 AUGMENTIERTE REALITAET ZUM ANFASSEN 310 9.7 AUGMENTIERTE REALITAET UNTER WASSER 311 9.8 EINSATZ VON SPATIAL AUGMENTED REALITY IN DER AUTOMOBILINDUSTRIE 313 9.9 EINSATZ VON AUGMENTED REALITY IN DER FERTIGUNGSPLANUNG 316 9.10 AUGMENTIERTE REALITAET UND PRINT 318 9.11 BENUTZERZENTRIERTE GESTALTUNG EINES AR-BASIERTEN SYSTEMS ZUR TELEMAINTENANCE 320 9.12 EFFEKTE VON RENDERING-PARAMETERN AUF DIE WAHRNEHMUNG VON GROESSEN UND DISTANZEN 322 LITERATUR 324 10 MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN VON VR/AR 327 RALF DOERNER 10.1 VEKTORRAEUME 327 10.2 GEOMETRIE UND VEKTORRAEUME 329 10.3 DER AFFINE RAUM 330 10.4 DER EUKLIDISCHE RAUM 331 10.5 ANALYTISCHE GEOMETRIE IM K 3 333 INHALTSVERZEICHNIS XV 10.6 MATRIZEN 334 10.7 AFFINE ABBILDUNGEN UND WECHSEL VON KOORDINATENSYSTEMEN 335 10.8 BESTIMMUNG VON TRANSFORMATIONSMATRIZEN 337 UEBER DIE AUTOREN 339 SACHVERZEICHNIS 345 Das umfassende Lehrbuch bietet Studierenden eine anschauliche Begleit- und Nachschlaglektüre zu Lehrveranstaltungen, die Virtual Reality /Augmented Reality (VR/AR) thematisieren, z.B. im Bereich Informatik, Medien oder Natur- und Ingenieurwissenschaften. Der modulare Aufbau des Buches gestattet es, sowohl die Reihenfolge derThemen den Anforderungen der jeweiligen Unterrichtseinheit anzupassen als auch eine spezifische Auswahl für ein individuelles Selbststudium zu treffen. Die Leser erhalten die Grundlagen, um selbst VR/AR-Systeme zu realisieren oder zu erweitern, User Interfaces und Anwendungen mit Methoden der VR/AR zu verbessern sowie ein vertieftes Verständnis für die Nutzung von VR/AR zu entwickeln. Neben einem theoretischen Fundament vermittelt das Lehrbuch praxisnahe Inhalte. So erhalten auch potenzielle Anwender in Forschung und Industrie einen wertvollen und hinreichend tiefen Einblick in die faszinierenden Welten von VR /AR sowie ihre Möglichkeiten und Grenzen.
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Teilbibliothek Chemie, Lehrbuchsammlung

Bestandsangaben von Teilbibliothek Chemie, Lehrbuchsammlung
Signatur:	0303 DAT 758f 2014 L 556 Lageplan
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