Das Thema AR ist spätestens seit dem Durchbruch von Pokémon Go im Sommer 2016 in aller Munde und die Entwicklung von Augmented Reality befindet sich nach wie vor in vollem Gange. Wohin der Weg führt ist ungewiss, doch verschiedene Branchenexperten prophezeien der Technologie eine große Zukunft.

Nachdem wir der Frage Was ist Augmented Reality? bereits in einem vorangegangenen Beitrag nachgegangen sind, möchten wir uns deshalb nun der Entwicklung von Augmented Reality widmen, um zu erzählen, wo die Technologie herkommt, aber auch wo sie uns hinführen wird. Deshalb werden wir im folgenden Beitrag von den historischen Meilensteinen der AR-Entwicklung über einen Marktüberblick bis in die Zukunft von Augmented Reality blicken.

Entwicklung von Augmented Reality

Die Microsoft Hololens als Meilenstein in der Entwicklung von Augmented Reality.

Historische Entwicklung von Augmented Reality

Im Gegensatz zur bereits früher begonnenen Entwicklung von Virtual Reality startet die ersten Schritte in Richtung Augmented Reality zu Beginn der 80er Jahre. Unter der Leitung von Tom Furness wurde das sogenannte „Super Cockpit“ in Betrieb genommen, ein Pilotenhelm, an dem ein durchsichtiger Monitor befestigt wurde, welcher die Sicht des Piloten um zusätzliche Informationen augmentierte. Im gleichen Jahr begannen am MIT Arbeiten an AR-Ausgabegeräten, die dem Anwender ermöglichen sollten unterschiedliche Bereiche, wie 3D-Zeichnungen, Architekturvisualisierungen oder das Layout von Computerchips zu erforschen.

Im Jahr 1997 verfasste Ronald T. Azuma seine viel zitierte Studie  „A Survey of Augmented Reality” und formulierte dabei die heute am weit verbreitetste Definition von Augmented Reality, nach welches AR wie folgt definiert wird: Augmented Reality (AR) is a variation of Virtual Environments (VE) […] VE technologies completely immerse a user inside a synthetic environment. While immersed, the user cannot see the real world around him. In contrast, AR allows the user to see the real world, with virtual objects superimposed upon or composited with the real world. Therefore, AR supplements reality, rather than completely replacing it. Ideally, it would appear to the user that the virtual and real objects coexisted in the same space, […] To avoid limiting AR to specific technologies, this survey defines AR as systems that have the following three characteristics: 1) Combines real and virtual 2) Interactive in real time 3) Registered in 3-D”

Zwei Jahre später, 1999, entstand mit der Entwicklung des AR-Toolkit von Hirokazo Kato  die erste Open Source Software in der Entwicklung von Augmented Reality. Auf Grund des fortschreitenden Interesses an AR sind weltweit verschiedene Symposien und Workshops abgehalten worden, aus denen das International Symposium on Mixed and Augmented Reality (ISMAR) entstand, welches abwechselnd in Europa, Asien und den USA stattfindet und als unverzichtbar für die Entwicklung dieser Technologie gilt.

Die verschiedenen Augmented-Reality- Systeme

Augmented-Reality-Brillen

Ähnlich wie bei den VR-Brillen führt auch die Entwicklung von Augmented Reality zu Head-Mounted-Displays, bei denen grundsätzlich zwischen zwei Darstellungsformen unterschieden werden kann: dem Optical-See-Through-Verfahren und dem Video-See-Through-Verfahren. In beiden Fällen wird die reale Welt über Videokameras erfasst, wobei der Anwender beim Optical-See-Through-Verfahren eine direkte Sicht auf die physische Realität hat, die er durch ein semitransparentes Display wahrnimmt, wie bspw. im Falle von Microsofts Hololens. Beim Video-See-Through-Verfahren hingegen wird die physische Realität als Videostream über einen Monitor abgebildet, wobei dem Nutzer suggeriert wird die reale Umgebung direkt zu erleben.

Handheld-AR-System

Beispiel eines Handheld-AR-Systems.

Handheld Augmented Reality-Systeme

Die aktuell am weitesten verbreiteten Systeme zur Vermittlung von AR-Inhalten stellen die Handheld-Systeme dar, zu denen Smartphones und Tablets zählen. Diese funktionieren per Video-See-Through-Verfahren, wobei die integrierte Kamera einen Ausschnitt der realen Welt erfasst, die Aufnahme um virtuelle Elemente erweitert und über den Monitor des Handhelds ausgibt.Um weitere Informationen aus der physischen Realität zu berücksichtigen, können neben der Kamera weitere Tracking-Sensoren des Handhelds, wie bspw. das GPS, genutzt werden, um auf Basis der eigenen Position bspw. Schauplätze oder Sehenswürdigkeiten durch virtuelle Elemente zu erweitern.

Desktop AR-Systeme und AR-Terminals

PCs und Laptops, die mit einer Webcam ausgestattet sind, können ebenfalls die technischen Anforderungen zur Darstellung von Augmented Reality erfüllen. Mittels Video-See-Through-Verfahren wird die augmentierte Realität dabei auf dem Bildschirm abgebildet. Ein nahezu identisches System stellen sogenannte AR-Terminals dar, die ebenfalls aus einem PC und einer Webcam bestehen, dabei aber für den Nutzer noch weiter vereinfacht werden und u.a. stationär am Point-of-Sale eingesetzt werden können.

Projektionsbasierte Augmented Reality-Systeme

Neben dem Video-See-Through- und dem Optical-See-Through-Verfahren können auch Projektoren eingesetzt werden, um eine sogenannte projektionsbasierte AR zu erzeugen. Hierbei lassen sich transparente Projektionsoberflächen verwenden, auf die virtuelle Elemente projiziert werden, um die dahinterliegende physische Realität zu erweitern. Der Projektor kann vor der Projektionsoberfläche („Front Projection”) oder dahinter („Rear Projection”) aufgebaut werden.
Darüber hinaus können anstelle von aufgebauten Projektionsoberflächen auch Oberflächen von realen Objekten verwendet werden, die durch unterschiedliche Beleuchtung eine andere Erscheinungsform erhalten und somit vom Betrachter anders wahrgenommen werden.

Aktuelle Entwicklungen von Augmented Reality

Dem Massenmarkt wurde der Begriff Augmented Reality im Frühling 2012 bekannter, als Google mit Google Glasses eine Datenbrille vorstellte, die zwar nicht alle Kriterien der zuvor vorgestellten AR-Technologie erfüllt, aber auch die Realität um virtuelle Informationen ergänzt. Diese Brille konnte sich jedoch nicht durchsetzen, sodass das Projekt im Jahr 2015 zurückgestellt wurde. Trotzdem blieb Google am Thema dran und investierte im Oktober 2014 zusätzlich über 500 Mio. US-Dollar in das Unternehmen Magic Leap, welche im Jahr 2018 eine AR-Brille auf den Markt brachte. Microsoft war hier schon einen Schritt weiter und brachte die erste Version der Microsoft Hololens bereits 2016 auf den Markt. Sie ermöglicht Benutzern, digitale Inhalte in die reale Welt zu projizieren und mit ihnen zu interagieren. Seitdem hat Microsoft weitere Iterationen der HoloLens entwickelt, darunter die HoloLens 2, die im November 2019 auf den Markt kam. Die HoloLens-Plattform wird mittlerweile sowohl in Unternehmensumgebungen als auch in bestimmten Branchen wie Architektur, Gesundheitswesen und Bildung eingesetzt.

Im Bereich der Handheld-AR-Systeme löste  Nintendo in Kooperation mit Niantic mit der Smartphone-App Pokémon Go im Sommer 2016 einen regelrechten Hype aus. Innerhalb der ersten drei Monate konnte das Spiel, bei dem virtuelle Figuren im realen Umfeld der Nutzer gefangen werden können bereits einen Umsatz von über 600 Mio. US Dollar generieren. Die Verbreitung von AR-Anwendungen auf Smartphones und Tablets hat zur Popularität von mobiler AR beigetragen. Plattformen wie ARKit von Apple und ARCore von Google haben die Entwicklung von AR-Apps auf mobilen Geräten erleichtert. Mobile AR-Anwendungen reichen von Spielen über soziale Medien bis hin zu Bildung und Produktivitätstools.

Mittlerweile wird Augmented Reality in verschiedenen Branchen eingesetzt, darunter Industrie, Bildung, Gesundheitswesen, Einzelhandel, Immobilien und Tourismus. In der Industrie wird AR beispielsweise für Wartungs- und Reparaturarbeiten, Schulungen, 3D-Modellierung und virtuelle Prototypen eingesetzt. AR ermöglicht es den Benutzern, digitale Informationen in Echtzeit in ihre physische Umgebung einzublenden und so Arbeitsprozesse zu optimieren.

Auch im Einzelhandel hat die Technologie eine zunehmende Bedeutung erlangt. Unternehmen nutzen AR, um virtuelle Anproben, virtuelle Showrooms, Produktvisualisierungen und personalisierte Einkaufserlebnisse zu ermöglichen. AR ermöglicht es den Kunden, Produkte vor dem Kauf in ihrer eigenen Umgebung zu visualisieren, was das Einkaufserlebnis verbessert. In unserem Beitrag zum Thema AR-Marketing stellen wir erfolgreiche Use Cases von Unternehmen vor.

Zukunftsprognosen der Augmented Reality Entwicklung

Laut einem Bericht von Statista betrug der weltweite Umsatz mit AR- und VR-Hardware im Jahr 2020 rund 5,2 Milliarden US-Dollar. Dieser Umsatz umfasst sowohl AR- als auch VR-Geräte (siehe dazu Unterschied zwischen Virtual- und Augmented Reality). Die Prognosen gehen davon aus, dass der Umsatz bis 2023 auf rund 20,9 Milliarden US-Dollar ansteigen wird. Bei sogenannten Mixed-Reality-Erlebnissen rücken die beiden Technologien immer stärker zusammen: Mixed Reality ermöglicht es Benutzern, sowohl virtuelle Inhalte als auch reale Umgebungen gleichzeitig wahrzunehmen und mit ihnen zu interagieren.

Der Umsatz mit AR-Software und -Anwendungen, einschließlich mobiler AR-Apps, wird ebenfalls berücksichtigt. Laut dem Marktforschungsunternehmen Grand View Research wird erwartet, dass der weltweite Umsatz mit AR-Software bis 2028 einen Wert von rund 340 Milliarden US-Dollar erreicht. Diese Zahlen verdeutlichen, dass AR ein wachsender Markt mit beträchtlichem wirtschaftlichem Potenzial ist. Die steigende Nachfrage nach AR-Anwendungen in verschiedenen Branchen wie Einzelhandel, Bildung, Gesundheitswesen und Industrie treibt das Wachstum des AR-Marktes voran.

Obwohl die AR-Marktsituation vielversprechend ist, gibt es aber auch Herausforderungen zu bewältigen. Dazu gehören die Schaffung überzeugender Inhalte, die Akzeptanz und Integration von AR-Technologie in bestehende Geschäftsprozesse, Datenschutz- und Sicherheitsbedenken sowie die Verfügbarkeit von erschwinglichen und benutzerfreundlichen AR-Geräten. Jedoch ist davon auszugehen, dass die technologische Entwicklung von AR-Hardware wird weiter voranschreiten wird. Es wird erwartet, dass neue AR-Brillen und -Headsets mit verbesserten Funktionen, größerem Sichtfeld, höherer Auflösung und besserer Benutzererfahrung auf den Markt kommen. Unternehmen wie Apple, Facebook, Microsoft und Google investieren stark in die Entwicklung von AR-Geräten. Die Kombination von AR mit künstlicher Intelligenz (KI) wird zu neuen Anwendungsmöglichkeiten und einem erweiterten Nutzen führen. Fortschritte in den Bereichen maschinelles Lernen, Computer Vision und Spracherkennung werden die Interaktionsmöglichkeiten und die Benutzererfahrung in AR-Anwendungen verbessern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich für die Entwicklung von Augmented Reality aufgrund der standortunabhängigen Nutzungsmöglichkeit sowie der einfachen Integrationsmöglichkeiten in den Alltag der Konsumenten zahlreiche Betätigungsfelder ergeen. So wie Smartphones und Tablets es der Bevölkerung bereits heute ermöglichen, zu jedem Zeitpunkt auf Informationen und nützliche Funktionen zurückzugreifen, könnte durch die direkte Einbindung der virtuellen Elemente in die reale Umgebung eine beschleunigte und intuitive Informationsaufnahme erfolgen und Augmented Reality damit einen maßgeblichen Einfluss auf das Informationsverarbeitungs- und Mediennutzungsverhalten ausüben. Zwei Redakteure des Forbes-Magazins bezeichneten Augmented Reality als eine der fünf disruptivsten Technologien, die das Potenzial haben, einen ganzen Markt neu zu erschaffen und Einfluss auf die breite Bevölkerung zu nehmen.

Quellen zur historischen Entwicklung von Augmented Reality

  • Schart, Dirk / Tschanz, Nathaly (2015): Augmented Reality. Praxishandbuch. UVK, München. S. 26.
  • Azuma, Ronald T. (1997): A Survey of Augmented Reality. In: Presence. Teleoperators and Virtual Environments. Volume 6, Nr. 4, 1997, MIT Press, Cambridge. S. 355-385. Auch verfügbar unter http://www.cs.unc.edu/~azuma/ARpresence.pdf.

Quellen zu den AR-Systemen

  • Tönnis, Marcus (2010): Augmented Reality. Einblicke in die Erweiterte Realität. Springer, Berlin Heidelberg. S. 21.
  • Broll, Wolfgang (2013): Augmentierte Realität: In: Dörner, Ralf / Broll, Wolfgang / Grimm, Paul / Jung, Bernhard (Hrsg.): Virtual und Augmented Reality (VR/AR). Grundlagen und Methoden der Virtuellen und Augmentierten Realität. Springer Verlag, Berlin Heidelberg. S. 241-294.
  • Kipper, Gregory / Rampolla, Joseph (2013): Augmented Reality. An Emerging Technologies Guide to AR. Elsevier, Waltham. S. 5.