//VR, Konzepte, Forschung

Latschen in der virtuellen Welt

„Mir ist schlecht.“ So lautet das mit Abstand häufigste Résumé nach den ersten Gehversuchen in der virtuellen Realität. Der Grund dafür ist relativ leicht nachzuvollziehen. Bei der Steuerung eines virtuellen Avatars per Maus, Tastatur oder Gamepad bei aufgesetzter VR-Brille ist das Gehirn durch die widersprüchlichen Signale des Sehapparats („Ich renne durch eine virtuelle Welt“) und des Gleichgewichtssinns („Ich sitze aber auf einem Stuhl“) irritiert, was zu Übelkeit beim Spieler führt. Alle hehren Bemühungen um einen maximalen Realismus virtueller Welten scheitern derzeit noch an diesem – sehr physischen – Problem.

Bei der Erzeugung virtueller Welten wird in der Regel eine Ganzkörpererfahrung angestrebt, d. h. alle Sinne sollen angesprochen werden, um einen maximalen Grad an „Immersion“ und „Präsenz“ zu erzielen. „Immersion“ bezeichnet dabei den Grad, inwieweit der Nutzer den virtuellen Raum als reale Umgebung begreift und hat die „Präsenz“ zum Ziel, d. h. das Gefühl, „wirklich“ vor Ort zu sein. Eine immersive Erfahrung kann überzeugend sein, die Illusion ist aber noch nicht so perfekt, dass unser gesunder Realitätssinn nicht dazu im Stande wäre, gewisse Vorbehalte zu artikulieren („Ist ja eh alles nicht echt.“), die das Unterbewusstsein dann auch so annimmt.

Um also nicht das Gefühl zu haben, dass sich nur der Kopf in der virtuellen Welt befindet, muss die Physis des Körpers in die virtuelle Erfahrung miteinbezogen werden. Bei der Lösung dieses Problems haben sich verschiedene Konzepte herauskristallisiert.

Die derzeit praktikabelste Lösung sind die sog. Treadmills (zu dt.: Laufbänder, Laufställe), bei denen der Spieler - zumindest im Consumer-Bereich - meist über eine spezielle Hüftkonstruktion aus Plastik über einer beweglichen Laufoberfläche eingespannt ist, in dem der Spieler auf der Stelle tritt – so lässt sich die physische Körperaktivität auf einen sehr kleinen Raum begrenzen. Bekannte Hersteller sog. omnidirektionaler Laufställe, d. h. von Laufställen, in denen sich der Spieler in alle Richtungen bewegen kann, sind Omni, Cyberith und Infinadeck, wobei beim motorisierten Laufband von Infinadeck der Platzbedarf doch etwas größer ist als bei seinen Konkurrenten. Ebenfalls weiträumiger angelegt ist die Konstruktion von Omnifinity, die auf einer Bodenfläche mit einem Durchmesser von 6 m dem Spieler deutlich mehr Freiraum bietet. Durch das Fehlen einer Halterungskonstruktion und der motorisierten Rollenmechanik der einzelnen Bodensegmente (konstante Bewegungsgeschwindigkeit hin zur Mitte) ist neben dem Gehen und Rennen auch das Ducken und Kriechen möglich. Eine der größten Herausforderung bei der Konzeption von Treadmills bleibt es, den Benutzer im Zentrum der Laufkonstruktion zu halten, ohne dass dieser Vorgang unmittelbar die Wahrnehmung des Benutzers beeinflusst und so die virtuelle Erfahrung stört.

Ein anderes Bewegungskonzept setzt Vive mit seinem Lighthouse-System um, das die vorhandene räumliche Umgebung nutzt, um dem Spieler mehr Bewegungsfreiheit zu gewähren. Dazu wird der Spielebereich (max. 25 qm) mithilfe von Lasern gescannt, um die Position des Spielers im Raum zu bestimmen. Nähert sich der Benutzer einer Wand in der physischen Umgebung, wird ein rotes Warngitter in der virtuellen Umgebung eingeblendet, damit der Benutzer seine Position entsprechend korrigiert. Der Spieler hat beim Vive-System zwar mehr Bewegungsfreiheit, eine natürliche Laufbewegung bei der Steuerung des Avatars wird dabei aber nicht simuliert, die Steuerung erfolgt weiterhin über die Controller-Einheiten. Auch ein Rennen ist nicht möglich. Es bleibt eine spannende Frage, wie Vive in Zukunft das „VR-Ego-Shooter-Problem“, d. h. die natürliche Begehung großer Spielewelten, angehen wird.

Auch aktuelle Forschungsprojekte beschäftigen sich mit der Problem der Lokomotion in virtuellen Welten, z. B. anhand des Konzepts des „Redirected Walking“, das dem Benutzer das Bereisen weitläufiger virtueller Welten auf einem begrenzten physischen Raum ermöglichen soll. Durch spezielle Marker in der virtuellen Welt  wird der Benutzer - möglichst unauffällig - dazu animiert, seine Position in der realen Welt den örtlichen Begrenzungen anzupassen. Dieser Vorgang  sollte sich möglichst gering auf die Immersion auswirken, z. B. indem der Benutzer beim Begehen einer virtuellen Sehenswürdigkeit darum gebeten wird, ein Foto von einem bestimmten Gebäude zu schießen, wozu sich der Benutzer neu ausrichten muss. Anschließend kann der Benutzer seinen Weg in der virtuellen Realität auf dem gleichen Weg fortsetzen, während in der echten Welt eine (unbemerkte) Korrektur des Gehpfads stattgefunden hat.

Den idealsten Bedingungen Deutschlands für virtuelle Spaziergänge, zumindest was die Fläche angeht, sind derzeit am Fraunhofer Institut für integrierte Schaltungen IIS in Nürnberg um das Team des Gruppenleiters Stefan Otto vorzufinden, das auf 1400 qm das „Holodeck 4.0“ konzipiert hat. Ursprünglich für den Sportbereich und das Tracking sowie die Auswertung der Laufwege von Fußballern konzipiert, hat sich das Holodeck zum hochprofessionellen Versuchsraum in Sachen Virtual Reality weiterentwickelt, in dem virtuelle Anwendungsmöglichkeiten für die verschiedensten Branchen erprobt werden, ob begehbare Produktionsanlagen, simulierte Trainings für Feuerwehr und Sicherheitskräfte, das interaktive Begehen von Szenerien der Städteplanung oder die  Konzeption von neuen Spieleerfahrungen aus der Ego-Perspektive. Für eine VR-Umgebung dieser Größenordnung spielt vor allem die Positionsbestimmung eine entscheidende Rolle. Am Fraunhofer Institut kommt dazu die eigene Lokalisierungstechnologie RedFIR© zum Einsatz, die für den Consumer-Bereich jedoch - allein schon aus preislichen Gründen -  keine Rolle spielen wird.

Das Problem der Fortbewegung in virtuellen Welten, d. h. das Problem der Synchronisation der in der virtuellen Welt stattfindenden Bewegungen, die rein visuell vermittelt werden, mit den natürlichen Bewegungen des Benutzers, ist nur eines von vielen Problemen, die es auf dem Weg zur perfekten Illusion zu bewältigen gilt. Wenn es uns auf diesem Weg für den Anfang schon mal nicht den Magen umdreht, wäre das auf jeden Fall ein vielversprechender Beginn.

// VR, Technologie

Disrupt SF 2015: Neuer haptischer VR-Controller UnlimitedHand vorgestellt

Das japanische Hardware-Entwicklerstudio HL2 um Gründer und CTO Ken Iwasaki hat im Rahmen des Startup-Wettbewerbs Startup Battlefield der Technologie-Konferenz Disrupt SF2015 einen neuen haptischen VR-Controller mit dem Namen UnlimitedHand vorgeführt, der für noch mehr Realismus bei VR-Anwendungen sorgen soll.

Mit dem Controller, der um den Unterarm geschnallt wird, können durch einen entsprechenden Trigger in der Anwendung, z. B. ein Gegenstand, elektrische Impulse über den Controller auf die Muskulatur der einzelnen Finger übertragen werden, was die Illusion einer echten Berührung erzeugt. Zur Generierung des physischen Feedbacks kommt ein elektronischer Mehrkanal-Muskelstimulator (EMS) und ein Vibrationsmotor zum Einsatz. Umgekehrt können für die Interaktionen mit Objekten in der VR-Anwendung Bewegungen der Fingerkuppen über den Controller an das VR-Programm übermittelt werden, wo die Informationen ausgewertet werden und die virtuelle Umgebung entsprechend angepasst wird. Dabei kommen ein 3D-Bewegungssensor und ein Muskelbewegungssensor zum Einsatz. Durch dieses Prinzip lassen sich beispielsweise in Ego-Shootern die Fingerbewegung beim Auslösen des Abzugs und die Rückkopplung realistisch nachempfinden. Andere Anwendungsbeispiele sind die Steuerung eines Roboterarms für Industrieanwendungen oder das Fühlen der Seiten beim Spielen einer Gitarre. Technische Probleme soll es noch bei der Latenz geben. Die Datenübertragung erfolgt per Bluetooth.

Der Controller befindet sich noch in der Entwicklungsphase und versucht über eine Kickstarter-Kampagne neues Geld einzutreiben. Um den Controller für möglichst zahlreiche Anwendungen einsetzen zu können, soll der Controller auf möglichst vielen Plattformen wie Unity und Arduino einsetzbar sei.

Auch andere Hersteller haben sich bereits an der Umsetzung haptischer Controller versucht, bzw. die entsprechenden Produkte befinden sich noch in der Entwicklung. Welches Konzept sich letztendlich durchsetzen wird bleibt abzuwarten.

Die Auslieferung von UnlimitedHand ist für März 2016 geplant.

//VR innovativ

Im Startup-Wunderland (II)

Rothernberg Ventures stattet im Rahmen seines VR-Accelerators River weitere Unternehmen mit Kapital aus. "How tomorrow?" stellt die wichtigsten vor.

Adawarp hat einen Stoffbären entwickelt, der Otto-Normalverbraucher an das Konzept von Telepräsenz-Robotern heranführen soll. In den Augenhöhlen des Bären sind zwei Kameras verbaut, über die der VR-Brillen-Nutzer die unmittelbare Umgebung aus der Sicht des Bären wahrnehmen kann. Durch entsprechende Kopf- und Körperbewegungen lassen sich der Kopf und die Gliedmaßen des Plüschtiers aus der Ferne steuern. Ob der Bär dazu verwendet wird, den Liebsten in der Ferne möglichst nah zu sein oder doch eher Überwachungszwecken dient, bleibt selbstverständlich dem Benutzer überlassen.

Cerevrum arbeitet an einem VR-Gehirntraining, das den Schwerpunkt auf die direkte Übertragbarkeit des virtuell vermittelten Wissens legt.

Fringefy möchte das Shazam für lokale Standortdienste sein. Per Bilderkennung über die Smartphone-Kamera werden zuvor optisch signierte Restaurants, Kinos, Sehenswürdigen usw. von der Software erkannt und mit entsprechenden Zusatzinformationen aus Yelp und anderen Datenquellen unterlegt.

GeoCV arbeitet an einer 3D-Scan-Technologie, mit der Räume in Echtzeit mit einem Mobiltelefon als 3D-Bild gescannt werden können. Dabei kommen Technologien wie Googles Project Tango oder RealSense von Intel zum Einsatz, die über spezielle Kamerasensoren die Tiefeninformationen des Raums erfassen.

GETVU ist angetreten, um mit seiner Lösung die Kommissionierung in Lagerhäusern zu optimieren. Auf AV-Brillen wie der Microsoft HoloLens oder den Smart Glasses von ODG sollen alle für den Warenlagerarbeiter relevanten Informationen eingeblendet werden. Auch das Scannen der Ware soll automatisch erfolgen.

inVR will die Einstiegswürde für das Erstellen und Teilen von VR-Inhalten senken, indem sich in 3D-Programmen erstellte Objekte problemlos in VR-Content umwandeln lassen.

OBE hat ein hochtechnisiertes Kleidungsstück im Funktionsjacken-Look entworfen, das Spielern über eingebaute Sensoren für Bewegungserkennung, Vibrations-Feedback, biometrische Funktionen und die haptische Steuerung ein noch immersiveres Eintauchen in VR-Spiele ermöglichen soll.

//VR innovativ

Im Startup-Wunderland (I)

River ist der weltweit erste VR Accelerator der kalifornischen Venture Capital-Firma RothenbergVentures, die Anfang 2015 13 innovativen VR-Unternehmen eine Finanzspritze in Höhe von 100.000 $ gewährte.

Das Programm wurde ins Leben gerufen, um die junge und noch stark fragmentierte VR-Branche unter einem Dach zusammenzuführen. Neben der Förderung durch Kapital erhalten die ausgewählten Unternehmen Unterstützung in Form eines hochwertig ausgestatteten "Collaborative Working Space", der Hilfestellung durch erfahrene Mentoren und des Zugriffs auf ein Netzwerk weiterer Investoren.

Bei den ausgewählten Unternehmen handelt es sich schwerpunktmäßig um Firmen aus dem Gesundheits- und Bildungsbereich, darunter auch das Unternehmen DeepStreamVR, das vornehmlich VR-Hardware und -Software zur Unterstützung der Schmerztherapie bei der Behandlung von schweren Verbrennungen entwickelt. Eine Reihe von Studien verweisen auf die Wirksamkeit der VR-Therapie, die beim Patienten eine Ausblendung der Schmerzwahrnehmung im Gehirn bewirkt.

Psious aus Spanien arbeitet an der Entwicklung einer Web-Plattform für Therapeuten zur Nutzung von VR-Anwendungen zur Behandlung von Phobien und anderen Ängsten, von der vorgefertige VR-Szenarien für unterschiedliche Behandlungszwecke heruntergeladen werden können. Die Inhalte werden auf ein Mobiltelefon übertragen, dass anschließend in ein VR-Headset eingesetzt wird, das sich der Patient überzieht.

Solirax aus Tschechien möchte die Art des schulischen Lernens mit VR-Technologie revolutionieren, Inhalte neu zum Leben erwecken und zum freien Experimentieren anregen.

In die gleiche Kerbe schlägt auch das Unternehmen DiscovrLabs, das sich zusätzlich auf Anwendungen für die medizinische Ausbildung konzentriert.

Die Emblematic Group möchte herkömmliche journalistische Darstellungsformen wie Texte oder TV-Dokumentationen in ein immersives Erlebnis umwandeln, um die Ereignisse noch näher an den Betrachter heranzubringen.

Für den Consumer-Markt sind vor allem die Unternehmen Triggar (Australien), EmergentVR (SF, CA) und Vantage VR (Dallas, TX) interessant. Triggar arbeitet an der Entwicklung einer erschwinglichen 360-Grad-VR-Kamera, der „GoPro" der VR-Branche. EmergentVR wird als Instagramm der VR-Branche tituliert und konzipiert eine Plattform zum Erstellen und Teilen von VR-Inhalten über das Mobiltelefon. VantageVR schließlich möchte Live-Erlebnisse von Konzert- und Sportveranstaltungen anbieten.

 

//AR, Zeitreisen

Präsident Harry S. Truman auf Stippvisite 

Mit Augmented Reality können große Momente der Geschichte in die Gegenwart zurückgeholt werden. Forscher der Universität Birmingham stellen die Ankunft von Präsident Truman auf dem Flugfeld RAF Harrowbeer im County Devon nach seiner Rückkehr von der Potsdamer Konferenz am 2. August 1945 virtuell nach.

Spätestens wenn sich die Sonne am metallenen Rumpf der Douglas VC-54C Skymaster, dem Vorgänger-Modell der Air Force One, gleißend spiegelt, fühlt sich der Betrachter sofort in eine andere Zeit zurückversetzt. Die Propeller der Maschine verstummen, die Flugzeugtür öffnet sich und heraus steigt ein adrett gekleideter Mann mit Panama-Hut, dem man nicht unbedingt ansieht, dass er gerade das Schicksal Europas entscheidend mitbestimmt hat. Das war die Wirklichkeit damals. Die Wirklichkeit in diesem Moment ist die Animation eines 3D-Fliegermodells, das wie ein zweiter Film über die Landschaft gelegt wird und so für den staunenden Betrachter die Welt der Gegenwart mit der Welt der Vergangenheit verbindet - ein beeindruckendes Erlebnis, das Geschichte auf eine sehr emotionale Weise erfassbar und erlebbar macht.

Die Technik, die dies ermöglicht, nennt sich Augmented Reality (zu Deutsch: erweiterte Realität), und wird vom Forscherteam von Professor Bob Stone an der Universität Birmingham schon seit über dreißig Jahren erforscht. Mit AR können 3D-Modelle von Objekten über das Videobild realer Landschaftsszenen projiziert werden, die anhand spezifischer Marker von der AR-Software erkannt werden. So entsteht der Eindruck, dass sich das Model real in der Landschaft befindet und Teil der aktuellen Szenerie ist.

Für Augmented Reality gibt es eine Vielzahl von Anwendungen, ob das Wiedererwecken historischer Ereignisse auf dem eigenen iPad bei einem Ausflug ins geschichtsträchtige Berlin, Minecraft auf dem Wohnzimmertisch mit der Microsoft HoloLens oder die Überblendung schwieriger Arbeitsumgebungen mit interaktiven Informationen wie es derzeit von der NASA im Weltraumeinsatz zur leichteren Durchführung von Reparaturen erprobt wird. Auch in Deutschland ist die erweiterte Realität längst angekommen und hat sich als Wirtschaftszweig etabliert. So lässt das Berliner Unternehmen Timetraveler die Berliner Mauer-Geschichte neu aufleben. Der ehemalige Münchner Kooperationspartner Metaio, der AR-Lösungen für Ikea (Nutzer können per App Möbelstücke in die eigenen Wohnung projizieren) und Volkswagen (AR-Bedienungsanleitung) entwickelte, wurde bereits von Apple übernommen, was die Relevanz der Technologie für die zukünftige Ausrichtung der großen IT-Konzerne nur unterstreicht.

Nur Harry S. Truman juckt das wohl alles nicht mehr so wirklich.