Industrie 4.0 Metaverse freigeschaltet: Wie AR/VR, KI und 3D-Technologie die nächste industrielle Revolution vorantreiben

Immersive Mixed Reality- und Extended Reality-Technologien, die Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) umfassen, sind weiterhin wichtige treibende Faktoren für Unternehmensinnovationen und -expansion. Durch die Veränderung der Art und Weise, wie Unternehmen arbeiten, mit ihren Kunden interagieren und ihre Ziele erreichen, hat diese Reihe technologischer Lösungen in zahlreichen Branchen erhebliche Auswirkungen gehabt.

Obwohl sie noch in den Kinderschuhen stecken, wird geschätzt, dass sowohl AR als auch VR bis 100 weltweit über 2027 Millionen Nutzer haben werden¹. Wenn man diesen Trend erkennt, ist es klar, dass Unternehmen, die AR/VR-App-Entwicklungsdienste einsetzen, um immersive Erlebnisse für ihre Benutzer zu schaffen, heute und in naher Zukunft hervorragende Leistungen erbringen werden.

Was ist AR/VR?

Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) sind zwei unterschiedliche, aber verwandte Technologien, die die Wahrnehmung und Interaktion des Nutzers mit der digitalen Welt verbessern sollen. Die Hauptunterschiede zwischen AR und VR liegen in den verwendeten Geräten und der Art des Erlebnisses: AR findet in einer realen Umgebung statt, während VR vollständig virtuell ist.

AR und VR gehören beide zur Kategorie der immersiven Technologie, die als XR oder Extended Reality bekannt ist. Es gibt auch Mixed Reality (MR), die im Wesentlichen eine Kombination aus Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) ist. Es kombiniert die physische und die digitale Welt, um einen Raum zu schaffen, in dem sie Seite an Seite leben und in Echtzeit kommunizieren.

Durch die Überlagerung digitaler Daten wie Bilder, Videos und 3D-Modelle mit der physischen Umgebung verbessert Augmented Reality oder AR die Art und Weise, wie ein Benutzer seine Umgebung wahrnimmt und mit ihr interagiert. Die digitalen Inhalte werden typischerweise in Echtzeit über ein Smartphone, Tablet oder eine spezielle AR-Brille angezeigt.

Während sich Nutzer der AR-Technologie weiterhin ihrer unmittelbaren Umgebung bewusst sind, können sie virtuelle Objekte betrachten und mit ihnen interagieren. Zahlreiche AR-Anwendungen finden sich in einer Reihe von Branchen, darunter Fertigung, Baugewerbe, Einzelhandel, Gesundheitswesen und mehr.

Virtual Reality kann einen Benutzer vollständig in eine digitale Umgebung eintauchen lassen, die simuliert wird und möglicherweise überhaupt nicht der realen Welt ähnelt. Die virtuelle Welt, in die Benutzer eintreten, wenn sie ein VR-Headset tragen, kann interaktiv sein und auf ihre Bewegungen reagieren.

Die Technologie zielt darauf ab, Benutzern ein Gefühl der Präsenz und Immersion zu vermitteln, indem sie ihnen das Gefühl gibt, tatsächlich „in“ einer virtuellen Umgebung zu sein. Sowohl AR als auch VR verfügen über besondere Eigenschaften, die faszinierende Geschäftsmöglichkeiten bieten.

Noch interessanter ist, dass diese immersiven Mixed-Reality-Technologien mit künstlicher 3D-Intelligenz (KI), maschinellem Lernen (ML), Cloud-Diensten und dem Internet der Dinge (IoT) kombiniert werden, um alles von Ausbildung, Design, Technik, Produktion bis hin zur Robotik voranzutreiben und Automatisierung für Unternehmen aller Branchen, insbesondere im wachsenden E-Commerce-Umfeld. Dadurch sind Unternehmen in den Bereichen Fertigung, Gesundheitswesen, Technologie, Bauwesen, Energie, Automobil, Luft- und Raumfahrt und Finanzdienstleistungen (um nur einige zu nennen) wettbewerbsfähiger und für zukünftiges Wachstum gut aufgestellt.

Letztendlich werden diese Technologien genutzt, um Unternehmen dabei zu helfen, intelligentere Entscheidungen zu treffen und das Humankapital praktisch zu ergänzen, um den Kunden besser zu dienen. Auf diese Weise können Unternehmen ein robusteres und personalisierteres Erlebnis für Kunden schaffen, unabhängig davon, ob es sich um einen Endverbraucher oder einen Partner entlang der Lieferkette handelt. In jedem Fall verlagern intelligente, versierte und erfolgreiche Unternehmen ihre Workload-Infrastrukturen in Cloud-Umgebungen, um neue Tools für skalierbare Abläufe einzuführen und zu verwalten.

Wo immersive Mixed Reality Unternehmen weiterhin vor Herausforderungen stellt

Die Herausforderung besteht darin, dass diese Technologien hohe Datenmengen, die Fähigkeit, große Datenmengen mit einwandfreier Geschwindigkeit zu verarbeiten, und die Fähigkeit, Projekte in einer Computerumgebung zu skalieren, erfordern, was in herkömmlichen Büroumgebungen oft nicht möglich ist.

Unternehmen, die „Industrie 4.0“ durch das Metaversum nutzen möchten, benötigen eine präzise und dauerhafte Verschmelzung der realen und virtuellen Welt. Das bedeutet, komplexe Modelle und Szenen mit fotorealistischen Details am richtigen physischen Ort (sowohl in Bezug auf die reale als auch in der virtuellen Welt) mit dem richtigen Maßstab und der richtigen Pose wiederzugeben. Denken Sie an die Genauigkeit und Präzision, die beim Einsatz von AR/VR erforderlich sind, um Komponenten eines Flugzeugtriebwerks oder eines fortschrittlichen chirurgischen Geräts für medizinische Anwendungen zu entwerfen, zu bauen oder zu reparieren.

Dies wird heute erreicht, indem diskrete GPUs von einem oder mehreren Servern verwendet werden und die gerenderten Frames drahtlos oder remote an Head Mounted Displays (HMDs) wie Microsoft HoloLens und Oculus Quest übermittelt werden.

Die Bedeutung von 3D und KI in der immersiven Mixed Reality

Eine der zentralen Anforderungen für Mixed-Reality-Anwendungen ist die präzise Überlagerung eines Objektmodells oder des digitalen Zwillings. Dies hilft bei der Bereitstellung von Arbeitsanweisungen für Montage und Schulung sowie bei der Erkennung etwaiger Fehler oder Mängel in der Fertigung. Der Benutzer kann auch die Objekte verfolgen und das Rendering im Verlauf der Arbeit anpassen.

Die meisten geräteinternen Objektverfolgungssysteme verwenden 2D-Bild- und/oder markerbasiertes Tracking. Dies schränkt die Überlagerungsgenauigkeit in 3D erheblich ein, da die 2D-Verfolgung die Tiefe und damit den Maßstab und die Pose nicht mit hoher Genauigkeit schätzen kann. Dies bedeutet, dass Benutzer zwar aus einem bestimmten Blickwinkel und/oder von einer bestimmten Position aus eine scheinbar gute Übereinstimmung erzielen können, die Überlagerung jedoch an Ausrichtung verliert, wenn sich der Benutzer im 6DOF bewegt. Auch die Objekterkennung, -identifizierung sowie die Schätzung von Maßstab und Ausrichtung – Objektregistrierung genannt – wird in den meisten Fällen rechnerisch oder mithilfe einfacher Computer-Vision-Methoden mit Standard-Trainingsbibliotheken (Beispiele: Google MediaPipe, VisionLib) erreicht. Dies funktioniert gut für normale und/oder kleinere und einfachere Objekte wie Hände, Gesichter, Tassen, Tische, Stühle, Räder, reguläre Geometriestrukturen usw. Für große, komplexe Objekte in Unternehmensanwendungsfällen sind jedoch beschriftete Trainingsdaten (mehr) erforderlich in 3D) ist nicht ohne weiteres verfügbar. Dies macht es schwierig, wenn nicht unmöglich, das bildbasierte 2D-Tracking zum Ausrichten, Überlagern und dauerhaften Verfolgen des Objekts sowie zum Verschmelzen des gerenderten Modells mit ihm in 3D zu verwenden.

Benutzer auf Unternehmensebene meistern diese Herausforderungen, indem sie 3D-Umgebungen und KI-Technologie in ihren immersiven Mixed-Reality-Design-/Bauprojekten nutzen.

Die auf Deep Learning basierende 3D-KI ermöglicht es Benutzern, 3D-Objekte beliebiger Form und Größe in verschiedenen Ausrichtungen mit hoher Genauigkeit im 3D-Raum zu identifizieren. Dieser Ansatz ist mit jeder beliebigen Form skalierbar und eignet sich für den Einsatz in Unternehmensanwendungsfällen, die die Rendering-Überlagerung komplexer 3D-Modelle und digitaler Zwillinge mit ihren realen Gegenstücken erfordern.

Dies kann auch skaliert werden, um teilweise fertiggestellte Strukturen mit den vollständigen 3D-Modellen zu erfassen, was eine laufende Konstruktion und Montage ermöglicht. Benutzer erreichen mit diesem Plattformansatz eine Genauigkeit in Millimetern bei der Objektregistrierung und -darstellung und überwinden die Einschränkungen des aktuellen Geräteansatzes. Dieser Ansatz zur 3D-Objektverfolgung wird es Benutzern ermöglichen, die reale und virtuelle Welt in Unternehmensanwendungen wirklich zu verschmelzen, was viele Einsatzmöglichkeiten eröffnet, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: Schulung mit präzisen kontextbezogenen Arbeitsanweisungen, Defekt- und Fehlererkennung in Konstruktion und Montage sowie 3D-Design und Engineering mit lebensgroßer 3D-Darstellung und Overlay.

Warum die Arbeit in einer Cloud-Umgebung von entscheidender Bedeutung ist

Unternehmen und Hersteller sollten bei der Gestaltung und Bereitstellung dieser Technologien vorsichtig sein, da es einen großen Unterschied in der Plattform gibt, auf der sie aufbauen und für den Einsatz maximiert werden.

Obwohl Technologien wie AR/VR schon seit mehreren Jahren im Einsatz sind, haben viele Hersteller virtuelle Lösungen auf den Geräten implementiert, bei denen alle Technologiedaten lokal gespeichert werden, was die Leistung und Skalierbarkeit, die für heutige virtuelle Designs erforderlich sind, erheblich einschränkt. Es schränkt die Fähigkeit zum Wissensaustausch zwischen Organisationen ein, der bei der Entwicklung neuer Produkte und der Ermittlung der besten Vorgehensweise für virtuelle Buildouts von entscheidender Bedeutung sein kann.

Heutzutage überwinden Hersteller diese Einschränkungen, indem sie Cloud-basierte (oder Remote-Server-basierte) AR/VR-Plattformen nutzen, die auf einer verteilten Cloud-Architektur und auf 3D-Vision basierender KI basieren. Diese Cloud-Plattformen bieten die gewünschte Leistung und Skalierbarkeit, um Innovationen in der Branche schnell und in großem Umfang voranzutreiben.