A cloud-based augmented reality framework for applications in industry 4.0

Abdelrazeq, Anas; Jeschke, Sabina; Hopmann, Christian

doi:HT020587277

A cloud-based augmented reality framework for applications in industry 4.0 = Ein cloudbasiertes Augmented-Reality-Framework für Anwendungen in der Industrie 4.0

Abdelrazeq, Anas^RWTH*

2020

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Anas Abdelrazeq

Ausgabe1. Auflage

ImpressumAachen : Apprimus Verlag 2020

Umfangxvii, 154 Seiten : Illustrationen, Diagramme

ISBN978-3-86359-895-2

ReiheEdition Wissenschaft Apprimus

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020

Englische und deutsche Zusammenfassung

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Jeschke, Sabina (Thesis advisor)^RWTH* ; Hopmann, Christian (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2020-06-30

Online
URL: https://www.apprimus-verlag.de/a-cloud-based-augmented-reality-framework-for-applications-in-industry-4-0.html

Einrichtungen

Lehrstuhl für Informationsmanagement im Maschinenbau (416910)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Augmented Reality (AR) ist eine Schlüsseltechnologie der Industrie 4.0. Ihre Hauptfunktion besteht darin, den Benutzern ein zusammengesetztes visuelles Bild zu bieten, das die Realität mit "unwirklichen" virtuellen Elementen kombiniert. Als Teil des weitergefassten Konzepts der gemischten Realität (MR) klassifiziert, zielt AR darauf ab, die Wahrnehmung der Umwelt der Benutzer zu erweitern. In diesem Zusammenhang wird AR als ein wesentliches Werkzeug für die Visualisierung von industriellen Prozessen angesehen, wo es sich in verschiedenen Konfigurationen und Anwendungen bereits als wertvoll erwiesen hat. Als Ergebnis entwickelte sich der Bereich der industriellen AR. Trotz weitreichender Forschungsarbeiten finden sich AR-Technologien bisher kaum im realen Einsatz. Die aktuelle industrielle AR-Entwicklung steht vor verschiedenen Herausforderungen wie Echtzeitleistung, Skalierbarkeit und standardisierter Zusammenarbeit. Daher ist ein neuer Ansatz erforderlich, der diese Herausforderungen überwindet. Diese Dissertation befasst sich mit der Integration des Konzepts des Cloud-Computing (CC) in der AR. Dies öffnet die Tür zur Lösung der oben genannten Herausforderungen. Mithilfe von CC-Eigenschaften wird die Rechenfähigkeit von AR-Endgeräten erhöht. Durch die Verlagerung von AR-Operationen in einen Cloud-Service können unendliche Ressourcen die erforderliche Leistung und Konnektivität bereitstellen. Darüber hinaus können die AR-Fähigkeiten um Elemente der künstlichen Intelligenz (KI) erweitert werden, die modernste Lösungen für maschinelles Lernen durchführen. Der Kernbeitrag dieser Dissertation besteht darin, AR-Anwendungsentwickler mit Hilfe eines Cloud-basierten Frameworks zu befähigen, eigene AR-Anwendungen zu entwickelt. Dieses Framework bietet ein standardisiertes Setup zur Entwicklung der gewünschten AR-Funktionalitäten. Das vorgeschlagene Framework ist eine modulare Plattform, die als Web-Service dargestellt wird. Es erlaubt Entwicklern, bestehende AR-Funktionalitäten zu nutzen und eigene Elemente hochzuladen. Der vorgestellte neuartige Ansatz legt die Grundlagen, um AR nicht nur als ein Werkzeug zu definieren, das die visuelle Wahrnehmung (oder andere menschliche Sinne) erweitert, sondern vielmehr als ein intelligentes Interface, das ein integrierter Teil des gesamten Ökosystems der Industrie 4.0 ist.

Augmented Reality (AR) is one of the pillar technologies of Industry 4.0. Its main function is to provide users with a composite view that combines reality with “unreal” virtual elements. Classified under the wider concept of Mixed Reality (MR), AR aims at enhancing users’ perception of their environments. In this context, AR is viewed as a vital tool for industrial processes visualization where it has been proven valuable in different setups and applications. As a result, the field of industrial AR appeared. In spite of all undertaken research and experimentations, AR technology is still not in a real use. Current industrial AR development is faced by different challenges such real-time performance, scalability and standardized collaboration. Therefore, a new approach that overcomes these challenges is demanded. This dissertation looks at integrating the concept of Cloud Computing (CC) within AR opening the door for solving the previously mentioned challenges. AR could inherit CC characteristics, which offer an extension for the computing ability of AR end devices. As a result, AR demanding operations are moved to a cloud service where infinite resources can provide the needed performance and connectivity. In addition, AR capabilities can be extended to Artificial Intelligence (AI) elements that perform cutting-edge machine learning solutions. The core contribution of this dissertation is to enable AR applications developers by means of a cloud-based framework that establishes a standardized setup for implementing the desired AR functionalities. The proposed framework is a modular platform that is exposed as a web-service. It allows developers to utilize existing AR functionalities and upload customized ones. The presented novel approach sets the basis to define AR not only as a tool that enhances visual perception (or other human senses); but rather as an intelligent interface that is an integrated part within the whole ecosystem of Industry 4.0.

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