Vortrag im Rahmen der Ringvorlesung Digitalisierung, 23. November 2017, Daniel Volk, Ravensburger AG

1. Digitale Produkttechnologien
Vortrag im Rahmen der Ringvorlesung Digitalisierung
Ravensburg, 23.11.2017
Daniel Volk, Ravensburger AG

2. Einordnung
Grundlagen-
forschung
Angewandte
Forschung
Vor-
entwicklung
Entwicklung
Produktion
Theorie
Technologie
Prototyp
Gold Master
Produkt
Systementwicklung
Hardwareentwicklung Softwareentwicklung
Digitale
Vorbereitung
(Produkt)technologien
Ravensburger
Digital Center
△t

3. Vorgehensweise
• Charakteristika von Digitalen Technologien
• Unterliegen einem sehr schnellen Lebenszyklus
• Haben häufig disruptive Eigenschaften
• Sind oft stark miteinander verwoben
• Übliches Prozedere
• Betrachtung auf der Zeitschiene
• Ständig laufender Prozess
• Investigation è Screening/Clustering è
• Evaluation/Kategorisierung è
• Selektion/Priorisierung è Investition
• Fokus/Auswahl hängt u.a. ab von
• der Branche, Positionierung, Strategie und Rahmenbedingungen des Unternehmens
• der Ausgereiftheit, Verfügbarkeit und dem Mittelbedarf (Zeit, Geld) der Technologien
Life Cyle-Modelle (z.B. Hype Cycle)
Cluster-Modelle (z.B. Tech Radar)

4. Überblick
Agenda
• Hybrid-Spiel(zeug) / Internet of Things (IoT)
• Virtual Reality (VR) / Augmented Reality (AR)
• Intelligent Personal Assistants (IPA)
Lebenszyklusphasen
è Basistechnologien
z.B. Cloud Computing
è Schlüsseltechnologien
z.B. Internet of Things
è Schrittmachertechnologien
z.B. Quantum Computing

5. Hybrid-Spiel(zeug) / Internet of Things

6. Hybrid-Spiel(zeug) / Internet of Things
• Ein Hybrid-Spiel(zeug) vereint haptische und digitale Spiel(zeug)-
Komponenten auf inhaltliche und technische Weise zu einem
übergreifenden Spielerlebnis.
• Das Ziel des Internets der Dinge ist es, die Informationslücke
zwischen der realen und digitalen Welt zu schließen oder anders
ausgedrückt:
„The physical world is becoming one big
information system of ambient intelligence.“

7. Am Beispiel Space Hawk:
Hybrid-Spiel(zeug): Funktionsprinzip
ÜbergreifendesSpielerlebnis
Digitale
Komponenten
Inhaltliche und technische
Integration/ Kopplung
+Haptische
Komponenten

8. Hybrid-Spiel(zeug): Beispiele
Wahrnehmung: analog > digital analog < digital :Wahrnehmung

9. Hybrid-Spiel(zeug): Inhaltliche Integration
• Haptische und digitale Komponenten müssen relevante
Funktionen abbilden, z.B.:
• Freischaltung von Inhalten
• Konfiguration des Spiel(zeug)s
• Auslösen von Spielaktionen
• Steuerung/ Verortung von Spiel(zeug)/-elementen
• Verarbeitung von (Spiel)logik
• Darstellung der Spielwelt/ des Spielzeugs
• Ein durchgängige „Suspension of Disbelief“ ist notwendig
• Nahtloser Wechsel zwischen beiden Welten
➜ z.B. durch haptische Einheit/ simple Handhabung
• Integration auf „magische Weise“
➜ z.B. Kopplung als ritualisiertes Prozedere mit „Brimborium“

10. • Plattform-/ Steuergerät
• Logikeinheit (Prozessor, Speicher)
• Sensoren (Kamera, Mikro, Gyro, ...)
• Aktoren (Display, Speaker, Vibration, ...)
• Kommunikation
§ kabelgebunden (USB, ADC, Audio, ...)
§ kabellos (WLAN, Bluetooth, Infrared, Audio, ...)
§ Software-Stack (Devices)
Hybrid-Spiel(zeug): Technische Integration
High-
Level
Low-
Level
System
Platform
Operating System Sys-Libs (Technology) App Libs (Technology)App Framework/Game Engine App
Application
Platform

11. Hybrid-Spiel(zeug): Technische Integration
• zus. Spiel(zeug)-Konnektoren
• Scanner/ Pens
• Docks/ Portale/ Boards
• zus. Sensoren/ Aktoren
• Motion/Gesture-Controller
• AR/MR-Glasses
• Touch-Boards/Tables
• Communication-Modules

12. Hybrid-Spiel(zeug): Technische Integration
• Spiel(zeug)/-elemente
Passiv („dumb“)
• leitfähig, magnetisch
• Form, Muster, Codierung (QR, OID, ...)
• elektromagn. (RFID, NFC, ...)
Aktiv („dumb“ oder „smart“)
• Logikeinheit (Prozessor, Speicher)
• Sensoren (Light, Motion, …)
• Aktoren (Displays, LEDs, Engine, ...)
• Kommunikation (WLAN, BT, IR, …)
• Software-Stack (Things)
High-
Level
Low-
Level
AppApp App
System
Platform
Application
Platform
App
Bare Metal Operating System Sys-Libs (Technology) App Framework

13. Trend zum Internet of Things: Einordnung
„The physical world is becoming one big
information system of ambient intelligence.“
Bausteine des Internets der Dinge:
• Identifikation ➜ Verknüpfung
§ via passiver und aktiver Elemente
• Interaktion ➜ Zustandsabgleich
§ via Sensorik und Aktorik
• Kommunikation ➜ Vernetzung
§ lokal und global
• Intelligenz ➜ Steuerung
§ geschlossen und offen
tiptoi
T
S
Space Hawk
Blauer Oskar
T
Sphero
A
Anki Overdrive
A

14. Trend zum Internet of Things: Umsetzung
Am Beispiel Amazon AWS:

15. Trend zum Internet of Things: Gefahren
Datenschutz IT-Sicherheit
My Friend Cayla

16. Virtual Reality / Augmented Reality

17. Definition und Abgrenzung
• Virtual Reality (VR) ist die Echtzeit-Darstellung,
-Wahrnehmung von und ggfs. -Interaktion mit
einer computergenerierten, virtuellen
Umgebung.
=> Kernprinzip Immersion
• Augmented Reality (AR) ist die Echtzeit-
Überlagerung von realer und virtueller Welt
und den damit einhergehenden, kombinierten
Sinneswahrnehmungen
=> Kernprinzip Blending

18. Notwendige Hardware
• Ausgabesystem (èNutzer)
• Headset, Lautsprecher, Force-Feedback-Controller, ...
• Für Visuelles, Auditives, Taktiles Feedback
• Eingabesystem (çNutzer)
• Sensorik des AR-Systems (Kopf-/ Handbewegung, Spracheingabe, ...)
• Zusätzliche Eingabegeräte (Tastatur, (3D-)Maus, Gamepad, ...)
• Verarbeitungssystem
• PC, Konsolen, Mobiles, Wearables...
• Für Computermodelle, Rendering, Blending (nur AR)...
• Trackingsystem
• Optisch (z.B. via Marker, Objekt, Umgebung) (nur AR)
• Elektromagnetisch (z.B. via GPS, WLAN, BT, Kompass)
• Mechanisch (z.B. via „Laufkäfig“)
• Inertial (z.B. via Accelerometer, Gyrometer)
• Aufnahmesystem (nur AR)
• Erfassung der realen Welt
• Kamera, Mikrophon, ...

19. Komplexität
VR: Stufen der Immersion
Immersion
z.B. Google Cardboard
z.B. Samsung GearVR
z.B. Oculus Rift v1
+ int. Head-Tracking
+ Buttons
+ Performance (RES/FPS)
+ ext. Head-Tracking
+ Controller
z.B. Playstation VR
+ Hand-Tracking
z.B. HTC Vive
+ Position-Tracking
(Room-scale)
+ Real World Mapping
+ add. Sensory Experience
z.B. The Void

20. VR: Trends
Alpenexpress
VR Ride
Birdly Vogelflugsimulator
Google Tilt Brush
Ubisoft
Werevolves within
The Void

21. AR: Realitäts-Virtualitäts-Kontinuum (nach: Milgram, Colquhoun, 1999)
Anteil der Sinneswahrnehmung/ Fokus des BenutzersReale Welt Virtuelle Welt
Augmented Reality Mixed Reality Augmented Virtuality

22. AR: Visualisierungsverfahren
Video-See-Through (VST)
Die Realität wird zunächst aufgenommen, um die VR-Anteile
angereichert und dann auf einem Line-of-Sight(LoS)-Display als als
Mixed Reality wiedergegeben.
Projective-AR (PAR)
Die VR-Anteile werden mit Hilfe eines Projektors (LoS oder starr) in
den realen Raum eingebracht. Die Wahrnehmung erfolgt direkt.
Optical-See-Through (OST)
Die VR-Anteile werden auf einem halbdurch-sichtigen LoS-Display
ausgegeben. Die Wahrnehmung der AR erfolgt dann als optischer
Overlay.
Monitor-AR (MAR)
Verarbeitungspipeline wie bei Video-See-Through, nur dass die
ausgegebene AR nicht der natürlichen Blickrichtung des Nutzers
entspricht.
+

23. AR: Trends
3D-Tracking (Objects)
Stereo-360°-Kameras
(z.B. Nokia Ozo)
Full Mixed-Reality
(z.B. Microsoft HoloLense)
Spatial Mapping
2D-Tracking (Marker/Images)
Limited Augmented-Reality
(z.B. Google Glass)
AR-optimized Mobiles
(z.B. iPhone X)
My Very Hungry Caterpillar AR Echelon HoloLense: HoloStudioHoloLense: RoboRaid

24. Intelligent Personal Assistants

25. Definition
• Ein Intelligent Personal Assistant (IPA) ist ein
persönlicher Software-Agent, also ein zu
einem gewissen Grad zu autonomem Handeln
befähigtes Computerprogramm, welches
Aufgaben und Dienstleistungen für ein
konkretes Individuum erbringt.
• In der Variante eines Voice Assistant kommt
hierbei als intuitive Nutzerschnittstelle ein
Sprachdialogsystem, mit üblicherweise
umfangreicherer Diskursfähigkeit, zum Einsatz.
Google Assistant
Apple Siri
Microsoft Cortana
Amazon Alexa
Mycroft AI

26. Integration und Anpassbarkeit
• Verwendung
• Anwendungen
• Apps
• Websites
• Betriebssysteme
• Desktop/ Laptop
• Konsole/ Set-top Box
• Mobiles
• Wearables
• Plattformen
• Smart Speaker
• 3rd-Party Integration/Anpassung
• Integration IPA-Funktionen (z.B. SiriKit)
• Funktionserweiterung IPA (z.B. Cortana Skills)
• Integration IPA-Dienst (z.B. Alexa Voice Service)
• Integration IPA-Technologie (z.B. Amazon Lex/Polly)
DominanzVoiceInterface

27. Funktionsweise (am Beispiel Amazon Alexa)
Grundfunktion

28. Funktionsweise (am Beispiel Amazon Alexa)
Eigene Skills
Base Functionality Custom Functionality

29. • Sprachverarbeitung (Natural Language Processing – NLP)
• Spracherkennung (Automatic Speech Recognizer – ASR)
• Sprachanalyse (Natural Language Understanding – NLU)
• Tokenization > Segmentation/Tagging > Analysis (Syntactic, Semantic, Style, Dialog)
• Sprachgenerierung (Natural Language Generation – NLG)
• Sprachsynthese (Text-to-Speech-Synthesis – TTS)
Funktionsweise (am Beispiel Amazon Alexa)
Alexa Skill:
1. Map Invocation, Intent, Slots
2. Call corresponding Service
3. Create according Response
AVS

30. Trends
• IPAs werden selbst zur Plattform
• Standardisierung der IPA-Technologie (z.B. für Portabilität der Skills)
• Flexibilisierung der IPA-Installationen (Multi-IPA, Sub-IPA, Meta-IPA)
• Öffnung der Technologie für 3rd-Party (Wearables, Appliances, ...)
• Zunahme des IPA-Funktionsumfangs (v.a. durch mehr/komplexere Skills)

31. Trends
• Ausbau der IPA-Technologie
• Integration zusätzlicher Erscheinungsformen des IPA (z.B. Mimik)
• Integration zusätzlicher Interaktionsformen des IPA (z.B. Gesten)
• Entstehen weiterer Anwendungsfälle
• Home
• Social Robots
• SmartHome (IPA „ist“ das Haus)
• SmartCar (IPA „ist“ das Auto)
• Business
• Business Assistants
• Conversational Commerce
• Call Center
• Service Desk Jibo Robot Aido Robot

32. Danke für Ihre Aufmerksamkeit!
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