8. TANNER-Hochschulwettbewerb | Beitrag Team Westhoff (RWTH Aachen)

1. In Zusammenarbeit mit: 8. TANNER-Hochschulwettbewerb für Technische Dokumentation Team Westhoff Ergebnis eingereicht durch Sümeyya Karayurt Duygu Kurtulus Christina Sparwasser Katalin Westhoff von der

2. 8.Tanner Hochschulwettbewerb Produktsicherheit wird großgeschrieben Konzept zur Informationsoptimierung an Claas Maschinen ausgearbeitet von Sümeyya Karayurt, Duygu-Hamide Kurtulus, Christina Sparwasser, Katalin Westhoff 1

3. 8.Tanner Hochschulwettbewerb Problemstellung und Ziel des Projekts Ausganssituation: Sicherheits- und Instruktionsaufkleber sind auf den Landwirtschaftsmaschinen schon vorhanden Problemstellung: Aufkleber nicht eindeutig und nicht selbsterklärend Zielsetzung: Informationen über Aufkleber sollen kurz und aussagekräftig über ein mobiles Endgerät abgerufen werden können 2

4. 8.Tanner Hochschulwettbewerb Gliederung 1.  Analyse 1.1. Definitionen 1.2. Brainstorming 1.3. Physical-World-Connection 1.4. Zielgruppendefinition 1.5. Anforderungsermittlung 2.  Design 2.1. Namensgebung und Icondesign 2.2. Use-Case-Diagramm 2.3. Paperprototype 2.4. Softwareprototype 3.  Implementierung 3.1. Technische Realisierung 4.  Knackpunkte 5.  Einschränkungen und Risiken 3

5. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 4 ADI Zyklus (iterative Vorgehensweise) Analyse Design Implemen- tierung Ø  Brainstorming Ø  Physical-World-Connection Ø  Zielgruppendefinition Ø  Anforderungsermittlung Ø  Definitionen

6. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 5 Brainstorming

7. 8.Tanner Hochschulwettbewerb Definitionen Augmented Reality: •  Computergestützte/virtuelle Erweiterung der Realitätswahrnehmung •  Interaktivität findet in Echtzeit statt Marker •  Tracking erfolgt über speziell angebrachte Marker (Ankerpunkt in der Realität) •  Muster innerhalb der Marker dient der Identifizierung der entsprechenden Zusatzinformation 6

8. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 7 Augmented Reality Welche Technologie eignet sich zur Realisierung? Location-based AR Image-based AR GPS-Information Bilderkennung Marker-based AR Marker (z.B.Piktogramm) QR-Code Codeerkennung Physical-World-Connection

9. 8.Tanner Hochschulwettbewerb Augmented Reality Welche Technologie eignet sich zur Realisierung? Location-based AR Image-based AR GPS-Information Bilderkennung Marker-based AR Marker (z.B.Piktogramm) QR-Code Codeerkennung Physical-World-Connection 7

10. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 8 -  Aufkleberbeschädigung -  Anbringen der QR-Codes an verkaufte Geräte -  Zeit-/Kostenfaktor -  Veränderung der Aufkleber (Vergrößerung) -  Für kleinere Datenmengen geeignet (Verlinkungen) -  Textinhalte, keine multimedialen Inhalte -  Gestalterische Möglichkeiten eingeschränkt + Hoher Wiedererkennungswert + Kostenlose Erstellung/Reader + Sicheres/einfaches Matching garantiert + Echtzeit QR- Code -  Aufkleberbeschädigung -  Softwareabhängigkeit (zuständige App) + Keine Aufkleber Veränderung notwendig + Zeit-/Kostenfaktor + Für größere Datenmengen geeignet + Multimediale Inhalte möglich + Einfaches Matching (Piktogramme) + Innovativ + Virtuelle und echte Realität lassen überlagern Marker -based AR Physical-World-Connection

11. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 8 -  Aufkleberbeschädigung -  Anbringen der QR-Codes an verkaufte Geräte -  Zeit-/Kostenfaktor -  Veränderung der Aufkleber (Vergrößerung) -  Für kleinere Datenmengen geeignet (Verlinkungen) -  Textinhalte, keine multimedialen Inhalte -  Gestalterische Möglichkeiten eingeschränkt + Hoher Wiedererkennungswert + Kostenlose Erstellung/Reader + Sicheres/einfaches Matching garantiert + Echtzeit QR- Code -  Aufkleberbeschädigung -  Softwareabhängigkeit (zuständige App) + Keine Aufkleber Veränderung notwendig + Zeit-/Kostenfaktor + Für größere Datenmengen geeignet + Multimediale Inhalte möglich + Einfaches Matching (Piktogramme) + Innovativ + Virtuelle und echte Realität lassen überlagern Marker -based AR Physical-World-Connection -  Aufkleberbeschädigung -  Anbringen der QR-Codes an verkaufte Geräte -  Zeit-/Kostenfaktor -  Veränderung der Aufkleber (Vergrößerung) -  Für kleinere Datenmengen geeignet (Verlinkungen) -  Textinhalte, keine multimedialen Inhalte -  Gestalterische Möglichkeiten eingeschränkt + Hoher Wiedererkennungswert + Kostenlose Erstellung/Reader + Sicheres/einfaches Matching garantiert + Echtzeit QR- Code

12. 8.Tanner Hochschulwettbewerb AR Browser AR App Marker-based AR •  Der Aufkleber muss nicht verändert werden, da das Piktogramm als Marker verwendet werden kann •  Da die Anwendung sowohl online als auch offline verwendet werden soll, eignet sich ein Augmented Reality Browser nicht. Aus diesem Grunde orientiert sich unser Konzept an der Entwicklung einer eigenständige Applikation. Physical-World-Connection •  günstiger im Vergleich zu einer AR App •  Bestehende Nutzerbasis, •  Promotion durch etablierte Kanäle, z.B. Junaio •  freier in der Featurewahl •  Offline nutzbar •  Integration einer Datenbank 9

13. 8.Tanner Hochschulwettbewerb AR Browser AR App Marker-based AR •  Der Aufkleber muss nicht verändert werden, da das Piktogramm als Marker verwendet werden kann •  Da die Anwendung sowohl online als auch offline verwendet werden soll, eignet sich ein Augmented Reality Browser nicht. Aus diesem Grunde orientiert sich unser Konzept an der Entwicklung einer eigenständige Applikation. Physical-World-Connection •  günstiger im Vergleich zu einer AR App •  Bestehende Nutzerbasis, •  Promotion durch etablierte Kanäle, z.B. Junaio •  freier in der Featurewahl •  Offline nutzbar •  Integration einer Datenbank 9

14. 8.Tanner Hochschulwettbewerb Zielgruppendefinition - Persona 10 Jürgen Hoffmann Profil •  56 Jahre •  Landwirt •  verheiratet, 2 Söhne •  keine guten Smartphone & Tablet- Kenntnisse Beruf •  Führt selbstständigen Familienbetrieb •  Besitzt einige Maschinen, dadurch techn. Grundkenntnisse •  Studieren der Betriebsanleitung oft zu zeitaufwändig Erwartungen an das Produkt •  Zeitsparend und eine einfache Bedienung •  Aussagekräftige, kurze Informationen über gesuchten Aufkleber Daniel Küpper Profil •  25 Jahre •  Angestellter im Großbetrieb •  ledig •  Kann mit Smartphone & Tablets umgehen Beruf •  Flexibel, arbeitet mit unterschiedlichen Maschinen •  Besitzt erweitertes Technikverständnis •  Oft zu faul eine Betriebsanleitung aufzuschlagen Erwartungen an das Produkt •  Zeitsparend, schnell, flexibel •  Aussagekräftige, kurze Infos über gesuchten Aufkleber

15. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 11 Anforderungs- analyse (Festlegung der Anforderungen an das System) Funktionale Anforderungen •  Beschreibung dessen, was das System tun soll •  Bsp.: Das System soll mit Hilfe der Kamera Bilder einscannen können Nicht-funktionale Anforderungen •  Einschränkende Bedingung, wie die funktionale Anforderung zu realisieren ist •  Bsp.: der Identifizierungsvorgang muss in höchstens 3 Sekunden abgeschlossen sein Anforderungsermittlung

16. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 12 Anforderungsermittlung Funktionale Anforderungen •  Der Benutzer kann den Aufkleber einscannen •  Das System erkennt den Aufkleber •  Das System zeigt weiterführende Information an •  Das System ist für alle Claas Maschinen nutzbar •  Der Benutzer kann auf eine integrierte Bedienungsanleitung zugreifen •  Der Benutzer kann eine 3D Ansicht der Maschinen auswählen •  Der Benutzer kann zwischen Fahrzeugtypen auswählen •  Das System greift auf die Kamera zu •  Verlinkung auf Bedienungsanleitung (Hyperlink)

17. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 13 Zuverlässigkeit •  Bei nicht erkannten Aufklebern soll das System anstatt falscher Information eine Fehlermeldung ausgeben, um physische und ökonomische Schäden an Mensch und Maschine zu vermeiden Benutzbarkeit •  Einfaches intuitiv bedienbares Interface Wartbarkeit •  System soll durch Updates an neue Anforderungen anpassbar sein Effizienz •  Aufmerksamkeitsspanne des Nutzers soll nicht überspannt werden Portierbarkeit •  Plattformunabhängigkeit Offlinenutzung •  System soll auch ohne Internetverbindung funktionieren, da die Nutzerumgebung dies verlangt Nicht funktionale Anforderungen: Anforderungsermittlung

18. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 14 ADI Zyklus (iterative Vorgehensweise) Analyse Design Implemen- tierung Ø  Anwendungsfälle (Use-Case) Ø  Paperprotoype (Storyboards) Ø  Softwareprototyp Ø  Namensgebung und Icondesign

19. 8.Tanner Hochschulwettbewerb Namensgebung & Icondesign 15 Namensgebung Icondesign Orientierung am Design bereits vorhandener Applikationen von Claas CLAAS MATE Matching Application for Tag Entities AGROCOM LU AGROCOM NET CLAAS TELEMATICS

20. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 16 Anwendungsfälle/ Use-Case-Diagramm

21. 8.Tanner Hochschulwettbewerb Storyboard - Scannen 17

26. 8.Tanner Hochschulwettbewerb Storyboard – 3D Ansicht 19 5.

32. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 20 Software-Prototyp Scannen 1. Startbildschirm •  Scan Tab wählen 2. Scanfunktion •  Aufkleber scannen •  Automatische Weiterleitung zur Informationsanzeige 3. Informationsanzeige •  Zugehörige Information wird angezeigt •  User kann den Aufkleber als Favorit makieren 4. Starbildschirm •  Startbildschirm mit bereits hinzugefügtem Favoriten

33. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 21 Software-Prototyp – 3D Ansicht 1. Starbildschirm •  3D Tab wählen 2. Kategorie Auswahl •  Futterernte auswählen 3. Maschinen Auswahl •  Kombiwagen wählen 4. 3D Ansicht •  3D Ansicht mit roten (Sicherheitsaufkleber) und grünen (Instruktionsaufkleber) Markierungen •  Maschine beliebig zoomen und drehen •  Zur Informationsanzeige Markierung wählen 5. Informationsanzeige •  Information zur gewählten Markierung

34. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 4. Betriebsanleitung Software-Prototyp Bedienungsanleitung 22 1. Startbildschirm 2. Auswahl der Kategorie 3. Auswahl der Maschine •  Schritte 1-3 analog zur vorherigen Folie (3D Ansicht) •  Anzeige der zugehörige Betriebsanleitung •  Integrierte Suche nach Schlagwörtern •  Inhaltsverzeichnis mit Hyperlinks

35. 8.Tanner Hochschulwettbewerb ADI Zyklus (iterative Vorgehensweise) Analyse Design Implemen- tierung Ø  Bildaufnahme Ø  Bildverarbeitung Ø  Merkmalsextraktion Ø  Klassifizierung Ø  Ergebnis Technische Realisierung 23

36. 8.Tanner Hochschulwettbewerb Der User erfasst das Bild des Aufklebers mit der Videokamera auf seinem mobilen Endgerät 24 1. Bildaufnahme Problem: Bildaufnahme nicht immer optimal •  Lichtverhältnisse •  Distanz •  Dreck am Aufkleber •  Beschädigung des Aufklebers

37. 8.Tanner Hochschulwettbewerb Optimierung der Aufnahme für die spätere Bildverarbeitung und Merkmalsextraktion 2. Bildvorverarbeitung 25 •  Grauwertbildung o  Umwandlung des Farbbildes in Grauwertbild •  Binarisierung o  Transformation des Bildes in ein Schwarz-Weiß-Bild Algorithmus zur Binarisierung: wähle einen Schwellenwert t; setze alle Pixel < t auf schwarz; setze alle Pixel >= t auf weiß; t=181 gewählt

38. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 26 2. Bildvorverarbeitung •  Morphologische Filter •  Dilatation: Ändere ein Pixel von „weiß“ zu „schwarz“ wenn mindestens ein Nachbarpixel „schwarz“ ist. •  Erosion: Ändere ein Pixel von „schwarz“ zu „weiß“ wenn mindestens ein Nachbarpixel „weiß“ ist. •  Modellbasierte Auswahl: Wissen über das Bild wird eingesetzt •  Template Matching (Sicherheitsaufkleber) •  im Bild wird nach gegebener Vorlage gesucht •  (durch eingeschränktes Suchfeld, verkürzt sich die Laufzeit)

39. 8.Tanner Hochschulwettbewerb Suche nach markanten Stellen im Bild mit hohem Informationsgehalt Lage muss aus dem Bild des Markers vollständig rekonstruiert werden können 27 3. Merkmalsextraktion •  Canny-Algorithmus: Erkennung aller Kanten im Bild o  Distanztransformation: alle Pixel mit dem Wert > 1 werden entfernt •  Zusammenhängende Kanten werden zu Konturen zusammengefasst •  Kreise suchen •  Um Konturen zusammenzufügen ggf. nach Ellipsen suchen •  Harris-Corner-Detektor o  Robust gegenüber Veränderung der Perspektive, Helligkeit, Rotation, Skalierung etc. o  effizient berechenbar Ecken: Keine Ecken: Kombinierbare Schritte:

40. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 28 4. Klassifikation Nächster Nachbar-Klassifikator: •  für jeden Merkmalsvektor wird der Abstand (z.B. Euklidische Distanz) zum korrespondierenden Muster in der Datenbank berechnet •  Abstand soll minimal sein •  Muster wird der Klasse (dem Aufkleber) zugeordnet wo der Abstand minimal war Zuordnung eines Objekts (Aufkleber) zu einer in der Datenbank vorhandenen Ähnlichkeitsklasse. Klassenzugehörigkeit wird also aufgrund der Merkmalseigenschaften entschieden

41. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 5. Ergebnis/Ausgabe 29 Möglichkeiten zur Informationsausgabe: •  Videos •  Bilder Videos, echte AR lenken vom Wesentlichen ab und helfen nicht die Information aussagekräftig zu vermitteln Videos: •  zu spielerisch •  zeitaufwendig •  für kurze Information nicht geeignet •  benötigt sehr viel Speicher Echte AR: •  zu spielerisch •  nicht aussagekräftig genug Text in Kombination mit Bild •  Hat man die Lesefähigkeit erworben, neigt man dazu kurze Textabschnitte zu lesen •  Das Bild des Aufklebers verstärkt die Assoziation mit der richtigen Information Stroop Test: Nennen Sie erst die Farben der Wörter und stoppen Sie die Zeit. Nun lesen Sie Farben. Vergleichen Sie die benötigten Zeiten. •  „echte“ Augmented Reality (Überlappung von echter und virtueller Realität) •  Textinformation

42. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 30 Wie soll die weiterführende Information angezeigt werden •  Videos, AR Inhalte, Text... Icondesign & Namensgebung •  Orientierung an Claas Apps oder Neugestaltung •  Name mit Bedeutung Knackpunkte Technische Realisierung •  Sind die Piktogramme überhaupt als Marker geeignet •  was passiert wenn zwei Aufkleber dicht nebeneinander sind? •  Bezüglich Klassifikation: Bayes oder Nächster-Nachbar-Klassifikator

43. 8.Tanner Hochschulwettbewerb 30 Wie soll die weiterführende Information angezeigt werden •  Videos, AR Inhalte, Text... Icondesign & Namensgebung •  Orientierung an Claas Apps oder Neugestaltung •  Name mit Bedeutung Knackpunkte Technische Realisierung •  Sind die Piktogramme überhaupt als Marker geeignet •  was passiert wenn zwei Aufkleber dicht nebeneinander sind? •  Bezüglich Klassifikation: Bayes oder Nächster-Nachbar-Klassifikator

44. 8.Tanner Hochschulwettbewerb Einschränkungen und Risiken 31 Zielgruppenakzeptanz •  Die meisten potentiellen Nutzer arbeiten schon längere Zeit mit den Maschinen, deshalb könnten sie die Auseinandersetzung mit den Aufklebern als unnötig empfinden •  Hemmschwelle für Nutzer, die wenig Erfahrung im Umgang mit Smartphones/ Tablets haben •  Zu stark beschädigte Aufkleber eventuell nicht mehr lesbar

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