FAKULTÄT FÜR INFORMATIK Tracking für Augmented Reality Anwendungen auf Mobiltelefonen

90 Pages·2009·11.37 MB·English

FAKULTÄT FÜR INFORMATIK
DERTECHNISCHENUNIVERSITÄTMÜNCHEN
Master’s Thesis in Informatik
Tracking für Augmented Reality
Anwendungen auf Mobiltelefonen
Frieder Pankratz

FAKULTÄT FÜR INFORMATIK
DERTECHNISCHENUNIVERSITÄTMÜNCHEN
Master’s Thesis in Informatik
Tracking für Augmented Reality Anwendungen auf
Mobiltelefonen
Tracking for augmented reality applications on mobile
phones
Author: Frieder Pankratz
Aufgabenstellerin: Prof. Gudrun Klinker, PhD.
Betreuer: Björn Schwerdtfeger
Datum: Juli 15, 2009

Ichversichere,dassichdieseDiplomarbeitselbständigverfasstundnurdieangegebenen
QuellenundHilfsmittelverwendethabe.
München,den15.Juli2009 FriederPankratz

Danksagung
IchdankeBjörnSchwerdtfegerfürseinEngagementundseineausgezeichneteBetreuung
währendderArbeitandieserMaster’sThesis.
Peter Keiter danke ich für seine wertvollen Tips. Weiter möchte ich Daniel Pustka und
WolfRödigerdankenfürdieCodebasisdesMarkertrackers,derKameraansteuerungund
der AR-Anwendung auf dessen Basis diese Arbeit beruht. Zudem möchte ich Vodafone
fürihreUnterstützungwährenddieserArbeitdanken.
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Zusammenfassung
MobiltelefonebietenimmermehrGrafik-undRechenleistungundhabendamitdasPoten-
tialeinernahezuidealenAR-Plattform.SiesindweitverbreitetunddieBenutzersindmit
ihrer Handhabung vertraut. Daher werden sie als Plattform für Augmented Reality (AR)
Anwendungenimmerinteressanter.SiebietenzwarnureinenBruchteilderLeistungeines
Desktop-PCs, aber dennoch genügend, um verschiedene Trackingverfahren durchzufüh-
ren.DieTrackingverfahrenausdemDesktopbereichkönnenallerdingsnichteinfachüber-
nommenwerden.Esmussdaraufgeachtetwerden,dassdieeingesetztenTechnikenunter
anderem rechen- und speichereffizient sind. In dieser Master’s Thesis werden verschie-
dene Techniken zum Erkennen und Verfolgen von Objekten oder Kamerabewegungen in
allensechsFreiheitsgradenfürAR-AnwendungenaufihreTauglichkeitfürMobiltelefone
untersucht. Neben anderen technischen Einschränkungen mussten auch die Anforderun-
gen, die die Benutzer an das Trackingsystem stellen berücksichtigt werden (Robustheit,
Geschwindigkeit). Es wurden (kleine) Benutzerstudien durchgeführt um das Verhalten
und die Bedürfnisse der Benutzer bei der Verwendung einer AR-Anwendung auf einem
Mobiltelefon zu untersuchen. Um diese Aspekte zu berücksichtigen, wurde ein Marker-
trackingsystem so erweitert, dass der Marker nicht immer sichtbar sein muss. Wird der
Marker verloren, erfolgt eine Approximation der Bewegung des Mobiltelefons über die
Verschiebung des Kamerabildesin horizontaler und vertikaler Richtung. Die neue Positi-
on des Markers wird anschließend über die Bewegung des Mobiltelefons und der letzten
bekannten Position des Markers bestimmt. Dadurch soll der Benutzer eine höhere Bewe-
gungsfreiheiterhalten,ummitderAR-AnwendungaufnatürlichereWeiseinteragierenzu
könnenalsbeieinemherkömmlichenMarkertrackingsystem.
Abstract
Mobilephonesoffermoreandmoregaphicandcomputingpowerandhavethepotential
tobecomeanearlyidealARplatform.Theyarewidespreadandmostpeoplearecomfor-
tableusingthem.That’swhymobilephonesaregettingmoreinterestingasaplatformfor
Augmented Reality(AR) applications. Even through they offer only a fraction of the pro-
cessingpowerofadesktoppc,theyoffersufficientprocessingpowerfordifferenttracking
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techniques. The tracking techniques used for desktop computing can’t simply be applied
tomobilephones.Theusedtechniquesmustbe,amongotherthings,computingandme-
mory efficient. In this master’s thesis different techniques for detecting and tracking ob-
jectsorcameramovementinallsixdegreesoffreedomforARapplicationsarepresented.
Theyareevaluatedfortheiruseonmobilephones.Amongothertechnicalrestrictions,the
userrequirementsfortheARsystemhadtobeconsidered(robustness,speed).Smalluser
studieshavebeenperformedtoobservethebehaviorandneedsoftheusers,whileusing
a mobile AR application. In respect to these requirements, a marker tracking system was
extended,toallowthelossofthemarker.Ifthemarkergetslost,themovementsofthemo-
bile phone are approximated, using the horizontal and vertical movement of the camera
image. The new marker pose is estimated using the movements of the mobile phone and
the last known marker pose. Thereby the user should gain more mobility, which should
allowhimtointeractwiththeARapplicationmorenaturally,comparedtoastandardmar-
kertrackingsystem.
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