Virtuelle Realität

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Fallschirmspringer der US-Navy übt mit einem Head-Mounted Display (HMD) virtuell das Fallschirmspringen.

Als virtuelle Realität, kurz VR, wird die Darstellung und gleichzeitige Wahrnehmung der Wirklichkeit und ihrer physikalischen Eigenschaften in einer in Echtzeit computergenerierten, interaktiven virtuellen Umgebung bezeichnet.
Geprägt wurde der Begriff Virtual reality von dem Autor Damien Broderick in seinem 1982 erschienenen SF-Roman "The Judas Mandala", 1987 erschien der Begriff erstmals, als theoretisches Konzept, im "Oxford English Dictionary".[1]
Eine Vermischung der virtuellen Realität und der reinen Realität wird gemischte Realität (Mixed reality) genannt.

Hardware[Bearbeiten]

Um ein Gefühl der Immersion zu erzeugen, werden zur Darstellung virtueller Welten spezielle Ausgabegeräte benötigt. Bekannt sind vor allem das Head-Mounted Display siehe z.B. Oculus Rift, Großbildleinwände oder die CAVE. Um einen räumlichen Eindruck zu erzeugen, werden zwei Bilder aus unterschiedlichen Perspektiven erzeugt und dargestellt (Stereoprojektion). Um das jeweilige Bild dem richtigen Auge zuzuführen, existieren verschiedene Technologien. Man unterscheidet aktive (wie z. B. Shutterbrillen) und passive Technologien (wie z. B. Polfilter oder Infitec). Für die Interaktion mit der virtuellen Welt werden spezielle Eingabegeräte benötigt. Zu nennen sind hier unter anderem 3D-Maus, Datenhandschuh und Flystick sowie das omnidirektionale Laufband, mit welchem das Gehen im virtuellen Raum durch reale Gehbewegungen gesteuert wird.

Der Flystick wird zur Navigation mit optischen Trackingsystem genutzt, wobei Infrarot-Kameras permanent die Position im Raum durch Erfassung von Markern am Flystick an das VR-System melden, damit sich der Benutzer ohne Verkabelung frei bewegen kann. Optische Trackingsysteme können auch für die Erfassung von Werkzeugen und kompletten Menschmodellen eingesetzt werden, um diese innerhalb des VR Szenario in Echtzeit manipulieren zu können. Einige Eingabegeräte vermitteln dem Benutzer eine Kraftrückkopplung auf die Hände oder andere Körperteile (Force Feedback), so dass der Mensch sich durch die Haptik und Sensorik als weitere Sinnesempfindung in der dreidimensionalen Welt orientieren und realitätsnahe Simulationen durchführen kann.

Software[Bearbeiten]

Man benötigt zur Erzeugung virtueller Realität speziell für diesen Zweck entwickelte Software. Diese Programme müssen komplexe dreidimensionale Welten in Echtzeit, d. h. mit mindestens 25 Bildern pro Sekunde (dieser Wert variiert je nach Anwendung – eine Fahrsimulation beispielsweise erfordert mindestens 60 Bilder pro Sekunde um Übelkeit (Simulatorkrankheit) zu vermeiden), in Stereo (getrennt für linkes und rechtes Auge) berechnen können.

In den neunziger Jahren war die Rechenleistung als auch die Hardware meist noch nicht ausreichend für den produktiven Einsatz und für realistische Simulationen, deshalb wurden hier meist spezielle Grafikworkstations eingesetzt. Zu Anfang dieses Jahrtausends sind, durch deutlich leistungsfähigere Rechner und Grafikprozessoren, die Möglichkeiten der Interaktion in den Szenarien deutlich gestiegen.

Für die Modellierung von dreidimensionalen, virtuellen Objekten kommen Programme wie Maya, 3D Studio Max, Blender, Google SketchUp, Softimage XSI, Cinema 4D, Lightwave3D und andere CAD- oder 3D-Programme zur Anwendung. Zusätzliche Software wird für die Bild- und Tonbearbeitung benötigt. Um die dort modellierten Objekte zu interaktiven Simulationen zusammenzusetzen, nutzt man Autorensysteme, wie z. B. World Tool Kit oder World Up.

Zur Darstellung von interaktiven, grafischen 3D-Szenen im Internet dient die Beschreibungssprache VRML/X3D .

Interaktion mit Flystick und 6DoF Force-feedback in Mehrseitenprojektion

Anwendungen[Bearbeiten]

Eine 3D-Powerwall von Daimler
Flugsimulator

Virtuelle Realität lässt sich in vielen Bereichen einsetzen. Ein sehr bekanntes Einsatzgebiet ist die Pilotenausbildung in Flugsimulatoren. Auch in der Industrie wird diese Technologie verstärkt eingesetzt, vor allem zur Erstellung von virtuellen Prototypen, Produktionsplanungen, virtuellem Training, für ergonomische Bewertungen und räumliche Studien in der Geologie. Weitere Einsatzgebiete sind Visualisierungen in Architektur, Medizin, Chemie, Energie und Edutainment (z. B. Virtual Cultural Heritage). Der therapeutische Einsatz von virtueller Realität wird unter dem Stichwort virtuelle Rehabilitation untersucht. In der Industrie werden sowohl „Powerwall“ als stereoskopische 3D Wand als auch Mehrseitenprojektionen wie CAVE zum vollständigen Eintauchen in die grafische Simulation genutzt. In den letzten Jahren haben sich in Deutschland und Frankreich eine Reihe von Firmen etabliert, die Virtual-RealitySoftware für Industrieunternehmen anbieten, etwa ICIDO, VISENSO und andere. Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist der Einsatz bei Planungen von Infrastrukturmaßnahmen, die das Landschaftsbild verändern. Die Umwelt kann so nachgebildet werden, dass die Bürgerinnen und Bürger nicht nur sehen, sondern erleben können, was sich durch ein Vorhaben verändert. Sie können selbst entscheiden, welchen Standpunkt sie für die Betrachtung einnehmen, entweder per gamepad oder bei der Internetversion mit Pfeiltastennavigation. Zu sehen ist

  • Genauer Standort und ggf. Alternativen
  • Die Umgebung mit der existierenden Bebauung, dem Verkehrsnetz und den Sehenswürdigkeiten zur Orientierung
  • Straßen mit fließendem Verkehr, einstellbar nach Tageszeit (auf Basis von Verkehrszählungen oder Prognosen)
  • Schattenwurf im Tages-, Monats- und Jahresverlauf

Die 3-D Darstellung ist gut geeignet für den stationären Einsatz z.B. in Veranstaltungen zur Bürgerbeteiligung oder zur Erläuterung in politischen Gremien und als Tool zur Information und Konsultation (z.B. bei Genehmigungsverfahren) im Internet.

Vorkommen in Filmen (Auswahl)[Bearbeiten]

Unterschiedliche Konzepte virtueller Realität bilden die Grundlage für zahlreiche Filme. In den Verfilmungen des Romans Simulacron-3Welt am Draht (1973) und The 13th Floor (1999) – verwischen die Grenzen zwischen Realität und virtueller Realität. Beide Filme stellen die Frage nach der Möglichkeit, dass das Leben an sich nur eine Simulation ist. In der Disney Produktion Tron aus dem Jahre 1982 wird der Hauptdarsteller direkt körperlich in eine virtuelle Realität im Inneren eines Computers gezogen und muss in ihr um sein Überleben kämpfen. Seine Gegner sind personalisierte Funktionseinheiten des Rechners. Der 1992 entstandene Film Der Rasenmähermann zeigt Pierce Brosnan als einen Wissenschaftler, der versucht, den geistig zurückgebliebenen Gemeindegärtner mittels VR intelligenter zu machen. Der Film eXistenZ (1999) basiert auf einer Erzählstruktur, die seine Protagonisten in einer stark verschachtelten virtuellen Realität zunehmend orientierungslos zeigt. 1999 erschien der erste Teil der Matrix Reihe. In dieser lebt nahezu die gesamte Erdbevölkerung in VR, wobei die Menschen nicht davon wissen, dass sie nur in einer simulierten Welt leben; in Animatrix sind insbesondere in der Episode „Matriculated“ virtuelle Welten zu sehen. In der Trilogie ist die Zion-Realität der Matrix einer anderen Realität übergeordnet. In dem kanadischen B-Movie Tribulation missioniert ein Sektenguru weitere „Schafe“, indem er sie mittels Helmdisplay in eine VR eintauchen lässt.

Weiterführende Quellen[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • Howard Rheingold: Virtuelle Welten. Reisen im Cyberspace. Rowohlt, Rheinbeck bei Hamburg 1992, ISBN 3-498-05731-6.
  • Oliver Grau: Virtual Art. From Illusion to Immersion. MIT Press, Cambridge MA 2003, ISBN 0-262-07241-6.
  • Andreas Lober: Virtuelle Welten werden real. Second Life, World of Warcraft & Co: Faszination, Gefahren, Business. Heise, Hannover 2007, ISBN 978-3-936931-47-1.
  • Lambert Wiesing: Virtuelle Realität: Die Angleichung des Bildes an die Imagination. In: Lambert Wiesing: Artifizielle Präsenz. Studien zur Philosophie des Bildes. Suhrkamp, Frankfurt am Main 2005, S. 107-124, ISBN 978-3518293379.

Wissenschaftliche Publikationen online[Bearbeiten]

Siehe auch[Bearbeiten]

Virtuelle Welten im Internet[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Virtual reality – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Belege[Bearbeiten]

  1. Vor dem Internet kam der Dungeon Telepolis, 20. Oktober 2013, abgerufen am 21. Oktober 2013