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

transcript

In Zusammenarbeit mit:

8. TANNER-Hochschulwettbewerb für Technische Dokumentation

Team Westhoff

Ergebnis eingereicht durch

Sümeyya KarayurtDuygu KurtulusChristina SparwasserKatalin Westhoff

von der

8.Tanner Hochschulwettbewerb

Produktsicherheit wird großgeschrieben

Konzept zur Informationsoptimierung an Claas Maschinen

ausgearbeitet von Sümeyya Karayurt, Duygu-Hamide Kurtulus, Christina

Sparwasser, Katalin Westhoff

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

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

8.Tanner Hochschulwettbewerb 4

ADI Zyklus (iterative Vorgehensweise)

Analyse

Design Implemen-tierung

Ø  Brainstorming

Ø  Physical-World-Connection

Ø  Zielgruppendefinition

Ø  Anforderungsermittlung

Ø  Definitionen

Brainstorming

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

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

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

-  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

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

QR-Code

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.

•  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

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.

•  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

Zielgruppendefinition - Persona

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

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

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)

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:

Analyse

Ø  Anwendungsfälle (Use-Case)

Ø  Paperprotoype (Storyboards) Ø  Softwareprototyp

Ø  Namensgebung und Icondesign

Namensgebung & Icondesign

Namensgebung

Icondesign Orientierung am Design bereits vorhandener Applikationen von Claas

CLAAS MATE Matching Application for Tag Entities

AGROCOM LU AGROCOM NET CLAAS TELEMATICS

Anwendungsfälle/ Use-Case-Diagramm

Storyboard - Scannen

Storyboard – 3D Ansicht

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

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

4. Betriebsanleitung

Software-Prototyp Bedienungsanleitung

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

Analyse

Ø  Bildaufnahme Ø  Bildverarbeitung Ø  Merkmalsextraktion Ø  Klassifizierung Ø  Ergebnis

Technische Realisierung

Der User erfasst das Bild des Aufklebers mit der Videokamera auf seinem mobilen Endgerät

1. Bildaufnahme

Problem: Bildaufnahme nicht immer optimal

•  Lichtverhältnisse

•  Distanz

•  Dreck am Aufkleber

•  Beschädigung des Aufklebers

Optimierung der Aufnahme für die spätere Bildverarbeitung und Merkmalsextraktion

2. Bildvorverarbeitung

•  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

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)

Suche nach markanten Stellen im Bild mit hohem Informationsgehalt Lage muss aus dem Bild des Markers vollständig rekonstruiert werden können

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:

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

5. Ergebnis/Ausgabe

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

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

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

Einschränkungen und Risiken

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

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

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