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Chair for Computer Aided Medical Procedures & Augmented Reality
Lehrstuhl für Informatikanwendungen in der Medizin & Augmented Reality

A. MacWilliams
Using Ad-Hoc Services for Mobile Augmented Reality Systems
Diplomarbeit (bib)

Augmented Reality (AR) is a new form of interacting with computers that lets us see otherwise invisible information associated with things in the real world. This can be accomplished using a head-mounted display that projects virtual objects into the user's field of view, making them appear to be part of the real world and letting him interact with them.

In the DWARF project at the Chair for Applied Software Engineering of the Technische Universität München, we have designed a Distributed Wearable Augmented Reality Framework. DWARF is a software framework for building wearable AR systems that lets the user take advantage of services in intelligent environments.

DWARF is designed as a collection of software services that can run on separate hardware components connected by wired or wireless networks. These components can be distributed on the body, e.g. on a belt, or as external devices in intelligent environments. The services discover each other and dynamically cooperate to form a complete system.

This thesis presents a new kind of intelligent middleware, software that locates matching services in DWARF and connects them together, letting them self-assemble into an ad hoc system.

In designing the middleware, there were three basic challenges. The first was to ensure that the communication between services, once it is set up, it fast enough for AR applications, yet to keep the choice of communication partners flexible. This was accomplished using state-of-the-art communication and service location technology.

The second challenge was to distribute the middleware onto the individual hardware components, so that there is no single central component in the network that could fail. This was accomplished by carefully dividing the middleware into distributed mediating agents.

The third challenge involved arranging for communication between services that do not know each other, allowing them to be developed independently. This was solved using an abstract description of services, including types of other services they depend on and quality-of-service information.

A first protoypical implementation of the DWARF middleware covers most of the basic functionality. It has been successfully tested in the first demonstration system built with DWARF, a wearable indoor and outdoor navigation system allowing access to external devices such as printers.

This thesis describes the results of two areas of development: our Augmented Reality framework, DWARF, and the middleware that lets the systems built with DWARF self-assemble.

Augmented Reality (AR, zu deutsch Erweiterte Realit ät) ist eine neue Art, mit Rechnern umzugehen, die uns ermöglicht, ansonsten unsichtbare Informationen über Dinge der physischen Welt zu sehen. Dies kann durch eine durchsichtige Datenbrille erreicht werden, die virtuelle Objekte ins Gesichtsfeld des Benutzers projiziert und als Teile der wirklichen Welt erscheinen läßt, mit denen man interagieren kann.

Im Projekt DWARF (Distributed Wearable Augmented Reality Framework) des Lehrstuhls für Angewandte Softwaretechnik an der Technischen Universit ät München haben wir ein Softwaregerüst für tragbare AR-Systeme entwickelt, das den Benutzer Dienste in intelligenten Umgebungen nutzen läßt.

DWARF besteht aus einer Sammlung von Software-Diensten, die auf verschiedenen drahtlos oder fest verbundenen Hardwarekomponenten laufen. Diese Komponenten können am Körper, z.B. an einem Gürtel, verteilt werden, oder als externe Rechner in intelligenten Umgebungen bereitstehen. Die Dienste erkennen sich gegenseitig und kooperieren dynamisch, um ein ganzes System zu bilden.

Diese Diplomarbeit stellt eine neue Art intelligenter Middleware vor, eine Software, die passende Dienste in DWARF findet und sie miteinander verbindet, so daß sie sich zu einem Ad-Hoc-System zusammenfügen.

Bei der Entwicklung der Middleware gab es drei grundsätzliche Herausforderungen. Die erste war, sicherzustellen, daß die Kommunikation zwischen den Diensten schnell genug für AR-Anwendungen ist, aber die Wahl der Kommunikationspartner flexibel bleibt. Dies wurde durch den Einsatz moderner Kommunikations- und Service-Location-Technologien erreicht.

Die zweite Herausforderung war es, die Middleware auf verschiedene Hardwarekomponenten zu verteilen, so daß es keine einzelne anfällige zentrale Komponente im Netz gab. Dies wurde durch ein sorgfältiges Aufteilen der Middleware in distributed mediating agents erreicht.

Die dritte Herausforderung bestand darin, Kommunikation zwischen Diensten zu ermögli chen, die sich nicht kennen, so daß diese getrennt voneinander entwickelt werden konnten. Dieses Problem wurde durch abstrakte Dienstbeschreibungen gelöst, die Abhängigkeiten von anderen Diensttypen und Dienstgütekriterien beinhalten.

Eine erste prototypische Implementierung der Middleware für DWARF beinhaltet die meisten wesentlichen Funktionalitäten. Sie ist in unserem ersten DWARF-Demonstrationssystem erfolgreich getestet worden, einem tragbaren Navigationssystem für den Einsatz im Gebäude und im Freien, das auch das Nutzen externer Dienste wie Drucker ermöglicht.

Diese Diplomarbeit beschreibt die Ergebnisse zweier Entwicklungsgebiete: unseres AR-Frameworks, DWARF, und der Middleware, die den Systemen, die mit DWARF gebaut werden, ermöglicht, sich spontan zusammenzufügen.

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