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Der virtuelle Anatomieassistent

Eine innovative Installation entwickelt von Dr. Klaus Dorfmüller-Ulhaas und seinem Team.

Hinter dem virtuellen Anatomieassistenten verbirgt sich „Ritchie“, ein computergestützter Charakter, der im digitalen Spiegel erscheint. Mit Hilfe einer Kamera wird die physikalische Welt vor diesem Spiegel erfasst und durch virtuelle Objekte ergänzt, die im digitalen Spiegel sichtbar werden. Der virtuelle Assistent scheint innerhalb des Spiegelbildes nahtlos mit der Realität vereint zu sein und reagiert sogar intelligent auf das Verhalten des Benutzers. Der virtuelle Charakter wurde mit Echtzeit-Rendering über die Grafik 3D-Engine „Horde 3D“ (ein Opensource-Projekt von Nicolas Schulz) programmiert. Hinter Ritchies intelligentem Verhalten steht das kontextsensitive Autorensystem ASCOSAS, entwickelt von Dennis Erdmann und Volker Wiendl. ACOSAS erzählt  Geschichten unter Berücksichtigung äußerer Einflüsse.

Ein reales Skelett vor dem digitalen Spiegel sorgt für die Neugierde der Besucher. Sofern eine Person sich dem Exponat nähert, begrüßt der virtuelle Assistent den Besucher und fordert ihn auf, das reale Skelett durch virtuelle Organe zu ergänzen. Die Personenerkennung erfolgt über eine separate Kamera mit spezieller Software (Computer Vision). Auf dem digitalen Spiegel wird nun eine Auswahl möglicher menschlicher Organe visualisiert. Über eine Art 3D-Maus selektiert der Besucher ein Organ und platziert es auf dem Skelett möglichst richtig. Der virtuelle Anatomieassistent kommentiert die aktuelle Konfiguration und gibt Hilfestellungen zum anatomischen Aufbau des menschlichen Körpers. Die Erweiterung der Realität (Augmented Reality) durch virtuelle Objekte erfolgt über den digitalen Spiegel. Neben der Kamera, die die physikalische Welt aufnimmt, erfaßt das stereoskopische Infrarot-Trackingsystem der Firma Inoptech GmbH die Bewegungen der 3D-Maus und markierte Punkte am Skelett.

Das Trackingsystem verwendet mehrere intelligente Kameras, die Bildverarbeitung bereits in der Kamerahardware durchführen. Die Segmentierungsergebnisse werden von einem zentralen PC auf einer selbst entwickelten PCI Steckkarte zusammengeführt und mittels der Information der zuvor durchgeführten Kalibration in 3D Daten übergeführt. Erkannt werden kugelförmige Marker, die mit einer retroreflektiven Folie überzogen sind. Mehrere Kugeln können so angeordnet werden, dass sie einen Starrkörper beschreiben, und die Bestimmung der Position und Orientierung mit 6 Freiheitsgraden wird ermöglicht. Die Kameras zeichnen sich dadurch aus, dass sie wesentlich kleiner als die der Mitbewerber sind und hierdurch in VR Installationen wie beispielsweise einer CA VE besser verbaut werden können, ohne übermäßig Projektionsfläche wegzunehmen. Das Gesamtsystem kann sehr benutzerfreundlich und ohne tiefgehende Sachkenntnis direkt beim Kunden kalibriert werden. Weiterhin konnte die gesamte Hardware mit Ausnahme der Optik und der Sensoren von Inoptech entwickelt werden, so dass die Kameras insgesamt günstig produziert werden können.

• Der virtuelle Anatomieassistent reagiert intelligent auf das Verhalten des Benutzers. Bestehende Spieleanwendungen und Filmproduktionen arbeiten mit festem Drehbuch.

• Der Mensch bleibt in seiner Umgebung. Der virtuelle Charakter und weitere virtuelle Objekte sind in die reale Umgebung eingebettet und erweitern die physikalische Welt.

• Natürliche, intuitive Mensch-Maschine-Schnittstelle: Ein greifbares Interface sorgt für mehr Realität.

Augmented Reality Applikationen mit intelligenten virtuellen Charakteren lassen sich ideal in Museen, zur Lehre in Schulen und Universitäten und zur Dokumentation von Arbeitsabläufen (z.B. Wartungs- und Montagevorgänge) einsetzen. Auch könnten Derivate dieser Anwendung für virtuelle Anproben in Kaufhäusern oder Stylingberatungen bei Friseuren eingesetzt werden.