Indoor asset tracking visualization assisted by augmented reality

Abstract

Indoor positioning systems track assets in environments where GPS is unavailable, yet their output is still predominantly consumed through two-dimensional dashboards and maps. Interpreting abstract coordinates and mentally projecting them onto physical space introduces an additional cognitive burden. Conventional flat displays do not eliminate this cost, as the limitation lies in the medium rather than the visualization design. Augmented Reality (AR) offers an alternative by registering digital information directly into the user’s physical environment.

Integrating indoor positioning systems with AR introduces a challenge that is not typically present in standard AR applications: the two systems operate in independent coordinate frames with no shared origin, orientation, or scale. This work presents an AR visualization architecture that bridges these frames. A similarity transform is estimated from a small set of marker correspondences, defined in the tracking frame and observed in the AR world frame. The transform is computed in closed form and used to render historical trajectories as spatially anchored overlays.

The architecture is implemented on two device classes: a mobile device using image-based tracking, and a head-mounted display using controller-driven placement. Across both platforms, the rendered position remains within a few centimeters of the corresponding tracking coordinate, well within the calibration acceptance threshold. Two independent evaluation methods with distinct error sources corroborate this result. The proposed system requires no cloud-based spatial anchors and no prior 3D model of the environment, enabling deployment on commodity hardware for any indoor positioning system that outputs coordinates in a compatible format.

Sistemas de posicionamento indoor rastreiam ativos em ambientes onde o sinal de GPS não está disponível, mas seus dados ainda são consumidos predominantemente por meio de painéis e mapas bidimensionais. Interpretar uma coordenada abstrata e projetá-la mentalmente para o espaço físico ao redor impõe um custo cognitivo adicional que telas planas não eliminam, uma vez que a limitação está no meio de exibição e não na representação visual em si. A Realidade Aumentada (RA) oferece uma alternativa ao registrar informações digitais diretamente no espaço físico do usuário.

A integração entre sistemas de posicionamento indoor e RA introduz um problema que não é típico em aplicações convencionais de RA: os dois sistemas operam em referenciais de coordenadas independentes, sem origem, orientação ou escala comuns. Este trabalho apresenta uma arquitetura de visualização em Realidade Aumentada que reconcilia esses referenciais por meio de uma transformação de similaridade estimada a partir de um pequeno conjunto de correspondências de marcadores, cujas posições são conhecidas no referencial de rastreamento e observadas no referencial do mundo de RA. A transformação é calculada em forma fechada e utilizada para renderizar trajetórias históricas como sobreposições ancoradas espacialmente.

A arquitetura é implementada em duas classes de dispositivos: um dispositivo móvel que utiliza rastreamento baseado em imagem e um dispositivo head-mounted display (HMD) que utiliza um procedimento de posicionamento por controle. Em ambas as implementações, a posição renderizada permanece a poucos centímetros da posição correspondente no referencial de rastreamento, valor situado bem abaixo da margem de aceitação definida pela calibração. Dois métodos independentes de avaliação, com fontes de erro distintas, corroboram esse resultado. A arquitetura não depende de âncoras espaciais em nuvem nem de um modelo tridimensional prévio do ambiente, permitindo sua execução em hardware de consumo para qualquer sistema de posicionamento indoor que forneça coordenadas em formato compatível.