Virtuelle Realität

Fallschirmspringer der US-Navy üben mit einem Head-Mounted Display virtuell das Fallschirmspringen

Als virtuelle Realität oder Virtual Reality (engl.), kurz VR, wird die Darstellung und gleichzeitige Wahrnehmung der Wirklichkeit und ihrer physikalischen Eigenschaften in einer in Echtzeit computergenerierten, interaktiven virtuellen Umgebung bezeichnet. Eine Vermischung der virtuellen Realität und der reinen Realität wird gemischte Realität genannt. Geprägt wurde der Begriff von Jaron Lanier.

Hardware

Um ein Gefühl der Immersion zu erzeugen, werden zur Darstellung virtueller Welten spezielle Ausgabegeräte benötigt. Bekannt sind vor allem das Head-Mounted Display, 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. 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.

Haptische Interaktion zur Montagesimulation am 3D Powerwall

Software

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. In diesem Jahrtausend 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

Eine 3D-Powerwall von DaimlerChrysler

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). 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.

Literatur

• Howard Rheingold: Virtuelle Welten. Reisen im Cyberspace, Rheinbeck bei Hamburg 1992, ISBN 3-498-05731-6
• Oliver Grau: Virtual Art: From Illusion to Immersion, Cambridge/Mass. MIT Press 2003.
• Andreas Lober: Virtuelle Welten werden real. Second Life, World of Warcraft & Co: Faszination, Gefahren, Business, Dpunkt, 08/2007, ISBN 978-3-936931-47-1

Vorkommen in Filmen (Auswahl)

• Im Film Tron (Disney, 1982) wird der Hauptdarsteller direkt körperlich in eine virtuelle Realität gezogen.
• In Simulacron-3 sowie dessen Verfilmungen Welt am Draht (1973) und The 13th Floor (1999) verwischen die Grenzen zwischen Realität und virtueller Realität.
• Im Film eXistenZ befinden sich die Protagonisten in einer stark verschachtelten virtuellen Realität.
• Im Film der Rasenmähermann von 1992 (mit Pierce Brosnan) versucht ein Wissenschaftler, den geistig zurückgebliebenen Gemeindegärtner mittels VR intelligenter zu machen. Die damals hervorragende Darstellung der VR wirkt inzwischen etwas veraltet, gibt aber dennoch einen Eindruck über die Möglichkeiten dieses Mediums.
• In Matrix (1999) 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.

Siehe auch

• Immersion (virtuelle Realität)
• 3D-Echtzeit
• Second Life
• Cyberpunk
• Cyberspace
• Virtuell

Virtuelle Welten im Internet

• OpenSource Projekte
  • http://www.opencroquet.org
  • http://www.opensimulator.org
  • http://metaverse.sourceforge.net/
  • http://interreality.org/

• Webkinz

Weblinks

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

• On The Net - Resources in Virtual Reality
• Technology Review: Virtuelle Welt als Zufluchtsort vor Schmerzen
• [1]

Wissenschaftliche Publikationen

• Publikationen des Competence Center Virtual Environments des Fraunhofer IAO
• Publikationen des VRVis Zentrum für Virtual Reality und Visualisierung
• Publikationen des Innovation Center Virtual Reality
• Publikationen der Virtual Reality Systems Group der Bauhaus-Universität Weimar
• [2]