Umgebungen

Virtual Reality Umgebungen können sich stark in Hinsicht auf ihre Eigenschaften, Funktionen, etc. unterscheiden, und sollten folglich klassifiziert werden. Man unterscheidet u.a. folgende Typen:

  • Non-immersive Virtual Reality
  • Semi-Immersive Virtual Reality
  • Fully-Immersive Virtual Reality

Diese drei Typen Umgebungen bieten jeweils einen unterschiedlichen Grad an Immersion, was eine Frage der jeweiligen Ziele, Kosten und somit auch Technologie ist.


Non-immersive Virtual Reality

Normale Desktop-Systeme werden z.B. als Non-Immersive VR-Systeme bezeichnet. Sie bieten in der Regel keine bis nur wenig Immersion.

Sogenannte Collaborative Virtual Environments sind im Normalfall ein gutes Beispiel für nicht-immersive virtuelle Realität. Man bezeichnet diese als eine Umgebung, in der mehrere Personen gleichzeitig miteinander interagieren, die sich meist an unterschiedlichen Orten befinden. Das Ziel dabei ist, virtuelle Erfahrungen mit anderen, echten Personen zu teilen.

Es gibt zahlreiche Anwendungsbeispiele in verschiedenen Bereichen:

  • Unterhaltung: Multiplayer-Videospiele
  • Business: Video-Konferenzen
  • Bildung: Fernunterricht
  • Medizin / Gesundheitswesen: Simulation von Operationen, Behandlung von Psychischen Erkrankungen
Eine Videokonferenz als Beispiel eines Collaborative Virtual Environment.

Die Komplexität resp. die technischen Mittel für Installationen einer solchen Umgebung können zwar variieren, sind jedoch eher einfach gehalten. Für z.B. Fernunterricht und Video-Konferenzen braucht es nicht viel mehr als einen Bildschirm und eine Webcam. Dadurch ist der Grad an Immersion auch nicht besonders hoch, was jedoch auch nicht das Ziel ist. Im Beispiel einer gemeinsam durchgeführten Simulation von z.B. Operationen sind die technischen Voraussetzungen bereits komplexer.

Vielmehr geht es bei diesen kollaborativen virtuellen Umgebungen darum, gemeinsam und effizient Informationen auszutauschen, auch wenn sich nicht alle am gleichen Ort befinden. Es bietet neue Arten der Kommunikation und Kooperation und ermöglicht das Umgestalten und Hinzufügen von Daten in diesen Umgebungen. So können beispielsweise Designer, Ingenieure und Wissenschaftler gleichzeitig und auf neue Weise kooperieren um dabei Dinge zu erschaffen. An solche neue Interaktionsmöglichkeiten wird zurzeit viel gearbeitet und geforscht.


Semi-Immersive Virtual Reality

Der Begriff Semi-Immersive ruht daher, dass man bei solchen Systemen nur zum Teil in die virtuelle Welt eintaucht. Das Ziel dieser Umgebung ist somit nicht, totale Immersion zu erlangen, sondern einen „guten“ Grad an Immersion für geringere Mittel.

Ein passendes Beispiel für eine solche Umgebung ist z.B. ein Flugsimulator, wie sie auch das Militär einsetzen. Dazu braucht es unter anderem einen konkaven, grossen Bildschirm oder Projektor mit Leinwand (z.B. im besten Fall vergleichbar mit IMAX) und High-End-Computergrafik. Im Falle eines Flugsimulators ist idealerweise noch ein realistisch nachgebautes Cockpit mit den entsprechenden Bedienmöglichkeiten zur Interaktion nötig.

Ein Flugsimulator im Einsatz.

Dadurch ist der Nutzer bis zu einem gewissen Punkt von der virtuellen Realität umgeben, die Immersion ist jedoch nur teilweise und nicht komplett, da er doch in Kenntnis ist von der echten Welt ausserhalb. Es gibt weit mehrere Beispiele für solche Simulatoren, beispielsweise werden auch solche Simulatoren z.B. in der Formel 1 eingesetzt – das Prinzip ist auf ein Rennauto übertragen dasselbe.

Die Vorteile gegenüber z.B. CAVE-Systemen sind in erster Linie die Kosten und die Einfachheit.


Fully-Immersive Virtual Reality

Ein Beispiel für diese Umgebung sind sogenannte CAVE-Systeme. CAVE steht für Cave Automatic Virtual Environment und hat meistens die Form eines Würfels, in dem die Bilder der virtuellen Umgebung auf allen Seiten projiziert werden. Dafür braucht es unter anderem Wände und Boden, auf die Projektoren ein Bild projizieren können, Lautsprecher in unterschiedlichen Winkeln, Tracking-Sensoren und natürlich das dazugehörige Bild- und Tonmaterial.

Ein CAVE-System für medizinische Zwecke.

CAVE-Systeme sind teuer zu konstruieren und kompliziert zu bedienen, bieten jedoch ein vollständiges immersives Erlebnis. Aktuelle Anwendungsfälle sind u.a. folgende:

  • Medizin: In der Forschung z.B. für die DNA-Forschung oder der Darstellung des Herzen
  • Konstruktion: In Kombination mit CAD, um eine möglichst gute dreidimensionale Sicht zu vermitteln
  • Simulation: Trotz semi-immersiven Simulatoren werden auch im Trainingsbereich CAVE‘s verwendet
  • Psychologie: Um mögliche psychische Folgen von totaler Immersion bei VR zu erforschen, z.B. Desensibilisierung

Die Alternative zu den CAVE-Systemen für Fully-Immersive Virtual Reality sind die mittlerweile im Einzelhandel verfügbare VR-Headsets, mit denen man über das integrierte Head-Mounted Display (HMD) und die Kopfhörer für binaureales Audio vollkommen in die virtuelle Umgebung eintaucht. Durch separate Positionstracker und Sensoren in den VR-Headsets können dadurch auch Bewegungen erfasst werden, die in einem CAVE-System zum Teil nicht möglich sind (z.B. Kopfrotation). Zusätzliche Interaktionsmöglichkeiten bestehen durch verschiedenste Arten von Controllern. (siehe Technik)

Die grossen Vorteile sind natürlich die Anschaffungskosten und Einfachheit gegenüber CAVE-Systemen. Seit der Massenkommerzialisierung der neuesten Generation von diesen VR-Headsets, wie z.B. der Oculus Rift oder HTC Vive, ist fully-immersive Virtual Reality für jedermann verfügbar geworden. Nicht zuletzt ist dies auch dem technischen Fortschritt bei der Hardware (Low-Persistance Display, höhere Auflösung, schnelle Datenübertragung, etc.) zu verdanken.

Natürlich können diese Systeme nicht so perfekt auf einen Anwendungsfall zugeschnitten werden wie CAVE’s, jedoch ist absehbar, dass zukünftig auch im Forschungs- und Geschäftsbereich mehr auf diese Systeme zurückgegriffen wird, zumal sie nun im Vergleich äusserst erschwinglich und sehr populär geworden sind – assoziiert man doch häufig den Begriff VR mittlerweile mit diesen Geräten.

In der folgenden Tabelle (auf Englisch) aus dem Jahre 1996 wurden die drei Arten von VR qualitativ, resp. auf technischer Ebene verglichen:

Qualitative Performance

Main Features Non- Immersive VR
(Desktop)
Semi-Immersive VR
(Projection)
Full Immersive VR
(Head-coupled)
Resolution High High Low – Medium
Scale
(perception)
Low Medium – High High
Sense of situational awareness
(navigation skills)
Low Medium High
Field of regard Low Medium High
Lag Low Low Medium – High
Sense of immersion None – low Medium – High Medium – High

Qualitative Leistungen von verschiedenen VR-Systemen
(Von Kalawsky, 1996 adaptiert)

Während die Tabelle auch heutzutage noch ziemlich aussagekräftig ist, hat sich aufgrund des Fortschritts vor allem bei Fully-Immersive VR die Ausgangslage deutlich geändert. Die Auflösung in den modernen VR-Headsets ist heutzutage deutlich höher und die Latenz wurde ebenfalls reduziert (siehe Technologie → VR-Headsets ), durch schnelle Hardware in den Computern und verzögerungsfreie Displays in den HMD’s – deshalb muss man die Werte hier mit Vorsicht geniessen.
(Vermutlich könnte heutzutage die Auflösung ebenfalls als „High” und der Lag als „Low” bezeichnen).