Path planning in augmented reality indoor environments

Abstract

Legt man einen virtuellen Pfad auf die reale Umgebung innerhalb eines Gebäudes, kann sich eine Person darin besser zurechtfinden und somit schneller an den gewünschten Ort gelangen. Mit der Veröffentlichung von Augmented Reality (AR) Bibliotheken für Android- und Apple-Smartphones und der Verfügbarkeit von Head Mounted Display (HMD), erlangt AR immer mehr Aufmerksamkeit am Massenmarkt. Der größte Nachteil von modernen AR-Visualisierungsgeräten ist jedoch das kleine Sichtfeld. Den berechneten Pfad innerhalb des Sichtfeldes des AR-fähigen Geräts zu halten, ist der besondere Ansatz dieser Masterarbeit. Der Pfad sollte sich an der Blickrichtung des mobilen Gerätes ausrichten, sodass dem Benutzer durchgehend ein Weg angezeigt wird. Die vorliegende Arbeit präsentiert das Design und die Implementierung des Field of View (FOV) assisted path planning Algorithmus. Ein 3D-Modell des Inneren eines Gebäudes und Lokalisierungsdaten der Benutzer werden hierzu verwendet, um den FOV assisted path zu berechnen. Der berechnete Pfad besteht aus einem Pfad außerhalb und innerhalb des Sichtfelds des mobilen Geräts. Das Hauptaugenmerk der vorliegenden Masterarbeit liegt darauf, den Pfad innerhalb des Sichtfeldbereichs zu berechnen und ihn mit dem Pfad außerhalb des Sichtfelds zu verknüpfen. Im Zuge der Forschung wurden dazu verschiedene Strategien zum Berechnen und Verknüpfen der Teilpfade erarbeitet. Zur Evaluierung der Performance sowie der Benutzerfreundlichkeit des implementierten Algorithmus wurde eine Performance-Analyse und eine Benutzerstudie durchgeführt. Die Ergebnisse geben einen Hinweis darauf, dass der implementierte Pfad die Orientierung der Benutzer innerhalb eines Gebäudes vereinfacht, wenn die Richtung zum Ziel nicht bekannt ist. Darüber hinaus wurde die Benutzerfreundlichkeit des implementierten Algorithmus und die Eignung von AR-Visualisierungsgeräten für Navigation innerhalb von Gebäuden evaluiert.

Superimposing a virtual path onto a real indoor environment assists a person walking through a building towards a requested destination. With the release of AR toolkits for Android and Apple mobile devices and the availability of see-through head mounted displays, AR gains attention on the mass market. The main drawback of state-of-theart AR visualization devices is the small FOV. Keeping the calculated path inside the FOV of the AR visualization device is the novel approach introduced in this thesis. The path should adopt to the view direction of the mobile device; hence, a path is visualized to the user at all times. This thesis presents the design and implementation of the FOV assisted path planning algorithm. A 3D model of the indoor environment and tracking data of the user are applied to calculate the FOV assisted path. The FOV assisted path consists of a path inside and outside the FOV. The main focus of the work at hand is to calculate the path inside the FOV area and concatenate it to the path outside the FOV. Depending on the view direction, different path calculation stages and special cases are implemented and the resulting sub paths are concatenated. A performance analysis and a user study was conducted to assess the performance and usability of the implemented algorithm. Results indicate that the implemented path increases orientation of the user within the indoor environment when the direction towards the destination is unknown. Moreover, the usability of the FOV assisted path planning algorithm and the suitability of AR visualization devices for indoor navigation are assessed.