Wände werden transparent: Die HoloLens macht verborgene Installationen sichtbar mit samt der dahinterliegenden Infrastruktur. (Bild: Microsoft, Iconics)
Ob Augmented Reality (AR), Virtual Reality (VR) oder Mixed Reality (MR): Seit Nintendo in den 90er Jahren die ersten Schritte in diesem Bereich machte, ist viel Zeit vergangen. Knapp 20 Jahre später, nachdem der Begriff Virtual Reality wieder verschwunden war, bricht eine neue Ära dieser Technologie an.
Viele Unternehmen, darunter HTC, Oculus Rift, das inzwischen zu Facebook gehört, und Sony setzen verstärkt auf die sogenannte Immersion, also die Einbettung des Nutzers in die virtuelle Welt.Allerdings kommen diese Systeme nur für die Entwicklung in der Spieleindustrie zum Einsatz.
Einen Schritt weiter geht Microsoft mit der HoloLens. Zwar wurde die Firma Mojang, die ‚Minecraft‘ entwickelt, im Jahr 2014 übernommen und eine AR-Version für das Spiel produziert, allerdings ist dies nur eine Sparte des Spektrums das für die HoloLens geplant ist. Eine HoloLens-Version für Skype oder HoloStudio, eine App in der eigene Hologramme erstellt werden können, sind in Planung oder bereits fertiggestellt. Viele weitere für die HoloLens angepasste Programme, etwa die Office Suite, sollen noch folgen. Das Ziel: Den Büroalltag erheblich erleichtern, den Zugriff auf die wichtigsten Dateien schneller ermöglichen.
Und nicht nur fürs Büro oder Zuhause eignet sich die HoloLens, auch in der Produktion führt die Verschmelzung der realen Maschinen und Anlagen mit virtuellen Szenarien zu deutlichen Vorteilen. Auch hierfür wird bereits passende Software entwickelt. Iconics, als einer der Technologieführer im Bereich der Visualisierungssoftware, arbeitet eng mit Microsoft zusammen, um die HoloLens in der Produktion zu etablieren.
Augmented Reality: das Plus an Informationen
Microsoft, Iconics
Bei der HoloLens handelt es sich nicht um eine VR-Brille, mit der Nutzer in eine vollkommen virtuelle Welt eintauchen. Vielmehr ist es ein AR-Modell, mit dem die Realität des Trägers erweitert wird. Beispielsweise können wichtige Informationen sofort in das Blickfeld des Nutzers eingeblendet werden. Ein naheliegendes typisches Szenario ist die Instandhaltung: Schaut der Techniker etwa zur Decke, bekommt er zu den verlegten Leitungen und Rohren die jeweiligen Informationen eingeblendet, etwa welches Medium darin fließt und mit welchem Druck und Durchfluss. Selbst hinter Verkleidungen und Zwischendecken verborgene Installationen und Aggregate werden mitsamt ihren aktuellen Statusmeldungen mithilfe von AR sichtbar. So sind auftretende Fehler schneller erkannt und behoben.
Und falls das Problem nicht direkt gefunden wird, gibt es die Möglichkeit, sich vorzuarbeiten und in den tieferen Informations-Ebenen nach den Ursachen zu suchen. Funktioniert eine Lüftung nicht richtig, liegt der Fehler aber nicht beim Ventilator, sondern an dessen Stromversorgung, ist dies im AR-Umfeld schnell ersichtlich. Denn der Brillenträger kann die zugehörigen Schaltpläne und Signalzustände aufrufen. Auch die Dokumentation wie Wartungsanweisungen lassen sich kontextsensitiv öffnen.
Ziel von AR-Szenarien ist, Lösungen für die stetig wachsende Komplexität innerhalb der Fabriken zu finden. Da die Experten und Ingenieure nicht immer vor Ort sein können, bietet die HoloLens eine einfache Möglichkeit der Hilfestellung: Mit der AR-Brille ausgestattete Facharbeiter und Ingenieure können per AR-Kommunikation in Kontakt mit dem Service-Mitarbeiter vor Ort treten und Instruktionen und Anleitungen zur Reparatur mithilfe von eingeblendeten Hologrammen leichter austauschen. Da die HoloLens mehrere Hologramme an verschiedene Wände projezieren kann, ergeben sich vielfältige Möglichkeiten für die Nutzung von unterstützender Software.
Bedienung 4.0: Am Ort of Interest werden alle benötigten Informationen über die reale Umgebung gelegt. Microsoft, Iconics
Um die Möglichkeiten der HoloLens zu erschließen, hat Iconics einen Client für die Visualisierungssoftware Genesis 64 entwickelt. 2D- und 3D-Grafiken, Alarme, Trends, Mitteilungen und alle Arten von Informationen der Maschinen und Anlagen können damit in Echtzeit direkt in der HoloLens-Umgebung bereitgestellt werden. Beim Alarming werden historische und/oder Echtzeit-Alarme als 2D-Hologramme an die nächste Wand projiziert. Das gibt dem Servicetechniker oder Maschinenführer vor Ort einen direkten Einblick auf wichtige Maschinendaten, ohne dass er einen stationären PC aufsuchen muss. Verschiedene Metriken wie etwa Stromverbrauch, Druck und Laufzeit sind darüber schnell abrufbar und führen so zur besseren Erkennung von möglichen Fehlern, Ausfallzeiten und Ressourcenverlust.
In Genesis64 können 3D-Darstellungen kompletter Fertigungsanlagen erstellt oder importiert werden und ermöglichen so eine 360°-Sicht auf Anlagen. Mit der HoloLens lassen sich diese Hologramme skalieren, so dass alle denkbaren Roboter, Maschinen oder Anlagen auf einen Schreibtisch passen.
Roboter per HoloLens steuern
Auf der SPS IPC Drives sind zwei beispielhafte Implementierungen umgesetzt. Zum einen wird ein Roboter der Firma Comau (B&R-Steuerung) virtuell abgebildet und ist darüber parametrierbar und steuerbar. Im virtuellen Abbild des Roboters können Befehle zur Steuerung abgesetzt werden, die direkten Einfluss auf den realen, physikalischen Roboter haben.
Die Demo mit einer Beckhoff-Steuerung zielt auf den Use Case Gerätetausch und Wartung ab. Hier ist im virtuellen Zwilling einer kleinen Steuerung, der Gerätetausch und die anschließende Neuverdrahtung aufgeführt. Das Trainings-Szenario hilft bei der Inbetriebnahme von IoT-Geräten. Ein Service-Techniker wird von einem Spezialisten bei der Inbetriebnahme unterstützt.
Zurzeit gibt es sehr viele Use Cases und täglich kommen neue Ideen hinzu. Iconics fokussiert auf den industriellen Bereich der Visualisierung mit einer völlig neuen User Experience, Wartung und Training. Die Echtzeit-Visualisierungssoftware Genesis64 kann nun nicht nur auf Standard PCs, Smartphones, Tablets, sondern auch auf der HoloLens genutzt werden. Für den Projekteur bedeutet das eine massive Erleichterung, da kein weiteres Tool erlernt, oder komplexer Quellcode generiert werden muss.
SPS IPC Drives 2016: Halle 7, Stand 394
Technik im Detail
Erweitert die Realität: HoloLens Microsoft, Iconics
Erstmals wurde die Microsoft HoloLens im Januar 2015 vorgestellt. Ende März 2016 begann die Auslieferung der Mixed-Reality-Brille an Entwickler und kommerzielle Partner in den USA und Kanada. Seit Anfang November ist die HoloLens in Deutschland verfügbar. Die Optik besteht aus holografischen Linsen (Auflösung: 2,3 Mio. Lichtpunkte) und zwei HD-16:9-Licht-Generatoren mit automatischer Pupillen-Abstands-Kalibrierung.
Für die Umsetzung der VR-Umgebung sind zahlreiche Sensoren notwendig: ein Trägheits-Messelement, vier umgebungserfassende Kameras, eine Tiefenkamera, eine Foto/Video-Kamera. Hinzu kommen vier Mikrofone und ein Umgebungslichtsensor. Die VR-Brille unterstützt Blickverfolgung, Gestensteuerung und Spracherkennung. Die Kommunikation erfolgt über WLAN (IEEE 802.11ac), Micro-USB 2.0 sowie Bluetooth 4.1 LE. Der Prozessor stellt genügend Leistung zur Verfügung, um Windows 10, Visual Studio und das Grafik-Framework Unity zu betreiben. Die Akkulaufzeit gibt Microsoft mit rund drei Stunden bei aktiver Nutzung an.
Über die Mobile Geräteverwaltung (MDM) für HoloLens lassen sich die Apps und Sicherheitskonfigurationen verwalten. Die Identität der Brillen wird mittels Azure Active Directory geprüft. Für Datensicherheit sorgen BitLocker Daten-Verschlüsselung und Secure Boot. Damit hat die HoloLens den gleichen Sicherheitsschutz wie jedes andere Windows-Gerät. Mitarbeiter können mit der HoloLens über VPN eine Remoteverbindung mit dem Unternehmensnetzwerk herstellen. HoloLens kann sich auch mit WLANs verbinden, die eine Authentifizierung erfordern.
Die HoloLens kostet als Developer Edition 3 299 Euro, als Commercial Suite 5 489 Euro.
André Lange
(sk)
