Beschreibung
VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR BELEÜCHTUNGS- UND SCHATTENSIMULATION IN EINEM AUGMENTED-REALITY-SYSTΞM
Die vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Lichtführung in einem Augmented- Reality-System bzw. einem System mit einer „erweiterten Rea¬ lität1" und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein verfah- ren zum Erzeugen von virtuellen Schatten- und/oder virtuellen Aufhellbereichen für eingefügte virtuelle Objekte entspre¬ chend der tatsächlichen Beleuchtungsverhältnisse, welches für mobile Endgeräte wie beispielsweise Handys oder PDAs (Perso¬ nal Digital Assistant) verwendet werden kann.
Augmented Reality bzw. „erweiterte Realität" stellt ein neues Gebiet der Technik dar, bei dem beispielsweise einer aktuel¬ len optischen Wahrnehmung der realen Umgebung gleichzeitig zusätzliche visuelle Informationen überlagert werden. Dabei unterscheidet man grundsätzlich zwischen der sogenannten
„see-trough'"-Technik, bei der ein Anwender z.B. durch eine lichtdurchlässige Anzeigeeinheit in die reale Umgebung blickt, und die sogenannte „feed-through""-Technik, bei der die reale Umgebung durch eine Aufnahmeeinheit wie beispiels- weise eine Kamera aufgenommen und vor der Wiedergabe an einer Anzeigeeinheit mit einem computergenerierten virtuellen Bild gemischt bzw. überlagert wird.
Ein Anwender nimmt demzufolge im Ergebnis gleichzeitig sowohl die reale Umgebung als auch die durch beispielsweise Compu¬ tergrafik erzeugten, virtuellen Bildbestandteile als kombi¬ nierte Darstellung (Summenbild) wahr. Diese Vermischung von realen und virtuellen Bildbestandteilen zur „erweiterten Rea¬ lität" bzw. „augmented reality" ermöglicht dem Anwender, sei- ne Aktionen unter unmittelbarem Einbezug der überlagerten und damit gleichzeitig wahrnehmbaren Zusatzinformationen auszu¬ führen.
Damit eine „erweiterte Realität" möglichst realistisch ist, besteht ein wesentliches Problem in einer Bestimmung der rea¬ len Beleuchtungsverhältnisse, um damit die virtuellen Be- leuchtungsverhältnisse bzw. eine sogenannte Lichtführung für das einzufügende virtuelle Objekt optimal anzupassen. Unter einer derartigen virtuellen Lichtführung bzw. dem Anpassen der virtuellen Beleuchtungsverhältnisse an die realen Be¬ leuchtungsverhältnisse wird nachfolgend insbesondere das Ein- fügen von virtuellen Schatten- und/oder Aufhellbereichen für das einzufügende virtuelle Objekt verstanden.
Die Realisierung einer derartigen virtuellen Lichtführung bzw. die Integration von virtuellen Schatten- und/oder Auf- hellbereichen in „Augmented-Reality-Systemen" wurde bisher größtenteils nur sehr statisch behandelt, wobei eine Position einer Lichtquelle fest bzw. unveränderbar in das virtuelle 3D-Modell integriert wurde. Nachteilig ist hierbei, dass Po¬ sitionsänderungen des Benutzers bzw. der Aufnahmeeinheit oder der Lichtquelle, die unmittelbar auch zu einer Veränderung der Beleuchtungsverhältnisse führen, nicht berücksichtigt werden können.
Bei einem anderen herkömmlichen „Augmented-Reality-Systemw wird die Beleuchtungsrichtung mittels Bildverarbeitung dyna¬ misch vermessen, wobei ein besonders geformtes Objekt, wie beispielsweise ein „shadow catcher" in der Szene platziert wird, und die Schatten, die dieses Objekt auf sich selbst wirft, mit Bildverarbeitungsmethoden vermisst. Dies hat je- doch den Nachteil, dass dieses Objekt bzw. der „shadow cat- cher" immer im Bild zu sehen ist, wenn Veränderungen in der Beleuchtung stattfinden, was insbesondere für mobile „Augmen- ted-Reality-Systeme" nicht praktikabel ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vor¬ richtung und ein Verfahren zur Lichtführung in einem Augmen- ted-Reality-System bzw. einem System mit „erweiterter Reali-
tat"" zu schaffen, welches einfach und benutzerfreundlich ist sowie insbesondere für mobile Einsatzbereiche verwendet wer¬ den kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der Vorrich¬ tung durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und hinsicht¬ lich des Verfahrens durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 13 gelöst.
Insbesondere durch die Verwendung von zumindest zwei licht¬ empfindlichen Sensoren mit jeweils einem vorbekannten Sensor- Richtdiagramm, die hinsichtlich der Aufnahmeeinheit und ihrer optischen Achse jeweils eine vorbekannte Sensor-Positionier¬ ung und Sensor-Ausrichtung aufweisen, kann eine Datenverar- beitungseinheit auf der Grundlage der vorbekannten Sensor- Positionierung, der Sensor-Ausrichtung und der Eigenschaften des Sensor-Richtdiagramms sowie der erfassten Sensor-Aus¬ gangssignale einen Beleuchtungswinkel in Bezug auf die opti¬ sche Achse der Aufnahmeeinheit ermitteln. In Abhängigkeit von diesem Beleuchtungswinkel kann anschließend in der Anzeige¬ einheit die Liσhtführung bzw. ein virtueller Schatten- und/oder ein virtueller Aufhellbereich für das virtuelle Ob¬ jekt eingefügt werden. Auf diese Weise erhält man mit minima¬ lem Aufwand eine sehr realistische Lichtführung für das vir- tuelle Objekt.
Vorzugsweise wird ein eindimensionaler Beleuchtungswinkel durch Verhältnisbildung von zwei Sensor-Ausgangssignalen un¬ ter Berücksichtigung des Sensor-Richtdiagramms und der Sen- sor-Ausrichtung ermittelt. Eine derartige Realisierung ist sehr kostengünstig und darüber hinaus benutzerfreundlich, da bisherige Marker bzw. „shadow catcher" nicht mehr benötigt werden.
Vorzugsweise wird ein räumlicher Beleuchtungswinkel durch
Triangulierung von zwei eindimensionalen Beleuchtungswinkeln ermittelt. Bei einem derartigen Verfahren, wie es beispiels-
weise in GPS-Systemen (Global Positioning System) verwendet wird, reichen grundsätzlich drei lichtempfindliche Sensoren aus, deren Sensor-Ausrichtungen nicht in einer gemeinsamen Ebene liegen. Der Realisierungsaufwand wird dadurch weiter verringert.
Ferner kann ein räumlicher Beleuchtungswinkel auch auf der Grundlage von nur einem eindimensionalen Beleuchtungswinkel sowie auf der Grundlage der Tageszeit geschätzt werden, wobei insbesondere bei Tageslichtumgebung ein jeweiliger von der Tageszeit abhängiger Sonnenstand, d.h. vertikaler Beleuch¬ tungswinkel, mit berücksichtigt werden kann. In einem Teil der Anwendungsfälle kann demzufolge der Realisierungsaufwand weiter verringert werden. Zur Ermittlung der Tageslichtumge- bung kann beispielsweise eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer Farbtemperatur der vorliegenden Beleuchtung und einer Analyseeinheit zum Analysieren der Farbtemperatur herangezo¬ gen werden, wobei vorzugsweise die Erfassungseinheit durch die ohnehin vorhandene Aufnahmeeinheit bzw. Kamera realisiert ist.
Zur Optimierung der Genauigkeit und zur weiteren Vereinfa¬ chung sind die Eigenschaften der Richtdiagramme der Sensoren vorzugsweise gleich und die Abstände der Sensoren zueinander möglichst groß.
Ferner wird die Bestimmung des Beleuchtungswinkels in Abhän¬ gigkeit von der Aufnahmeeinheit hinsichtlich einer Zeitachse kontinuierlich durchgeführt, wodurch sich eine besonders rea- listisσhe Lichtführung für die virtuellen Objekte erzeugen lässt.
Zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit und zum Verarbeiten von schwierigen Beleuchtungsverhältnissen können die Sensoren mit ihren Sensor-Ausrichtungen und zugehörigen Richtdiagram¬ men vorzugsweise drehbar angeordnet werden.
Ferner kann eine Schwellwert-Entscheidungseinheit zum Ermit¬ teln einer Eindeutigkeit eines Beleuchtungswinkels vorgesehen werden, wobei bei fehlender Eindeutigkeit die virtuelle Lichtführung abgeschaltet wird. Insbesondere bei diffusen Be- leuchtungsverhältnissen bzw. Beleuchtungsverhältnissen mit einer Vielzahl von im Raum verteilten Lichtquellen werden demzufolge keine virtuellen Schatten- und/oder Aufhellberei¬ che für das virtuelle Objekt erzeugt.
Hinsichtlich des Verfahrens wird zunächst ein reales Objekt mit einer Aufnahmeeinheit, welches eine optische Achse auf¬ weist, aufgenommen und in einer Anzeigeeinheit angezeigt. Ferner wird mit einer Datenverarbeitungseinheit ein einzufü¬ gendes virtuelles Objekt erzeugt und ebenfalls an der Anzei- geeinheit angezeigt bzw. dem realen Objekt überlagert. Mit zumindest zwei lichtempfindlichen Sensoren, die jeweils ein vorbekanntes Sensor-Richtdiagramm, eine Sensor-Positionierung und eine Sensor-Ausrichtung aufweisen, wird anschließend eine Beleuchtung erfasst und jeweils als Sensor-Ausgangssignale ausgegeben. Unter Verwendung dieser Sensor-Ausgangssignale und auf der Grundlage der vorbekannten Sensor-Positionierung, der Sensor-Ausrichtung und der Eigenschaften des Sensor- Richtdiagramms wird anschließend ein Beleuchtungswinkel in Bezug auf die optische Achse ermittelt und in Abhängigkeit vom ermittelten Beleuchtungswinkel eine Lichtführung bzw. das Einfügen von virtuellen Schatten- und/oder virtuellen Auf¬ hellbereichen für das virtuelle Objekt- durchgeführt.
In den weiteren UnteranSprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei¬ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte Darstellung eines Anwendungsfalls für das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vor¬ richtung zum Durchführen einer Lichtführung in einem Augmen- ted-Reality-System;
Figur 2 eine vereinfachte Darstellung der Vorrichtung gemäß Figur 1 zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Sensor- Richtdiagramme der Sensoren bei der Ermittlung eines Beleuch¬ tungswinkels;
Figur 3 eine vereinfachte Darstellung zur Veranschaulichung des in einem erfindungsgemäßen Augmented-Reality-System er¬ mittelten eindimensionalen Beleuchtungswinkels; und
Figur 4 eine vereinfachte Darstellung zur Veranschauliσhung eines räumlichen Beleuchtungswinkels mittels zweier eindimen¬ sionaler Beleuchtungswinkel.
Figur 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines „Augmented- Reality-Systems" bzw..Systems mit „erweiterter Realität"", wie es beispielsweise in einem mobilen Endgerät und insbesondere einem mobilen Telekommunikationsendgerät bzw. Handy H imple¬ mentiert sein kann.
Gemäß Figur 1 wird von einer im mobilen Endgerät H integrier¬ ten Kamera bzw. Aufnahmeeinheit AE ein Bild von einer realen Umgebung bzw. einem aufzunehmenden realen Objekt RO mit einem zugehörigen realen Schatten RS aufgenommen und an einer An¬ zeigeeinheit I angezeigt. Zur Erweiterung des aufgenommenen Bildes wird als sogenanntes virtuelles Objekt VO beispiels¬ weise ein Ball dem aufgenommenen realen Objekt mit seinem ZUT gehörigen Schatten, der beispielsweise ein Blumentopf sein kann, überlagert, wodurch sich eine erweiterte Realität bzw. die sogenannten „augmented reality" ergibt. Das reale Objekt RO mit seinem zugehörigen realen Schatten RS und das virtuel¬ le Objekt VO können selbstverständlich auch beliebige andere Gegenstände darstellen.
Gemäß Figur 1 ist ferner eine Lichtquelle L beispielsweise in Form einer Glühlampe dargestellt, die als Haupt-Lichtquelle für eine Beleuchtung der realen Umgebung bzw. des realen Ob- jekts RO primär verantwortlich ist, und somit den zum realen Objekt RO zugehörigen realen Schatten bzw. Schattenbereich RS erzeugt. Da sich mit Änderung der Beleuchtungsverhältnisse auch ein derartiger realer Schatten RS entsprechend verän¬ dert, beispielsweise verkürzt oder verlängert oder um einen vorbestimmten Winkel verdreht wird, müssen derartige Beleuch¬ tungsverhältnisse auch bei einer sogenannten Lichtführung für das virtuelle Objekt VO berücksichtigt werden. Genauer gesagt wird erfindungsgemäß nicht nur das virtuelle Objekt VO der an der Anzeigeeinheit I dargestellten realen Umgebung hinzuge- fügt, sondern auch eine entsprechende virtuelle Lichtführung durchgeführt, d.h. beispielsweise ein virtueller Schatten VS des virtuellen Objekts VO und/oder ein virtueller Aufhellbe¬ reich VA auf dem virtuellen Objekt VO in Abhängigkeit von den jeweiligen Beleuchtungsverhältnissen ergänzt. Dadurch ergeben sich sehr realistisch wirkende Darstellungen mit „erweiterter Realität" bzw. in Augmented-Reality-Systemen.
Zur Realisierung einer derartigen Lichtführung werden im Ge¬ gensatz zum Stand der Technik nunmehr keine in die Szene ein- gefügten Schatten-Objekte bzw. sogenannte „shadow catcherw verwendet, sondern ein Beleuchtungswinkel in Bezug auf eine optische Achse der Aufnahmeeinheit AE durch zumindest zwei lichtempfindliche Sensoren S, die sich beispielsweise an der Oberfläche eines Gehäuses des mobilen Endgerätes H befinden, ermittelt. Die lichtempfindlichen Sensoren S weisen hierbei jeweils ein vorbekanntes Sensor-Richtdiagramm mit einer vor¬ bekannten Sensor-Ausrichtung sowie eine vorbekannte Sensor- Positionierung auf. Auf der Grundlage dieser Sensor- Positionierung, der Sensor-Ausrichtung und der Eigenschaften des Sensor-Richtdiagramms können anschließend die an den je¬ weiligen Sensoren ausgegebenen Sensor-Ausgangssignale bzw. deren Amplitudenwerte derart ausgewertet werden, dass sich
ein Beleuchtungswinkel in Bezug auf die optische Achse der Aufnahmeeinheit AE ermitteln lässt, wodurch wiederum eine virtuelle Lichtführung im Bild der Anzeigeeinheit I für das virtuelle Objekt VO bzw. das Erzeugen eines virtuellen -Schat- tenbereichs VS und/oder eines virtuellen Aufhellbereichs VA durchgeführt werden kann. Diese Berechnung wird beispielswei¬ se von einer im mobilen Telekommunikationsendgerät H ohnehin vorhandenen Datenverarbeitungseinheit bearbeitet, die bei¬ spielsweise auch für einen Verbindungsauf- und -abbau sowie eine Vielzahl von weiteren Funktionalitäten des mobilen End¬ geräts H zuständig ist.
Figur 2 zeigt eine vereinfachte Darstellung zur Veranschauli¬ chung der grundsätzlichen Funktionsweise bei der Ermittlung eines Beleuσhtungswinkels, wie er für die erfindungsgemäße Lichtführung bzw. das Erzeugen von virtuellen Schatten- und virtuellen Aufhellbereichen benötigt wird.
Gemäß Figur 2 sind z.B. an der Gehäuseoberfläche des mobilen Endgeräts H die Aufnahmeeinheit AE bzw. eine herkömmliche Ka¬ mera sowie zumindest zwei lichtempfindliche Sensoren Sl und S2 angeordnet. Die Aufnahmeeinheit AE weist eine optische Achse OA auf, die nachfolgend als Bezugsachse für den zu er¬ mittelnden Beleuchtungswinkel α zu einer Lichtquelle L fest- legt.
Zur Vereinfachung der Darstellung wird gemäß Figur 2 zunächst nur ein eindimensionaler Beleuchtungswinkel α zwischen einer Lichtquelle L und der optischen Achse OA der Aufnahmeeinheit innerhalb einer Ebene betrachtet und erfasst. Ferner ist ge¬ mäß Figur 2 lediglich eine einzige Lichtquelle L, welche bei¬ spielsweise bei einer Tageslichtumgebung durch die Sonne rea¬ lisiert wird, dargestellt.
Die Sensoren Sl und S2 besitzen hinsichtlich der Aufnahmeein¬ heit AE eine vorbekannte Sensor-Positionierung und sind gemäß Figur 2 in einem vorbekannten Abstand dl und d2 von der Auf-
nahmeeinheit AE beabstandet. Ferner weisen die Sensoren Sl und S2 eine vorbekannte Sensor-Ausrichtung SAl und SA2 in Be¬ zug auf die optische Achse OA der Aufnahmeeinheit auf, die mit einem jeweiligen vorbekannten Richtdiagramm RDl und RD2 korreliert ist. Die Sensor-Ausrichtung SAl und SA2 ist gemäß Figur 2 parallel zur optischen Achse OA der Aufnahmeeinheit, wodurch sich eine vereinfachte Berechnung des eindimensiona¬ len Beleuchtungswinkels α ergibt. Die Kurve des Richtdia¬ gramms RDl und RD2 ist gemäß Figur 2 elliptisch und besitzt in einer räumlichen Darstellung eine elliptische Keulenform.
Die Wirkungsweise des Sensor-Richtdiagramms ist hierbei wie folgt: Ein Abstand vom Sensor zum Rand der elliptischen Kurve bzw. der räumlichen elliptischen Keule des Sensor-Richtdia- gramms entspricht einer Amplitude eines Sensor-Ausgangs¬ signals SSl und SS2, welches am Sensor ausgegeben wird, wenn Licht von der Lichtquelle L in einem entsprechenden Winkel ßl oder ß2 zur Sensor—Ausrichtung SAl oder SA2 auf die Sensoren Sl und S2 fällt. Demzufolge ist eine Amplitude des Sensor- AusgangsSignals SSl und SS2 ein direktes Maß für die Winkel ßl und ß2, weshalb sich in Kenntnis der Eigenschaften des Richtdiagramms RDl und RD2 bzw. der Kurvenformen sowie der Sensor-Positionierungen bzw. der Abstände dl und d2, sowie der Sensor-Ausrichtung SAl und SA2 in Bezug auf die optische Achse OA ein eindimensionaler Beleuchtungswinkel α eindeutig bestimmen lässt.
Gemäß Figur 3 kann in Abhängigkeit von diesem eindimensiona¬ len Beleuchtungswinkel α und einem vorbekannten virtuellen Winkel γ zwischen der optischen Achse OA der Aufnahmeeinheit AE und dem einzufügenden virtuellen Objekt VO nunmehr auch die entsprechende virtuelle Lichtführung durchgeführt werden und beispielsweise ein virtueller Schattenbereich VS und/oder ein virtueller Aufhellbereich VA im Bild der Anzeigeeinheit I gemäß Figur 1 realistisch bzw. winkeltreu eingefügt werden.
Die lichtempfindlichen Sensoren S bzw. Sl und S2 können bei¬ spielsweise durch eine Fotodiode, einen Fototransistor oder andere fotoempfindliche Elemente realisiert werden, die über ein vorbekanntes Richtdiagramm -verfügen. Ein Richtdiagramm kann ferner über eine Linsenanordnung, die sich vor dem lichtempfindlichen Sensor befindet, entsprechend eingestellt oder angepasst werden. Unter Berücksichtigung des Sensor- Richtdiagramme RDl und RD2 sowie der zugehörigen Sensor- Ausrichtungen SAl und SA2 kann demzufolge in einer Ebene, die durch die beiden Sensor-Elemente Sl und S2 festgelegt wird, durch Verhältnisbildung der beiden Sensor-Ausgangssignale SSl und SS2 der resultierende eindimensionale Lichteinfallswinkel bzw. Beleuchtungswinkel α, ähnlich dem Monopuls-Verfahren in der Radartechnik, ermittelt werden.
' Da mit zwei derartigen lichtempfindlichen Sensoren lediglich ein eindimensionaler Beleuchtungswinkel α ermittelt werden kann, jedoch für eine realistische Lichtführung ein räumli¬ cher Beleuchtungswinkel zu ermitteln ist, werden in einem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 zwei derartige eindimensio¬ nale Beleuchtungswinkel zur Ermittlung eines räumlichen Be¬ leuchtungswinkels ermittelt.
Genauer gesagt werden gemäß Figur 4 zwei derartige Anordnun- gen wie in Figuren 2 und 3 dargestellt miteinander kombi¬ niert, so dass sich jeweils eindimensionale Beleuchtungswin¬ kel cty z.B. in einer y-Richtung und αz z.B. in einer z- Richtung ermitteln lassen. Dadurch lässt sich ein resultie¬ render räumlicher Beleuchtungswinkel für eine Lichtquelle L im Raum bestimmen.
Vorzugsweise wird hierbei ein dritter lichtempfindlicher Sen¬ sor derart z.B. an der Gehäuseoberfläche des mobilen Endge¬ räts H angeordnet, dass er sich in einer weiteren Ebene be- findet. Im einfachsten Fall wird er gemäß Figur 4 beispiels¬ weise senkrecht zur x-y-Ebene der ersten beiden Sensoren in einer x-z- oder y-z-Ebene angeordnet, wodurch sich ein recht-
winkliges Koordinatensystem ergibt. Vorzugsweise wird, hierbei einer der drei Sensoren zur Ermittlung der zwei eindimensio¬ nalen Beleuchtungswinkel αy und αz doppelt verwendet. Grund¬ sätzlich sind jedoch auch andere Sensor-Anordnungen und ins- besondere eine größere Anzahl von Sensoren möglich, wodurch sich eine Genauigkeit oder ein Erfassungsbereich der Beleuch¬ tungsverhältnisse weiter verbessern lässt. Die jeweiligen Sensor-Ausrichtungen, Sensor-Positionierungen und Sensor- Richtdiagramme werden bei der Bewertung der ausgegebenen Sen- sor-Ausgangssignale entsprechend berücksichtigt.
Ein übliches Verfahren zur Ermittlung des räumlichen Beleuch¬ tungswinkels aus zwei eindimensionalen Beleuchtungswinkeln ist beispielsweise das von GPS-Systemen (Global Positioning System) bekannte Triangulierungs-Verfahren. Es sind jedoch auch beliebige andere Verfahren zur Bestimmung eines räumli¬ chen Beleuchtungswinkels möglich.
Gemäß einem zweiten nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann ein derartiger räumlicher Beleuchtungswinkel jedoch auch lediglich anhand von einem eindimensionalen Beleuchtungswin¬ kel ermittelt bzw. geschätzt werden, sofern die Ebene der für diesen eindimensionalen Beleuchtungswinkel notwendigen zwei lichtempfindlichen Sensoren parallel zu einem Horizont bzw. einer Erdoberfläche ist und die Hauptbeleuchtungsquelle durch die Sonne bzw. das Sonnenlicht realisiert ist, wie es bei¬ spielsweise bei Tageslichtumgebung in der Regel der Fall ist.
Gemäß diesem besonderen Ausführungsbeispiel wird zur Ermitt- lung des räumlichen Beleuchtungswinkels neben einem eindimen¬ sionalen Beleuchtungswinkel ferner eine an einem bestimmten Ort vorliegende Tageszeit berücksichtigt, aus der sich ein Sonnenstand bzw. ein zweiter Beleuchtungswinkel senkrecht bzw. vertikal zur Erdoberfläche abschätzen lässt. Demzufolge werden durch die zwei Sensoren Sl und S2 bzw. durch den ein¬ dimensionalen Beleuchtungswinkel α lediglich in horizontaler Richtung stattfindende Beleuchtungsänderungen erfasst, wäh-
rend die in vertikaler Richtung stattfindenden Beleuchtungs- anderungen aus einer augenblicklichen Tageszeit abgeleitet werden.
Hierfür wird eine in mobilen Endgeräten H üblicherweise ohne¬ hin vorhandene Zeitgebereinheit beispielsweise in Form einer Uhr mit Zeitzonenangabe und Sommerzeitberücksichtigung ver¬ wendet. Ferner kann zum Ermitteln einer Tages- oder Kunst¬ lichtumgebung eine Erfassungseinheit zum Erfassen einer Farb- temperatur der vorliegenden Beleuchtung vorgesehen sein, wo¬ bei eine Analyseeinheit die erfasste Farbtemperatur analy¬ siert bzw. auswertet. Da die in mobilen Endgeräten H einge¬ setzten herkömmlichen Aufnahmeeinheiten bzw. Kameras in der Regel derartige Informationen hinsichtlich einer Farbtempera- tur ohnehin liefern, wird als Erfassungseinheit für die Farb¬ temperatur die Aufnahmeeinheit AE und für die Analyseeinheit die Datenverarbeitungseinheit des mobilen Endgeräts H verwen¬ det. Aufgrund der Verwendung von ohnehin vorhandenen Zeitge¬ bereinheiten und Aufnahmeeinheiten, ergibt sich für dieses zweite Ausführungsbeispiel eine besonders einfache und kos¬ tengünstige Realisierungsform.
Wiederum können selbstverständlich derartige Realisierungs¬ formen auch mit weiteren Sensoren zur Bestimmung von weiteren eindimensionalen Beleuchtungswinkeln kombiniert werden, wor¬ aus sich schließlich ein räumlicher Beleuchtungswinkel er¬ gibt, und daraus eine virtuelle Lichtführung durchgeführt bzw. die virtuellen Schatten- und/oder virtuellen Aufhellbe¬ reiche für die virtuellen Objekte erzeugt werden können. Eine Genauigkeit kann dadurch beliebig verbessert werden.
Zur weiteren Vereinfachung der Berechnungen und zur Erhöhung einer Genauigkeit der Berechnungsergebnisse sind die Eigen¬ schaften bzw. Kurven gemäß Figur 2 der Sensor-Richtdiagramme der verwendeten Sensoren S vorzugsweise gleich bzw. identisch und die Abstände der Sensoren zueinander möglichst groß.
Ferner wird zur Realisierung einer möglichst realistischen Lichtführung der Beleuchtungswinkel hinsichtlich einer Zeit in Abhängigkeit von der Aufnahmeeinheit AE kontinuierlich durchgeführt. Genauer gesagt werden z.B. für jede Aufnahme einer Bildfolge zugehörige Berechnungen und eine entsprechen¬ de Lichtführung durchgeführt. Grundsätzlich können insbeson¬ dere zur Einsparung von Ressourcen wie beispielsweise Rechen¬ kapazität derartige Berechnungen jedoch auch nur auf vorbe¬ stimmte Zeitabstände beschränkt werden, die unabhängig von der Funktionalität der Aufnahmeeinheit sind.
Zur Realisierung eines möglichst flexiblen Verfahrens und ei¬ ner zugehörigen Vorrichtung zur Lichtführung in einem Augmen- ted-Reality-System können die Sensoren mit ihren vorbekannten Sensor-Ausrichtungen und zugehörigen Sensor-Richtdiagrammen auch drehbar z.B. an der Gehäuseoberfläche des mobilen Endge¬ räts H angeordnet sein, wobei jedoch die sich ändernden Win¬ kelwerte für die Sensor-Ausrichtungen ebenfalls erfasst und an die Datenverarbeitungseinheit zur Kompensation bzw. Be- rücksichtigung übermittelt werden müssen.
Abschließend kann ferner eine Schwellwert-Entscheidungsein¬ heit zum Ermitteln einer Eindeutigkeit eines Beleuchtungswin¬ kels und damit der Beleuchtungsverhältnisse vorgesehen wer- den, wobei bei fehlender Eindeutigkeit die virtuelle Licht¬ führung für die virtuellen Objekte abgeschaltet wird bzw. keine virtuellen Schatten- und/oder virtuellen- Aufhellberei¬ che im Bild der Anzeigeeinheit erzeugt werden. Insbesondere bei sehr diffusen Lichtverhältnissen bzw. bei einer Vielzahl von gleichwertigen im Raum angeordneten Lichtquellen kann da¬ durch eine fehlerhafte virtuelle Lichtführung verhindert wer¬ den, wodurch sich wiederum eine sehr realitätsnahe Darstel¬ lung von virtuellen Objekten ermöglichen lässt.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand eines mobilen Telekom¬ munikationsendgeräts wie beispielsweise eines Handys H be¬ schrieben. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt und umfasst
in gleicher Weise auch andere mobile Endgeräte wie beispiels¬ weise PDAs (Personal Digital Aassistant) . Sie kann ferner auch auf stationäre Augmented-Reality-Systeme angewendet wer¬ den. Ferner wurde die vorliegende Erfindung anhand einer ein- zigen Lichtquelle wie beispielsweise einer Glühbirne oder ei¬ ner Sonne beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern umfasst in gleicher Weise auch andere Haupt-Lichtquellen, die sich aus einer Vielzahl von Licht¬ quellen oder andersartigen Lichtquellen zusammensetzen kann. Ferner wurde die Erfindung anhand von zwei oder drei licht¬ empfindlichen Sensoren zur Ermittlung eines Beleuchtungswin¬ kels beschrieben. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern umfasst in gleicher Weise auch Systeme mit einer Vielzahl von lichtempfindlichen Sensoren, die beliebig zur Aufnahmeeinheit AE und deren optischen Achse OA positioniert und ausgerichtet werden können.