Schriftplatzierung in Augmented Reality

Seminar GeoinformationSS 2004 (6. Sem)

Referentin: Ines Sundermann

Betreuer: Thomas Kolbe

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Übersicht

1.Teil: Augmented Reality• Beschreibung• Anwendungsbeispiele• HMD

2.Teil: Schriftplatzierung• Wozu Beschriftung• Probleme• Realisiertes System

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Augmented Reality• = „Erweiterte Realität“• Realität und vom Computer generierte

Bilder überlagern sich für den Betrachter• z.B über eine Datenbrille oder ein semitransparentes

Display werden Informationen (z.B. Beschriftung) scheinbar in die reale Umgebung eingeblendet

• Läuft interaktiv und in Echtzeit ab

Virtuelle und reelle Objekte bestehen gleichzeitig[Bell/Feiner/Höllerer01]

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Anwendungsbeispiele

• Montage und Reparatur

• Navigations- und Informations-

systeme

• Medizinische Visualisierung

Seminar Geoinfo WS 01/02 S.Mesenholl[ARPDA02]

[Höllerer/Feiner99]

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Optical see-through HMD

Projektion virtueller Objekte auf den halbdurchsichtigen Spiegel

• HMD am Kopf befestigter Display

Geiger02

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Übersicht

1.Teil: Augmented Reality• Beschreibung• Anwendungsbeispiele• HMD

2.Teil: Schriftplatzierung• Wozu Beschriftung• Probleme• Realisiertes System

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Beschriftung

• Identifiziert Objekte eindeutig

• Vermittelt einfach und direkt Informationen

• Erleichtert Orientieren• Schnellen Überblick

Unmittelbares Erfassen einer Umgebung oder eines Sachverhaltes

Vermeidet Nachschlagen von Information

[Bell/Feiner/Höllerer]

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Probleme der Beschriftung

• Lesbarkeit– Verdeckungen verhindern– innerhalb der sichtbaren Objektteile oder überschreibbaren Bereiche– Keine bestimmte Schriftgröße unterschreiten

• Kontinuität– Vermeidung von flimmern und springen

• Übersichtlichkeit– Prioritäten bestimmen Erscheinung

• Zuordnung – eindeutig und intuitiv– innerhalb oder in der Nähe des zugehörigen Objektes– Texte beschreiben 3D-Objekte Abstraktion

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View-management Komponente

• Realisiertes System der Columbia University

• Bestimmt automatisch den räumlichen Aufbau von den auf die Sichtebene projizierten virtuellen und realen Objekten, durch:

1. Beschränkungen der Label-Eigenschaften2. Wiedergabe der sichtbaren 3D-Objektteile 3. Berücksichtigung der vorherigen Bildanordnungen

Kontinuität

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Beispiel

[Bell/Feiner/Höllerer]

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Beispiel • Reale 3D-Objekte (campus-Gebäude) durch virtuelle Labels

(= Beschriftung, hier Namen) näher bestimmt• Labels sind a) innerhalb des sichtbaren

Gebäudeteils b) in der Nähe des Gebäudes (durch Pfeil mit

Gebäude verbunden)• Kein Label überlappt andere Labels, Gebäude oder

Annotationen (= bildliche und textliche Anmerkungen)• Annotationen können aufgerufen werden und verdecken keine

anderen Objekte (einschließlich Kopf)

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1. LabelbeschränkungenAnordnung des Layouts durch Einschränkung von Label-Eigenschaften

• Sichtbarkeit: - Verdeckung von versiegelten und Grün-Flächen - Labels können nur das

zugehörige Gebäude überschreiben - Gesicht des gegenüberliegenden Beobachters darf nicht verdeckt werden

• Position: beschränken durch minimale und maximale Entfernung• Größe: z.B maximale Schriftgröße bevorzugt • Transparenz: minimiert z.B Verdeckung• Priorität: bestimmt die Reihenfolge der Erscheinung

z.B bei wenig Platz entfallen unwichtige Labels

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2. View-management AnsatzView-management Pseudocode:for jedes Bild {

berechne für alle nicht-steuerbaren Objekte die Darstellung in der Sichtebenefor jedes steuerbare Objekt in Prioritätenreihenfolge { bestimme Objektposition und Größe (beruhend auf Beschränkungen und zeitlicher Kontinuität) if Objekt hat Sichtbarkeitsbeschränkungen die noch nicht behandelte steuerbare Objekte einschließen

then füge Objekt in die Sichtebene hinzu}

}

ermöglicht Abfrage, wo Objekte wiedergegeben worden sind und wo nicht

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Bestimmung der “largest empty-space rectangles“

Die objektfreien Gebiet werden einfach bestimmbar

• Diese besteht aus achsen- ausgerichteten „largest empty-space rectangles“

– jedes wird oben, unten, links und rechts von input-Rechtecken oder dem Darstellungsfeld begrenzt

Externe Labels und Annotationen werden in diese Rechtecke platziert keine Verdeckung

• Jede Projektion wird durch ein Rechteck abgegrenzt

Approximation

• Projektion der 3D-Objekte auf die Sichtebene

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Bestimmung der Sichtfläche• Jede Objektprojektion bildet eine einzelne Ebene• Diese Ebenen werden nach Sichtbarkeit sortiert (durch

BSP-Baum)

• Ein neues 2D-Rechteck wird auf die Sichtebene zu einem bereits existierenden Rechteck hinzugefügt

• Die neue Abgrenzung schneidet einige largest empty-space rectangles

Die neuen Rechtecke innerhalb der largest empty- space rectangles sind die aktuell sichtbaren Objektteile

es entstehen neue Rechtecke

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Ablauf der Textplatzierung1. Internes Labeling

– Bestimmung eines inneren größten Rechtecks in jedem sichtbaren Objektteil

– Label erscheint im Zentrum dieses Rechtecks– Falls die minimale Schriftgröße unterschritten wird

2. Externes Labeling– Werden in ausgewählter Reihenfolge abgearbeitet– Auswählen eines geeigneten largest empty-space rectangles– Darstellen der Labels auf der Sichtebene innerhalb dieses Rechtecks

sobald es hergestellt ist vermeidet, dass nachfolgende Labels dieses verdecken

– Falls kein geeignetes Rechteck existiert Label entfällt

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3. Zeitliche KontinuitätProblem: jede Objektanordnung der einzelnen Bilder wird

unabhängig berechnet Auftreten von visuellen Unstetigkeiten der Labelposition und Größe (Sprünge, Flimmern)

Lösung: Berücksichtigung der vorherigen Bilder:

1. Zustandshysterese:• Vermeidet ständiges Wechseln in der Nähe von Grenzwerten

2. Positionsstabilität: • Sorgt dafür, dass Labels relativ zum zugehörigen Objekt

ungefähr an derselben Stelle angeordnet werden

3. Interpolation:• Minimiert unstetige Sprünge durch Interpolation von der

vorherigen zur aktuellen Position

min

Ausblenden des Labels

Einblenden des LabelsLabelgröße

absMin

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Zustandshysterese Zustandsübergangsdiagramm für ein Label:

(absMin) = absolute minimale Schriftgröße(min) = anhaltende minimale Schriftgröße

[Bell/Feiner/Höllerer]

Ausblenden des Labels

Einblenden des LabelsLabelgröße

min

absMin

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Fazit• AR ergänzt die Wahrnehmung des Benutzers von der

reellen Welt unter anderem durch Beschriftung von physikalischen Objekten

• Die Labels sind aber nur hilfreich, wenn sie leserlich und eindeutig zugeordnet werden sowie kontinuierlich erscheinen

• Zur Vereinfachung werden die Labels durch Rechtecke approximiert, die ins Objektinnere platziert werden oder bei zu wenig Platz auf überdeckbare Bereiche ausweichen

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Literatur• View Management for Virtual and Augmented Reality, 2001

Blaine Bell, Steven Feiner, Tobias Höllerer • Visualization Viewpoints, 2002

Blaine Bell, Steven Feiner, Tobias Höllerer• Exploring MARS: developingindoor and outdoor user interfaces to a mobile

augmented reality system, 1999Steven Feiner, Tobias Höllerer ,Tachio Terauchi, Gus Rashid, Drexel Hallaway

• Recent Advances in Augmented Reality, 1997Ronald Azuma

• Seminar Geoinformation WS 01/02:Mobile 3D-GIS: PositionierungSandra Mesenholl

• Den Durchblick bewahren, 2001Bernad Lukacin (Presseinformation)