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, bleiben wichtige Treiber für Geschäftsinnovation und -expansion. Durch die Veränderung der Art und Weise, wie Unternehmen operieren, mit ihren Kunden interagieren und ihre Ziele erreichen, hat diese technologische Lösung einen erheblichen Einfluss auf verschiedene Branchen.

Während sie noch in den Kinderschuhen steckt, wird geschätzt, dass sowohl AR als auch VR bis 2027 weltweit über 100 Millionen Nutzer haben werden¹. Angesichts dieser Trendwende ist es klar, dass Organisationen, 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

Mit dem Ziel, die Wahrnehmung und Interaktion des Nutzers mit der digitalen Welt zu verbessern, sind erweiterte Realität (AR) und virtuelle Realität (VR) 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 sind beide in der Kategorie der immersiven Technologie bekannt als XR oder erweiterte Realität enthalten. 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 Seite an Seite leben und in Echtzeit kommunizieren.

Durch die Überlagerung digitaler Daten wie Bilder, Videos und 3D-Modelle auf die physische Umgebung verbessert die erweiterte Realität, oder AR, die Art und Weise, wie ein Nutzer seine Umgebung wahrnimmt und interagiert. Der digitale Inhalt wird normalerweise in Echtzeit mit einem Smartphone, Tablet oder speziellen AR-Brillen angezeigt.

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

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

Die Technologie zielt darauf ab, 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.

Was noch interessanter ist, 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 Schulung, 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, im Luft- und Raumfahrtsektor und in den Finanzdienstleistungen (um nur einige zu nennen) wettbewerbsfähiger und für zukünftiges Wachstum gut positioniert.

Letztendlich werden diese Technologien genutzt, um Unternehmen zu helfen, intelligente Entscheidungen zu treffen und um menschliches Kapital virtuell zu ergänzen, um den Kunden besser zu bedienen. Indem sie dies tun, können Organisationen ein robustes und personalisiertes Erlebnis für ihre Kunden schaffen, sei es ein Endverbraucher oder ein Partner in der Lieferkette. In jedem Fall verlagern smarte, geschickte und erfolgreiche Organisationen ihre Arbeitslasteninfrastrukturen in Cloud-Umgebungen, um neue Tools für skalierbare Operationen zu starten und zu verwalten.

Wo immersive Mixed Reality Unternehmen weiterhin herausfordert

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

Unternehmen, die “Industrie 4.0” durch den Metaverse nutzen möchten, erfordern eine präzise und anhaltende Verschmelzung der realen und virtuellen Welten. Dies bedeutet, komplexe Modelle und Szenen in photorealistischer Detailgenauigkeit zu rendern, gerendert am richtigen physischen Ort (in Bezug auf beide Welten) mit der richtigen Skalierung und genauer Pose. Denken Sie an die Genauigkeit und Präzision, die erforderlich ist, um AR/VR zu nutzen, um Komponenten eines Flugzeugmotors 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 und die gerenderten Frames drahtlos oder remote an die Head-Mounted-Displays (HMDs) wie die Microsoft HoloLens und die Oculus Quest geliefert werden.

Die Bedeutung von 3D und KI in immersiver Mixed Reality

Eine der wichtigsten Anforderungen für Mixed-Reality-Anwendungen ist es, genau ein Modell oder ein digitales Zwilling auf ein Objekt zu überlagern. Dies hilft bei der Bereitstellung von Arbeitsanweisungen für die Montage und Schulung und um Fehler oder Mängel in der Fertigung zu erkennen. Der Nutzer kann auch das Objekt verfolgen und die Darstellung anpassen, während die Arbeit fortschreitet.

Die meisten On-Device-Objekt-Verfolgungssysteme verwenden 2D-Bild- und/oder markergestützte Verfolgung. Dies limitiert die Überlagerungsgenauigkeit in 3D erheblich, da 2D-Verfolgung die Tiefe nicht mit hoher Genauigkeit schätzen kann und folglich die Skalierung und die Pose. Dies bedeutet, dass Benutzer auch dann, wenn sie aus einer Perspektive und/oder Position einen guten Übereinstimmung zu erhalten scheinen, die Überlagerung aus der Ausrichtung verliert, wenn sie sich in 6DOF bewegen. Auch die Objekterkennung, -Identifizierung und ihre Skalierung und Orientierungsschätzung – auch Objektregistrierung genannt – wird in den meisten Fällen computationally 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 Geometriestrukturen usw. Für große, komplexe Objekte in Unternehmensanwendungsfällen 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 auszurichten, zu überlagern und persistent zu verfolgen und das gerenderte Modell mit ihm in 3D zu verschmelzen.

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

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

Dies kann auch auf die Registrierung mit teilweise abgeschlossenen Strukturen mit den vollständigen 3D-Modellen skaliert werden, um die 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 verschmelzen und eröffnet viele Anwendungsmöglichkeiten, darunter präzise kontextuelle Arbeitsanweisungen, Fehler- und Fehlererkennung 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 im Plattform gibt, auf der sie aufgebaut und maximiert werden.

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

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