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

Immersive Mixed Reality und erweiterte Realitätstechnologien, die aus virtueller Realität (VR) und erweiterter Realität (AR) bestehen, sind weiterhin wichtige Treiber für Geschäftsinnovation und -expansion. Durch die Veränderung der Art und Weise, wie Unternehmen arbeiten, mit ihren Kunden interagieren und ihre Ziele erreichen, hat diese Technologielösung einen erheblichen Einfluss auf verschiedene Branchen.

Obwohl sie noch in den Kinderschuhen steckt, wird erwartet, dass sowohl AR als auch VR bis 2027 weltweit über 100 Millionen Nutzer haben werden¹. Angesichts dieser Entwicklung ist es offensichtlich, dass Unternehmen, die AR/VR-App-Entwicklungsdienste nutzen, um immersive Erfahrungen für ihre Nutzer zu schaffen, heute und in naher Zukunft erfolgreich sein werden.

Was ist AR/VR

Das Ziel von erweiterter Realität (AR) und virtueller Realität (VR) ist es, die Wahrnehmung und Interaktion des Nutzers mit der digitalen Welt zu verbessern. AR und VR sind zwei separate, aber verwandte Technologien. Die Hauptunterschiede zwischen AR und VR sind die verwendeten Geräte und die Art der Erfahrung: 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 erweiterte Realität bezeichnet wird. Es gibt auch Mixed Reality (MR), die im Wesentlichen eine Kombination aus erweiterter Realität (AR) und virtueller Realität (VR) ist. Sie kombiniert die physische und digitale Welt, um einen Raum zu schaffen, in dem sie nebeneinander existieren und in Echtzeit kommunizieren.

Indem erweiterter Realität digitale Daten wie Bilder, Videos und 3D-Modelle auf die physische Umgebung überlagert, verbessert sie, wie ein Nutzer seine Umgebung wahrnimmt und interagiert. Der digitale Inhalt wird normalerweise in Echtzeit mit einem Smartphone, Tablet oder speziellen AR-Brillen angezeigt.

Nutzer von AR-Technologie können virtuelle Objekte anzeigen und interagieren, während sie sich ihrer unmittelbaren Umgebung bewusst sind. Es gibt zahlreiche AR-Anwendungen in verschiedenen Branchen, darunter Fertigung, Bauwesen, Einzelhandel, Gesundheitswesen und mehr.

Die virtuelle Realität kann einen Nutzer vollständig in eine simulierte digitale Umgebung eintauchen lassen, die nicht der realen Welt entsprechen muss. Die virtuelle Welt, die Nutzer betreten, wenn sie ein VR-Headset tragen, kann interaktiv und auf ihre Bewegungen reagieren.

Das Ziel der Technologie ist es, den Nutzern ein Gefühl von Präsenz und Immersion zu vermitteln, indem sie sich wie in einer virtuellen Umgebung fühlen. Sowohl AR als auch VR haben einzigartige Eigenschaften, die interessante Geschäftschancen bieten.

Noch interessanter ist, dass diese immersiven Mixed-Reality-Technologien mit 3D-Künstlicher Intelligenz (KI), Machine Learning (ML), Cloud-Diensten und dem Internet der Dinge (IoT) kombiniert werden, um alles von Schulungen, Design, Ingenieurwesen, Produktion, Robotik und Automatisierung für Unternehmen in verschiedenen Branchen, insbesondere in der wachsenden E-Commerce-Umgebung, zu ermöglichen. Als Ergebnis sind Unternehmen in der Fertigung, im Gesundheitswesen, in der Technologie, im Bauwesen, in der Energie, im Automotive, in der Luft- und Raumfahrt und in den Finanzdienstleistungen (um nur einige zu nennen) wettbewerbsfähiger und besser für zukünftiges Wachstum positioniert.

Letztendlich werden diese Technologien genutzt, um Unternehmen bei der Entscheidungsfindung zu unterstützen und menschliches Kapital virtuell zu ergänzen, um den Kunden besser zu bedienen. Auf diese Weise können Unternehmen ein robusteres und personalisierteres Erlebnis für ihre Kunden schaffen, sei es ein Endverbraucher oder ein Partner in der Lieferkette. In jedem Fall verlagern smarte, clevere und erfolgreiche Unternehmen ihre Arbeitslasten in Cloud-Umgebungen, um neue Tools für skalierbare Betriebe zu starten und zu verwalten.

Wo immersive Mixed Reality Unternehmen weiterhin herausfordert

Die Herausforderung besteht darin, dass diese Technologien große Mengen an Daten erfordern, die Fähigkeit, große Mengen an Daten mit perfekter Geschwindigkeit zu verarbeiten, und die Fähigkeit, Projekte in einer Computerumgebung zu skalieren, die in traditionellen Büroumgebungen nicht immer möglich ist.

Unternehmen, die “Industrie 4.0” durch den Metaverse nutzen möchten, benötigen eine präzise und beständige Fusion der realen und virtuellen Welten. Dies bedeutet, komplexe Modelle und Szenen in photorealistischer Detailgenauigkeit zu rendern, am richtigen physischen Ort (in Bezug auf beide Welten) mit der richtigen Skala und der richtigen Pose. Denken Sie an die Genauigkeit und Präzision, die erforderlich sind, um AR/VR für die Konstruktion, den Bau oder die Reparatur von Komponenten eines Flugzeugmotors oder eines fortschrittlichen chirurgischen Geräts in medizinischen Anwendungen zu nutzen.

Dies wird heute durch die Verwendung von diskreten GPUs von einem oder mehreren Servern und die Übertragung der gerenderten Frames drahtlos oder remote an die Head-Mounted-Displays (HMDs) wie die Microsoft HoloLens und die Oculus Quest erreicht.

Die Bedeutung von 3D und KI in immersiver Mixed Reality

Eine der wichtigsten Anforderungen für Mixed-Reality-Anwendungen ist es, das Modell oder die digitale Zwilling eines Objekts genau zu überlagern. Dies hilft bei der Bereitstellung von Arbeitsanweisungen für die Montage und Schulung sowie bei der Erkennung von Fehlern oder Defekten in der Fertigung. Der Nutzer kann auch das Objekt (oder die Objekte) verfolgen und die Darstellung anpassen, während die Arbeit fortschreitet.

Die meisten On-Device-Objekt-Verfolgungssysteme verwenden 2D-Bild- und/oder Marker-basierte Verfolgung. Dies limitiert die Überlagerungsgenauigkeit in 3D erheblich, da 2D-Verfolgung die Tiefe nicht mit hoher Genauigkeit schätzen kann und folglich die Skala und die Pose. Dies bedeutet, dass Benutzer auch bei einem scheinbar guten Match aus einem bestimmten Winkel und/oder einer bestimmten Position heraus die Überlagerung verlieren, wenn sie sich in 6DOF bewegen. Außerdem wird die Objekterkennung, -identifizierung und -skalierung sowie die Schätzung der Orientierung – auch als Objektregistrierung bezeichnet – in den meisten Fällen computergesteuert oder mithilfe einfacher Computer-Vision-Methoden mit Standard-Trainingsbibliotheken (Beispiele: Google MediaPipe, VisionLib) erreicht. Dies funktioniert gut für regelmäßige und/oder kleinere und einfachere Objekte wie Hände, Gesichter, Tassen, Tische, Stühle, Räder, regelmäßige geometrische Strukturen usw. Für große, komplexe Objekte in Unternehmensanwendungen ist jedoch markiertes Trainingsdaten (insbesondere in 3D) nicht leicht verfügbar. Dies macht es schwierig, wenn nicht unmöglich, 2D-Bild-basierte Verfolgung zu verwenden, um das Objekt zu überlagern, zu verfolgen und in 3D zu fusionieren.

Unternehmen überwinden diese Herausforderungen, indem sie 3D-Umgebungen und KI-Technologie in ihre immersiven Mixed-Reality-Design-/Bauprojekte integrieren.

Deep-Learning-basierte 3D-KI ermöglicht es Benutzern, 3D-Objekte beliebiger Form und Größe in verschiedenen Orientierungen mit hoher Genauigkeit im 3D-Raum zu identifizieren. Dieser Ansatz ist skalierbar mit beliebiger Form und eignet sich für Unternehmensanwendungen, die das Rendering von komplexen 3D-Modellen und digitalen Zwillingen mit ihren realen Gegenstücken erfordern.

Dies kann auch auf teilweise fertiggestellte Strukturen mit den vollständigen 3D-Modellen skaliert werden, um eine laufende Konstruktion und Montage zu ermöglichen. Benutzer erreichen eine Genauigkeit von Millimetern bei der Objektregistrierung und -darstellung mit diesem Plattformansatz, der die Einschränkung des aktuellen Geräteansatzes überwindet. Dieser Ansatz zur 3D-Objektverfolgung ermöglicht es Benutzern, die reale und virtuelle Welt in Unternehmensanwendungen wirklich zu fusionieren und eröffnet viele Möglichkeiten, darunter Schulungen mit präzisen kontextuellen Arbeitsanweisungen, Fehler- und Defekterkennung in Konstruktion und Montage sowie 3D-Design und -Ingenieurwesen mit lebensgroßer 3D-Darstellung und -Überlagerung.

Warum die Arbeit in einer Cloud-Umgebung entscheidend ist

Unternehmen und Hersteller sollten vorsichtig sein, wie sie diese Technologien entwerfen und bereitstellen, da es einen großen Unterschied zwischen der Plattform gibt, auf der sie aufbauen und maximiert werden.

Obwohl Technologien wie AR/VR bereits seit mehreren Jahren im Einsatz sind, haben viele Hersteller virtuelle Lösungen auf den Geräten bereitgestellt, wodurch alle Technologiedaten lokal gespeichert werden, was die Leistung und Skalierbarkeit, die heute benötigt werden, erheblich einschränkt. Dies limitiert die Fähigkeit, Wissen zwischen Organisationen zu teilen, was kritisch sein kann, wenn neue Produkte entworfen und die beste Art der virtuellen Konstruktion verstanden werden sollen.

Hersteller überwinden diese Einschränkungen heute, indem sie cloud-basierte (oder serverbasierte) AR/VR-Plattformen nutzen, die von verteilter Cloud-Architektur und 3D-Vision-basierter KI angetrieben werden. Diese Cloud-Plattformen bieten die erforderliche Leistung und Skalierbarkeit, um Innovationen in der Branche mit Geschwindigkeit und Skalierbarkeit voranzutreiben.