Virtual-Reality-Headset

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Helmet Vision.jpg

Ein Virtual-Reality-Headset, kurz VR-Headset, auch VR- oder Virtual-Reality-Brille[1] und VR- oder Virtual-Reality-Helm genannt, ist eine Art eines Head-Mounted Displays, welches den Nutzern Einblick in die virtuelle Realität verschaffen soll. Sie kommen meist bei Computer- und Simulationsspielen zum Einsatz und sollen den Spielern ein möglichst realistisches Spielgefühl (Immersion) vermitteln. Dies soll durch zwei Linsen für die Augen, die dem Spieler simulieren, in einer Welt zu sein, sowie einer Halterung, die dafür sorgt, dass sich bei einer Kopfbewegung auch das Headset einschließlich der Displayfläche für die virtuelle Realität mitbewegt und der Benutzer sich so um 360 Grad umsehen kann, erreicht werden. Neben Computerspielen werden Virtual-Reality-Headsets auch verwendet, um 360-Grad-Videos abzuspielen und als Simulationen und digitale Werkzeuge in der Industrie, Wissenschaft und Kunst.

Unterscheidung nach Funktionsintegrierung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Halterungen für Smartphones[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Diese am einfachsten gebauten VR-Brillen stellen lediglich eine vor den Augen zu anlegbare Halterung mit Linsen dar, in die ein Smartphone eingelegt wird. Das Smartphone wird hier in einem Betriebsmodus verwendet, welcher den Display zweiteilt. Die Linsen projizieren je ein separates Bild auf das linke und rechte Auge des Nutzers, wodurch ein relativ großes virtuelles Sichtfeld mit stereoskopischem Eindruck entsteht. Die Bewegungsverfolgung (Tracking) ist auf 3-achsige Kopfdrehung (3 degrees of freedom – "3DoF") beschränkt, da nur die im Smartphone vorhandenen gyroskopischen Sensoren genutzt werden können. Die Qualität des VR-Erlebnisses wird also vor allem durch das verwendete Smartphone begrenzt und erreicht damit die geringste Immersion aller Arten von VR-Brillen, jedoch sind die Anschaffungskosten einer solchen Vorrichtung vergleichsweise niedrig. Beispiele sind die Modelle Cardboard und Daydream von Google sowie Samsung Gear VR.

Stand-Alone-VR-Headsets[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Diese Geräte besitzen fest eingebaute Displays und übernehmen eigenständig (daher "stand-alone") den kompletten erforderlichen Rechenaufwand für das VR-Erlebnis mittels eigener Prozessoren. Häufig ist ein Akku verbaut, daher können diese Geräte, genau wie Cardboards, komplett kabellos betrieben werden. Sogenanntes "inside-out-Tracking" ermöglicht eine vollständig räumliche Bewegungserfassung des Nutzers (6 degrees of freedom – "6DoF") sowie evtl. vorhandener Handcontroller. Dazu wird die reale Umgebung durch integrierte Kameras permanent gefilmt und gefundene Fixpunkte zur Orientierung genutzt, gyroskopische Sensoren können zur Unterstützung dienen. Die Immersion ist üblicherweise deutlich höher als bei Smartphonehalterungen, jedoch meist geringer als im Fall der angebundenen Headsets, da die Rechenleistung eingeschränkt ist. Aktuelle Beispiele sind die Oculus Quest und HTC Vive Focus.

Angebundene (tethered) VR-Headsets[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die aufwendigste aber auch immersivste Variante stellen Headsets dar, die an einen externen Rechner, also einem PC oder Konsole (z. B. PlayStation VR) angebunden sind. Die Displays sind auch hier fest eingebaut, die Tracking-Technik ist entweder vollständig integriert ("inside-out"), modular angebaut (z. B. Handerfassungssensor von Ultraleap) oder kann durch externe Geräte (z. B. "Kinect"-Kamera der PlayStation) ermöglicht bzw. unterstützt werden. Diese Headsets werden aktuell mit einem Kabelsatz, der auch zur Stromversorgung dient, an die externe Recheneinheit angeschlossen. Da der Großteil des Rechenaufwandes von dieser übernommen wird, sind hohe Auflösungen und Bildwiederholraten mit kurzen Latenzzeiten bei anspruchsvoller Grafik möglich. Zu den aktuell fortschrittlichsten Geräten im Consumer-Bereich zählen Valve Index und das Modell "8KX" der Firma Pimax.

Steuerung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die HTC Vive mit dazugehörigen Controllern
Innenansicht eines Virtual-Reality-Headsets (hier die Oculus Rift)

Die Möglichkeiten innerhalb eines VR-Erlebnisses (z. B. eines VR-Videospieles) zu interagieren sind sehr vielfältig im Vergleich zu Monitor-Anwendungen. Fast immer werden zusammen mit dem Headset räumlich erfasste Handcontroller (üblicherweise einer je Hand) benutzt. Einerseits unterstützen diese klassische Eingabemethoden durch angebrachte Tasten, Analog-Sticks bzw. Touchpads. Andererseits dient ihre 3-dimensionale Bewegung im Raum zur Interaktion und ermöglicht beispielsweise virtuelles Zugreifen, Antippen oder Zeigestab-Funktionen. Die letztgenannte Funktion beherrschen oft auch die Headsets selbst durch Kopfbewegung (Head-Tracking), darüber hinaus ist sogar die Erfassung der Augenbewegung möglich, sog. "Eye-Tracking"[2]. Für tiefere Immersion können zusätzlich weitere Peripheriegeräte eingebunden werden, wie z. B. omnidirektionale Laufbänder, die die ermittelte Fußbewegung in eine virtuelle Körperbewegung umsetzen[3]. Weiterhin existieren Westen, Handscchuhe usw., die einen mechanische Rückmeldungen auf den Körper übertragen, um virtuelle Krafteinwirkung haptisch spürbar zu machen. Für simple Eingaben werden in der Regel auch Mäuse, Tastatur oder Controller unterstützt, zudem ist Spracheingabe möglich.

Anforderungen und Betrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Sicht durch ein Virtual-Reality-Headset

Ein VR-Headset stellt im Gegensatz zu einem normalen Bildschirm für jedes Auge ein separates Bild zur Verfügung, um den gewünschten stereoskopischen Tiefeneffekt zu erzielen. Da zudem die Displayfläche auf einen großen Teil des menschlichen Sehfeldes projiziert wird, benötigen VR-Headsets sehr hohe Auflösungen um die gleiche Pixeldichte und damit das grafische Empfinden eines entsprechenden Bildschirms zu erreichen. Um eine immersive, also "flüssige", Bewegung innerhalb der virtuellen Umgebung zu gewährleisten müssen alle Berechnungen in Echtzeit mit sehr kurzer Latenz erfolgen. Laut einem Ingenieur von Valve sollte diese 7–15 Millisekunden betragen[4], was etwa 70 bis 140 Bilder pro Sekunde entspricht und von aktuellen VR-Headsets auch unterstützt wird. Insgesamt ist für den Betrieb also ein leistungsstarker Computer ("Gaming-PC") oder eine Spielkonsole neuerer Generation, wie die PlayStation 4 erforderlich[5].

Gesundheitliche Auswirkungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei einigen Personen führt die Nutzung eines Virtual-Reality-Headsets zu Kopfschmerzen, Augenschmerzen, Übelkeit und anderen Symptomen, wobei einige auf Effekte der der Reisekrankheit zurückzuführen sind.[1] Für ausführlichere Darstellungen siehe Artikel VR-Krankheit.

Bekannte VR-Headsets[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b Virtual Reality und Gesundheit: Sind VR-Brillen schädlich? In: VR-World. 14. April 2017, abgerufen am 15. März 2019 (deutsch).
  2. Pocket-lint: Forget head tracking on Oculus Rift, Fove VR headset can track your eyes. 19. Mai 2015, abgerufen am 14. März 2019 (englisch).
  3. heise online: Kickstarter-Debakel: Virtual-Reality-Laufstall Virtuix Omni wird nicht nach Europa geliefert. Abgerufen am 15. März 2019.
  4. Kyle Orland: How fast does “virtual reality” have to be to look like “actual reality”? 3. Januar 2013, abgerufen am 15. März 2019 (amerikanisches Englisch).
  5. Eddie Makuch: Xbox One, PS4 "too limited" for Oculus Rift, says creator. In: GameSpot. 13. November 2013, abgerufen am 15. März 2019 (amerikanisches Englisch).
  6. https://www.nasa.gov/ames/spinoff/new_continent_of_ideas/
  7. https://archive.org/details/DouglasAdams-Hyperland/
  8. Tom Warren: A closer look at HTC’s new higher-resolution Vive Pro. 9. Januar 2018, abgerufen am 10. Mai 2019.
  9. Markus Böhm: Oculus Quest im Test: Der ideale Einstieg in die virtuelle Realität. In: Spiegel Online. 3. Mai 2019 (spiegel.de [abgerufen am 10. Mai 2019]).
  10. heise online: VR-Headset Oculus Rift S im Kurztest: Drei Schritte vor, drei zurück. Abgerufen am 10. Mai 2019.
  11. Valve Index VR - Release am 15. Juni, neue Details zum VR-Headset - GameStar. 2. April 2019, abgerufen am 3. April 2019.
  12. heise online: Vive Pro Eye: VR-Headset mit Eye-Tracking ausprobiert. Abgerufen am 10. Mai 2019.
  13. HTC Vive: Cosmos wird offenbar erweiterbares VR-Headset - Golem.de. Abgerufen am 10. Mai 2019 (deutsch).
  14. Labo VR: Nintendo Switch bekommt Virtual Reality aus Pappe - Golem.de. Abgerufen am 15. März 2019 (deutsch).