Virtuelle Realität

Seminararbeit
Virtuelle Realität
Markus Schmidgall, Marvin Hedoch, Julian Schiele, Achmad Jaber
betreut von
Prof. Dr. Carsten Lecon
19. Juni 2016
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1 Motivation
4
2 Denition Virtuelle Realität
6
2.1
Abgrenzung zur erweiterten Realität
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Geschichtliche Entwicklung
6
7
3.1
300 v. Chr. - Platons Höhlengleichnis Republik . . . . . . . . . . . . . .
3.2
1932 - Edwin Land's Polarisator-Brille
. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
3.3
1946 - ENIAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
3.4
1952 - Cinerama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
3.5
1962 - Sensorama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
3.6
1962 - 1963 - Sketchpad
9
3.7
1968 - The Sword of Damocles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.8
1968 - Build-IT
3.9
1970 - 1980 - Artifcal Reality und Responsive Environments
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
9
10
. . . . . . .
10
3.10 1985 - Virtual Environment Display System und VPE . . . . . . . . . . .
10
3.11 1987 - Virtual Reality im Oxford English Dictionary
. . . . . . . . . .
11
3.12 1989 - Jaron Lanier prägt Virtual Reality . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
3.13 1992 - Zurück zur Plattform: CAVE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
3.14 1994 - Forte VFX1
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
3.15 1995 - Virtual Boy
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
3.16 1996 - 3dfx Voodoo Graphics
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
3.17 2000 - Microvison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
3.18 2008 - Omnidirektionale Laufbänder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
3.19 2009 - Interaktive Datenbrille
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
3.20 2012 - John Carmack und Palmer Luckey . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
3.21 2013 - Neue Wege in der virtuellen Realität
. . . . . . . . . . . . . . . .
15
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
3.22 2014 - Vorbereitung auf VR
3.23 2015 - Endgegner: Valve
4 Aktuelle Marktlage
17
4.1
Gewinnentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
4.2
Oculus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
4.3
HTC Vive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
5 Hardware
5.1
5.2
21
Die perfekte virtuelle Realität
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
Ausgabegeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
5.2.1
Head Mounted Display . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
5.2.2
Cave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
5.2.3
Akustisch
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
5.2.4
Touch-Feedback . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
2
Inhaltsverzeichnis
5.2.5
5.3
Force-Feedback
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
Eingabegeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
5.3.1
Datenhandschuh
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
5.3.2
Datenanzug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
5.3.3
Controller: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
5.3.4
Tracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
6 Einsatzgebiete
29
6.1
Entertainment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2
Anlagenbau
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
6.3
Bauwesen und Architektur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
6.4
Automobil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
6.5
Bergbau, Öl- und Gasindustrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
6.6
Energie & Umwelt
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
6.7
Kultur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
6.8
Luft- & Raumfahrt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
6.9
Maschinenbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
6.10 Medizin
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.11 Rettungsdienste und Verbrecherjagd
6.12 Schisbau
6.13 Textil
29
33
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
6.14 Wehrtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
7 Gefahren und Risiken
35
7.1
Verhaltensübertragung auf die reale Welt . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
7.2
Vernachlässigung der Realität
35
7.3
Bestehende Gesetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
7.4
Moralische Fragenstellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
7.5
Nebenwirkungen
36
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 Zukunftsprognose
37
8.1
Schnelle Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
8.2
Virtuelles Fuÿball . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
8.3
Home-Oce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
8.4
Gemeinsame Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
8.5
Entwicklungsrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
9 Quellen
39
3
1 Motivation
1 Motivation
Auf den nächsten Seiten soll dem Leser ein allgemeiner Überblick über den Bereich der
virtuellen Realität und ihres Einsatzgebietes gegeben werden. Auÿerdem wird auf die
geschichtliche Entwicklung, die vorhandene Hardware und die aktuelle Marktlage eingegangen. Zum Schluss folgt noch eine subjektive Prognose unsererseits zur zukünftigen
Entwicklung.
Die erste Frage die sich stellt, warum gerade dieses doch sehr umfangreiche Thema? Es
steckt im Vergleich zu anderen technisch-relevanten Gebieten noch in den Kinderschuhen und hat noch mit der ein oder anderen Kinderkrankheit zu kämpfen. Jedoch genau
diese Argumente machen das Thema in unseren Augen zu einem sehr interessanten und
zukunftsträchtigen Entwicklungsbereich. Wir denken, dass kaum jemand der nicht am
Kern der Materie mitentwickelt, ahnt, wohin die Reise im Bereich der virtuellen Realität
gehen kann, bzw. gehen wird. Genauere Beispiele für diese Annahme unsererseits werden
im Bereich der Einsatzgebiete und vor allem im Kapitel Zukunftsprognose beleuchtet.
Ein Grund für diese Annahme ist der in den letzten Monaten und Jahren rasant wachsende Markt im Bereich der Head-Mounted Displays (HMD). Sollte die Entwicklung
gerade in diesem Bereich weiter so explosionsartig vorangetrieben werden, sind in naher
Zukunft kaum vorstellbare Fortschritte zu erwarten. [2]
Um aufzuzeigen, wie gravierend solche Veränderungen ausfallen können und in welch
kurzem Zeitraum dies geschehen kann, möchten wir auf die Bilder der letzten Papstwahlen verweisen.
Abbildung 1: Papstwahl 2006/2013 [75]
4
1 Motivation
Innerhalb von 8 Jahren hat sich das Bild der Menschheit komplett durch die Technologie
verändert.
Dieser Vergleich ist notwendig, um dem Leser zu erklären, um welche Gröÿenordnung der
Veränderung wir uns unterhalten. Wir als Gruppe und auch einige Unternehmensführer,
wie zum Beispiel Marc Zuckerberg sind sich sicher, dass es durch die virtuelle Realität
gravierende Veränderungen geben wird. Wir sind uns auch sicher, dass diese Entwicklung
deutlich schneller und stärker ausfallen wird, als bei dem Beispiel mit der Papstwahl. Vor
allem die Kombination von VR mit anderen Themengebieten, wie AR (Augmented Reality) oder auch AI (Articial Intelligence) werden dafür sorgen, dass die Möglichkeiten
der Nutzung nicht linear, sondern exponentiell schnell wachsen werden.[14]
5
2 Denition Virtuelle Realität
2 Denition Virtuelle Realität
Unter dem Begri
Virtuelle Realität
versteht man im Allgemeinen die Wahrnehmung
einer künstlichen, interaktiven Wirklichkeit mit Hilfe von technisch-elektronische Geräten. Diese lässt sich ganz unterschiedlich erreichen. Sei es über visuelle, haptische oder
akustische Reize. Auch die Bewegung der eigenen Person im virtuellen Raum kann durch
verschiedene Aktionen beeinusst werden. Kopf- und Handbewegungen sind nur einige
davon. Die Umsetzung dieser dynamischen Umgebung passiert mittels Computergraken. [3]
2.1 Abgrenzung zur erweiterten Realität
Im Vergleich zur virtuellen Realität, ist die erweiterte Realität eine hybride Art der
Wahrnehmung. Sie besteht zum einen Teil aus der realen Wahrnehmung der Wirklichkeit,
in die durch technische Hilfe virtuelle Bestandteile hinzugefügt werden. Dieser virtuelle
Anteil der Wahrnehmung besteht in den meisten Fällen der erweiterten Realität daraus,
in Echtzeit hilfreiche Informationen zu Objekten der realen Wahrnehmung darzustellen.
Wo bei der virtuellen Realität die Wahrnehmung der computergestützten Umgebung
meist über mehr als nur einen Sinn realisiert wird, basiert die erweiterte Realität im
Moment nur auf der visuellen Wahrnehmung. [4]
6
3 Geschichtliche Entwicklung
3 Geschichtliche Entwicklung
Die Geschichte der virtuellen Realität ist sehr umfangreich, deshalb soll diese Arbeit dem
Leser nur einen kurzen Überblick der VR-Geschichte geben. Um am Ende das Gefühl zu
haben über die Geschichte gut informiert worden zu sein.
3.1 300 v. Chr. - Platons Höhlengleichnis Republik
Es wird gesagt, dass der erste Ansatzpunkt schon 300 v. Chr. erwähnt wurde. Platon sagt
hier in der ethischen und philosophischen Betrachtung Es beschreibt das Verhältnis
von Wahrnehmung und Erkenntnis, sowie Realität und Illusion . [23][24]
3.2 1932 - Edwin Land's Polarisator-Brille
Während seiner Studienzeit erfand Edwind Land einen Polarisationslter aus Kunststo, den sogenannten Polaroid-Filter [....] Ein Jahr später erhielt Edwin Land das Patent
auf seine neue Technologie . Diese Erndung machte er in New York, für welche er sein
Chemie-Studium an der Harvard University abbrach. Nach seiner Erndung gründete er
dann mit seinem Physikprofessor in Harvard ein Labor, in dem er dann auch später seine
Erndung weiter entwickelte. 1937 entstand daraus die Polaroid Company. Noch heute
ist es üblich, dass in 3D-Filmen Polarisationslter eingesetzt werden, um die beiden
von zwei verschiedenen Punkten aufgenommenen, übereinander projizierten Bilder dem
rechten bzw. linken Augen zuzuführen . [25]
Abbildung 2: Polarisator-Eekt [49]
3.3 1946 - ENIAC
John Presper Eckert und John William Mauchly erfanden dreizehn Jahre später die
ENIAC, Electrical Numerical Integrator and Calculator. Im Mai 1943 wurde vom Militär ein mit 500.000 Dollar gefördertes Projekt entwickelt, welches als Vorläufer des
modernen Heimcomputer gilt. ENIAC selbst war riesig, nicht nur das Kapital für die
Maschine war enorm, sondern auch die Daten von ENIAC selbst: 17.468 Vakuumröhren, 70.000 Widerstände, 10.000 Kondensatoren und 1.500 Relais wurden verbaut,
7
3 Geschichtliche Entwicklung
167 Quadratmeter Stelläche wurden benötigt und sie brachte ein Gewicht von 30 Tonnen auf die Waage . Das Militär hatte sich jedoch verschätzt. Ein Jahr verging bis die
ENIAC fertig geplant war. Der Bau nah nochmal anderthalb Jahre in Anspruch. Nach
dem zweiten Weltkrieg war es dann auch für ENIAC vorbei. Die Rechenmaschine wurde 1946 fertig gestellt. Die Maschine wurde nur für Militärische Zwecke genutzt, zum
Beispiel für Zufallszahlstudien, Berechnung des Explosionsradius von Wasserstobomben oder zur Wettervorhersage. Im selben Jahr noch gründeten die beiden die Firma
Electronic Control Company, und konnten somit viele weitere Computer entwickeln. Das
machte aus Electronic Control Company eine der ersten Computerrmen der Welt. [23]
Abbildung 3: ENIAC Rechenwerk [50]
3.4 1952 - Cinerama
Sechs Jahre darauf, 1952 kam die nächste Erndung von John Presper Eckert im Bereich
der immersiven[17] Darstellung: das CINERAMA. Cinerama wurde von der gleichen
Entwicklerrma gebaut. Durch ihr extremes Breitwand-Filmformat mit dem Seitenverhältnis von 2,685:1 zeichnet sich das Cinerama aus. Bei der Aufnahme, Projektion
sind drei synchron laufende 35-mm-Filmkameras, jeweils ausgestattet mit einer 27-mmFestbrennweitenoptik von Kodak, und entsprechende Projektoren sind nötig . 26 Bilder
pro Sekunde, dies waren die Daten der Bildfrequenz. Diese wurden später auf 24 Bilder
pro Sekunde abgesenkt. Das Wort Cinerama entstand durch die beiden Wörter Cinema
und Panorama, diese beiden wurden zusammengesetzt und so kam das Wort Cinerama
zustande. 2012 wurde der letzte Film im Cinerama-Format gedreht. [23]
3.5 1962 - Sensorama
Nachdem zehn Jahre vergangen waren, baut Morton Heilig 1962 den ersten passiven VR
Automaten den es auf der Welt gab. Sie nannten ihn SENSORAMA. Durch eingebauter Rüttelmechanik, stereoskopischen Bildern und einem Geruchs- und Windsystem
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3 Geschichtliche Entwicklung
konnte der Nutzer Szenarien in verschiedenster Art erleben . Der Sensorama hatte jedoch keinen Erfolg, er blieb ein Einzelstück. [23]
Abbildung 4: Sensorama [51]
3.6 1962 - 1963 - Sketchpad
Ivan Edward Sutherland entwickelte während seiner Doktorarbeit das Programm SKETCHPAD. Dies ist ein Programm, welches als einer der ersten interaktiven Grakanwendungen angesehen wird. Mit Hilfe dieses Programmes wurde der Umgang der Computer revolutioniert und es wurde der Grundstein für die heutige, grasche Nutzung des
Desktops gelegt . [23]
3.7 1968 - The Sword of Damocles
Das Programm Sketchpad hatte nicht viel mit virtueller Realität zu tun. Mit seinem
Studenten Bob Sproul (*1945) entwickelte er das erste Head Mounted Display (HMD).
Sie nannten es The Sword of Damocles. Das HMD brachte sehr viel Gewicht auf die
Waage so dass es von einem Menschen nicht getragen werden konnte und nur durch Hilfe
eines Gestells unter der Raumdecke verbaut werden musste. Das erste Objekt war ein im
Raum schwebender Drahtgitterwürfel mit etwa fünf Zentimeter Kantenlänge, welches so
in der virtuellen Realität dargestellt werden konnte . [23]
9
3 Geschichtliche Entwicklung
Abbildung 5: The Sword of Damocles [52]
3.8 1968 - Build-IT
Im selben Jahr noch kam das Projekt Build-It zum Thema virtuelle Realität. Das Projekt
war sehr erfolgreich, es war eine dreidimensionale Betrachtung zur Manipulation von
Molekülen. Durch die schwache Rechenleistung zu dieser Zeit, kamen 18 Jahre später
die ersten Systeme die ähnliche wie das Projekt Build-It entwickelt waren und gebaut
wurden. Sie wurde so zum Motor für Hardware-, Softwarentwicklung und Wegbereiter
in die heutigen VR-Technik. [23]
3.9 1970 - 1980 - Artifcal Reality und Responsive Environments
Die Entwicklung im Bereich der virtuellen Realität stagnierte für mehrere Jahre. Grund
dafür waren die Computer die zu dieser Zeit nicht leistungsstark genug, sowie die Technik
die zu diesem Zeitpunkt noch nicht ausgreift war. Doch Mitte der 70er kam der nächste Schritt Myron Krüger (*1942) entwickelte mit seiner Installation Psychic space
oder dem Video Place die kräftigen Begrie Artical Reality und Responsive Environments [....] Im Videoplace wird ein groÿer Raum voller Bildschirme dargestellt,
die Videos die dort ablaufen reagieren spezisch auf die Handlungen des Nutzers, ohne
das eine Brille oder andere Eingabegeräte benötigt werden . [23]
3.10 1985 - Virtual Environment Display System und VPE
1985 lief bei der NASA ein wichtiges VR-Projekt namens Virtual Environment Display
System (VIVED) damit wollte die NASA den Astronauten bei der schweren Kontrolle
der neu auf dem Markt kommenden Raumfahrzeugen helfen und die Möglichkeiten die
bei dem Bau von Raumstationen telerobotischer Systeme erforscht und eingesetzt werden
sollten. Man wollte jedoch nicht einen Astronauten auf diese gefährliche Mission schicken,
es wurden Erfolgreiche Möglichkeiten erforscht, um die Roboter möglichst realistisch
von Menschen in sicheren Kontrollzentren steuern zu können . Daraufhin versuchte die
NASA während des VPE-Projekt (Virtual Planetary Exploration) riesige Datenmengen,
die ihnen vom Marks gefunkt wurden in eigener Art und Weise zu visualisieren. Die
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3 Geschichtliche Entwicklung
Kennzahlen der Daten wurden über den Mars durch ein VR-System visualisiert, damit
die Forscher die Marsoberäche dreidimensional und interaktiv erkundigen konnten.
Jedoch war die Entwicklung von autonomen Robotern schwierig und benötigte lange
Zeit, deshalb hat man den Schwerpunkt auf Teleoperatoren ferngesteuerte Roboter
verlagert . [23]
Abbildung 6: VIVED [54]
3.11 1987 - Virtual Reality im Oxford English Dictionary
Beschreibung: The computer-generated simulation of a three-dimensional image or
environment that can be interacted with in a seemingly real or physical way by a person
using special electronic equipment, such as a helmet with a screen inside or gloves tted
with sensors. [26]
3.12 1989 - Jaron Lanier prägt Virtual Reality
Jaron Lanier war einer der wichtigsten Personen der die virtuelle Realität geprägt hat.
Er beschrieb 1989 Virtual Reality als computergenerierte Umgebung, die die verschiedene Sinne eines Nutzers stimuliert sowie verschiedene Interaktionen erlaubt und dies
möglichst in Echtzeit . Von 1984 bis 1990 betrieb Lanier mit VPL Research ein Unternehmen um Entwicklungen und Vermarktungen von Virtual-Reality-Anwendungen zu
fördern, dessen Rechte jedoch 1993 nach Konkurs von Sun Microsystems übernommen
wurden . 1985 baute Lanier im Auftrag der NASA, einen Datenhandschuh (Dataglove) für Astronauten im Aal . 1986 kam der VPL-Research-Datenhandschuh auf dem
Markt, dies war der erste kommerzielle Datenhandschuh, und dessen Betrag lag bei
9.000 US-Dollar . [23]
3.13 1992 - Zurück zur Plattform: CAVE
1992 wurde das Cave Automatic Virtual Environment (CAVE) auf der SIGGRAPH
vorgestellt. Entwickelt wurde es von dem Kunstprofessor Daniel Sandin und den Informatikern Tom DeFanti und Carolina Cruz-Neira an der University of Illinois at Chicago.
11
3 Geschichtliche Entwicklung
Abbildung 7: Jaron Lanier's Datenhandschuh [55]
Die CAVE ist ein VR-Visualisierungssystem mit bis zu sechs festen, senkrecht zueinander stehenden Projektionsebenen [....] Die Bezeichnung CAVE erinnert bewusst an das
Höhlengleichnis in Platons Republik, welches im Vorwort bereits erwähnt wurde. Im
gleichen Jahr wird vom Autor Neal Stephenson (*31.10.1959) das Buch Snow Crash
herausgebracht. Darin wird eine parallele virtuelle Welt von mehreren Programmierern
geschaen. In dieser Welt läuft jeder Benutzer mit einem selbst ausgewähltem Avatar
herum, für den er sich selbst entschieden hat. [23]
Abbildung 8: CAVE [56]
3.14 1994 - Forte VFX1
1994 wurde die Forte VFX1 Headgeare auf der CES in Las Vegas vorgestellt . Der
Helm ist durch ein Head Mounted Display und einer Headtracking Funktion mittels sechs
Freiheitsgraden, zwei Kopfhörermuscheln sowie ein Mikrofon ausgestattet. Ebenfalls war
12
3 Geschichtliche Entwicklung
bei der Forte der sogenannte Cyberpuck mit integriert dies ist ein Eingabegerät mit
Zwei-Achsen aus Beschleunigungssensoren. Der Neupreis war 1.800 DM. Sie wurde für
einigen spielen wie beispielsweise Duke Nukem 3D unterstützt. Jedoch scheiterte die
VFX1 aus mehreren Gründen: Zum einen lag es an dem hohen Preis , welcher damals
im Vergleich eines neuen PC kostete. Die niedrige Auösung von 320x200 Pixeln kam
bei den Endkunden sehr schlecht an.1990 war Forte dann auch bankrott. Forte wurde
dann durch die Nachfolgerma Interactive Imaging Systems Optimiert , sie nannten es
vuzix. Sie beschäftigten sich viel mehr mit der Entwicklung. Diese vermarktete den
VFX1 zunächst weiter und beschäftigte sich in ihrer Anfangszeit mit der Entwicklung
von Displaykomponenten für Nachtsichtgeräte . [23]
Abbildung 9: Forte VFX1 [57]
3.15 1995 - Virtual Boy
Ein Jahr später brachte Nintendo dann den Virtual Boy auf den Markt. Dieser war ähnlich aufgebaut wie eine Tauchermaske und wurde durch einem angeschlossenen Controller
betätigt. Transportabel konnte man jedoch den Virtual Boy nicht nutzen, er wurde wie
ein fest installiertes Fernglas genutzt das auf einer ebenen Fläche stehen musste. Durch
das leichte versetzen der Bilder konnte ein 3D-Eekt entstehen und erkannt werden. Da
die LEDs zu der Zeit nicht ezient waren, verzichtete Nintendo auf grüne und blaue
LEDs. 224 rote LEDs befanden sich auf beiden Gläsern. Durch das Spiegeln mit einer
Mechanik, die mit einer hohen Frequenz auf und ab geschwungen wurde, konnte das
Bild mit einer Auösung von 384x224 Pixeln erzeugt werden. Der Virtual Boy gilt bis
heute als Nintendo's gröÿter Flop. Viele andere Firmen hatten zu dieser Zeit ebenfalls
mehrere Flops im Bereich VR: Jaguar VR, Tiger R-Zone und CyberMaxx. [23]
13
3 Geschichtliche Entwicklung
Abbildung 10: Virtual Boy [58]
3.16 1996 - 3dfx Voodoo Graphics
1996 wurde die Grakkarte Voodoo-Graphics (Codname SST-1) von der Firma 3dfx
präsentiert. Er gilt als erster brauchbarer 3D-Grakchip im nichtprofessionellen Bereich
und ebnete somit den Weg für heutige Grakkarten, welche die intensive Nutzung der
CV1 erst möglich machen werden . [23]
3.17 2000 - Microvison
Im Jahr 2000 entwickelte die US Firma Microvision für die US-Airforce ein Virtual Reality Head-Mounted-Display (HMD), die Auösung erreichte einen Wert von 1920x1080.
[23]
3.18 2008 - Omnidirektionale Laufbänder
2008 wird die nächste Technik erforscht, der Virtualizer welcher uns heute in Form von
natürlichen Bewegungen, dass bewegen im virtuellen Raum erleichtert. Diese Laufbänder
kann man in ihrer Funktion ähnlich wie bei den Laufbändern im Fitnessstudio vergleichen. Mit einem ausschlaggebenden Unterschied: Läuft der Proband nach rechts so fährt
das Laufband nach rechts, andersrum genauso. [23]
3.19 2009 - Interaktive Datenbrille
Den Bauplan trägt der Monteur auf der Nase. Eine Daten-Brille liest ihm von den
Augen ab, welche Details er gerade braucht. Sie ist mit einem PDA verbunden, zeigt Infos an und nimmt Befehle entgegen. Ihr Herzstück: ein CMOS-Chip mit Eye-Tracker im
Mikrodisplay .[27] Im selben Jahr wird vom Frauenhofer Institut (IPMS) eine Daten-
14
3 Geschichtliche Entwicklung
brille entwickelt die durch Augenbewegungen gesteuert wird mit Hilfe von Eye Tracking.
[23]
3.20 2012 - John Carmack und Palmer Luckey
2012 stellt der amerikanische Spielentwickler John Carmack (*20.08.1970), Mitgründer
von Id Soft eine selbst gebastelte VR-Brille vor, die bei einem Komponenten-preis von
500 Dollar die Performance von Pro-HMD's erreichen soll, die sonst 10.000 Dollar oder
mehr kosten. , die üblicherweise rund 10.000 Dollar oder mehr kostet. Mit 90 Grad
reicht die Brille aus für ein spiele-geeignetes groÿes Sichtfeld. Im gleichen Jahr wurde die
Firma Oculus von Palmyer Luckey gegründet. 2011 baut er einen Prototyp der Brille,
danach lernt er John Carmack kennen. Carmack und Palmer Luckey Arbeiten daraufhin
an einem gemeinsamen Projekt. Sie entwerfen eine Kostengünstige aber Qualitative VRBrille die durch einen PC genutzt wird. [23]
Abbildung 11: John Carmack & Palmer Luckey [59]
3.21 2013 - Neue Wege in der virtuellen Realität
Durch den groÿen Erfolg der Oculus erzielen nun neue und alte Firmen einen hohen
Gewinn. Immer mehr und mehr gelingt es neue Entwicklern auf dem Markt den Durchbruch und somit bereitet sich die Masse auf den vorgesehenen Durchbruch der VR vor.
[23]
3.22 2014 - Vorbereitung auf VR
2014 bekam VR noch einen richtigen Aufschwung, dies war das Jahr in dem Facebook
Oculus für 2,3 Milliarden US Dollar aufkauft. Francisco stellt Sony den Prototypen
15
3 Geschichtliche Entwicklung
seines HMD für die PS4 vor . Dezember im gleichen Jahr stellte Oculus auf seiner
Entwicklungskonferenz den Prototypen Crescent Bay vor. [23]
3.23 2015 - Endgegner: Valve
Im März 2015 wurde die HTC ReVive vorgestellt, die Virtual Reality Brille. Diese wird
von dem Hardware Hersteller HTC zusammen mit dem Steam-Betreiber Valve entwickelt. Dies war eine neue Technik, die alle anderen zuvor schlägt. Valve stellt einen
VR Controller und eine Lighthouse genannte neue Technologie vor mit der die Position
des Nutzers im Raum bis auf wenige Millimeter genau berechnet werden kann . Das
Release Datum dieser Brille war im November 2015. [23]
Abbildung 12: HTC's ReVive [60]
16
4 Aktuelle Marktlage
4 Aktuelle Marktlage
In diesem Kapitel geht es um die aktuelle Marktlage im Bereich der virutellen Realität.
Vor allem die zwei groÿen Vorreiter in der Entwicklung dieser noch wenig entwickelten
Branche, Oculus und HTC, werden dabei genauer beleuchtet. Diese zwei Unternehmen
haben sich auf die Realisierung virtueller Realitäten über HMD's einen Namen gemacht.
Im Folgenden wird über die aktuelle Marktlage informiert und Besonderheiten im aktuellen Geschehen hervorgehoben. [28]
Zur Zeit wird der Markt der virtuellen Realität von wenigen groÿen Unternehmen dominiert. [33] Viele Unternehmen benden sich noch in der Startphase mit der Entwicklung
von VR-Lösungen und es kann noch etwas andauert, bis diese auf dem Markt mitspielen
können.[38].
4.1 Gewinnentwicklung
Auf den Abbildungen 13 und 14 sehen Sie Prognosen zum Verkauf von Virtual-RealityBrillen für das Jahr 2016 von ausgewählten Unternehmen. Es wird prognostiziert, dass
das Unternehmen Samsung mit seiner VR-Brille Samsung Gear einen Verkauf von 5
Millionen Brillen erreichen wird. Gefolgt von Facebooks Tochterunternehmen Oculus mit
3,6 Millionen Stück. HTC und Sony kommen zusammen gerade mal auf 3,5 Millionen
verkaufte Brillen. Diese Entwicklung wird weiter steigen und immer mehr Wettbewerber
auf den Markt der VR ziehen. [37]
17
4 Aktuelle Marktlage
Abbildung 13: Absatzprognose von vier Unternehmen [61]
18
4 Aktuelle Marktlage
Abbildung 14: Virtual Reality Revienue by industry [62]
19
4 Aktuelle Marktlage
4.2 Oculus
GAFA-Unternehmen (Google, Amazon, Facebook, Apple) investieren hohe dreistellige Millionenbeträge in VR, um ihren Gewinn zu maximieren und und am Markt zu
bleiben[35][36]. 2015 betrugen die Investitionen der Unternehmen in diesen zukunftsträchtigen Bereich über 700 Millionen.[34] Exemplarisch dafür kaufte Facebook Gründer
und CEO Mark Zuckerberg das Unternehmen Oculus VR für 400 Millionen Dollar in
Bar und 1,6 Milliarden Dollar in Aktien. Sollte das Unternehmen bestimmte Ziele erreichen, so werden von Facebook weitere 300 Millionen Dollar ausgezahlt[35]. Er möchte
mit diesem Schritt die Welt oener und verbundener gestalten und eine gleichstark ausgeprägte technische Revolution erreichen, wie die der groÿen Verbreitung des Internets.
Er erwähnt auch die Möglichkeit, dass Unterricht oder eine ärztliche Untersuchung über
diesen Weg stattnden kann. [29]
Die Stimmung gegenüber der von Oculus VR entwickelten VR-Brille Oculus Rift Seiten
der Käufer ist positiv. Diese wurden im diesem Frühjahr zu Ihrer Meinung befragt, ob
sie eine Chance für den Erfolg dieses Produktes sehen. Die Studie fand mit 1.013 Teilnehmer statt, welche aus den Vereinigten Staaten kamen und zwischen 19 und 49 Jahre
alt waren. 2 % der Kunden gaben an, dass sie keine Chancen für das Produkt sehen und
15 % gaben keine Angabe. Alle anderen Befragten (82 %), also 4 von 5 Personen waren
der Meinung, dass Oculus Rift ein Erfolg wird davon gaben sogar 33 % an, dass sie an
einen groÿen Erfolg glauben. [30]
4.3 HTC Vive
Das Unternehmen HTC ist ein Konzern, der für seine fabrizierte Android-Smartphones
bekannt ist und einen Marktanteil von 5.9 % hat. (Tendenziell fallend) [31]
Dieses Unternehmen geht verstärkt in den Bereich der Entwicklung von VR-Brillen und
weiÿt mittlerweile ein Tochtergesellschaft namens HTC Vive Tech Corp auf, die sich
auf diesen Bereich spezialisiert hat. Der Smartphoneverkauf geht immer weiter zurück.
Entgegen den vorherigen Aussagen des CEO Cher WangSeid versucht HTC seit dem
Frühjahr 2016 in den Bereich VR vorzudringen. [32]
Zu Beginn des Einstiegs in die VR-Entwicklung reduzierte sich das Produktportfolio
der Tochtergesellschaft von HTC auf das Virtual-Reality-Headset HTC Vive.
[32]
Der Verkauf der VR-Brillen beläuft sich bei HTC auf 2.1 Millionen Geräten weltweit
für das Jahr 2016. Zum Vergleich: Samsung hat mit seiner Brille Samsung Gear VR
einen Verkauf von 5 Millionen Geräten erreicht. Die Oculus Rift Brille wurde 3.6 Millionen mal verkauft und die restlichen Teilnehmer am Markt haben Verkaufszahlen von
1.5 Millionen VR-Brillen. [33]
20
5 Hardware
5 Hardware
5.1 Die perfekte virtuelle Realität
Für eine perfekte virtuelle Realität müsste man alle Sinneszellen des Menschen stimulieren. Sehen zählt zu den wichtigsten Bestandteilen der Wahrnehmung,da ca. 70% aller
Sinneszellen des Menschen damit befasst sind. Aber neben
•
dem Sehen (der visuellen Wahrnehmung), bräuchten wir auch noch:
•
das Hören (die auditive Wahrnehmung),
•
das Riechen (die olfaktorische Wahrnehmung),
•
das Schmecken (die gustatorische Wahrnehmung),
•
das Erfühlen (die haptische Wahrnehmung),
•
und als Teile des Erfühlens auch das Tasten (die taktile Wahrnehmung),
•
den Gleichgewichtssinn (die vestibuläre Wahrnehmung),
•
die Körperempndung (die Propriozeption),
•
das Temperaturgefühl (die Thermozeption),
•
sowie die Schmerzempndung (die Nozizeption).
Da wir heutzutage noch nicht in der Lage sind einen Stecker in das menschliche Gehirn
zu stecken um all diese Sinneszellen zu erreichen wie z.B. in dem Film Die Matrix von
den Wachowski-Brüder, haben wir nur die Möglichkeit mit bestimmter Hardware dem
Benutzer ein Gefühl der Immersion zu erzeugen, indem zur Darstellung virtueller Welten spezielle Ausgabegeräte benutzt werden. Bekannt ist vor allem das Head-Mounted
Display.
Das Wort Immersion, ein aus dem Lateinischen( Immersion = Eintauchen ) stammender Begri welches stark durch die VR Technik der letzten Jahre geprägt wurde,
stellt aus technologischer Sicht den Prozess und die Art des Eintauchens in eine virtuelle
Welt in den Mittelpunkt .[17]
[1](S.2-5)
21
5 Hardware
5.2 Ausgabegeräte
5.2.1 Head Mounted Display
Kurz HMD ist ein am Kopf getragenes visuelles Ausgabegerät um dem Nutzer einen
guten Eindruck der virtuellen Realität zu erzeugen, da wie bereits oben erwähnt, das
Sehen die meisten Sinneszellen des Gehirns beansprucht. Bekannte Marken sind die Oculus Rift von Oculus VR, Inc. (gekauft von Facebook), die Vive von HTC und Steam und
die Cardboards, die günstigste Variante, um eine VR Erfahrung zu bekommen. Bei dieser
Technik hat man meist 2 LCD Bildschirme, für jedes Auge einen, um so eine 3D-Welt zu
erzeugen. Wie auf Abbildung 15 der Oculus Rift zusehen ist, handelt es sich bei diesen
und vielen weiteren HMDs um ein komplett geschlossenes System, um möglichst wenig Informationen von auÿen eindringen zulassen, um den Immersionsgrad so hoch wie
möglich zu halten. Die meisten HMDs werden oft mit weiteren Ein- und Ausgabegeräten
ausgestattet wie z.B. mit Kopfhören, Tracking-Systemen und verschiedenen Controllern.
Nachteile, vor allem bei den günstigen bzw. veralteten Geräten die im Geschichtspart
erwähnt wurden, waren unangenehme Nebenwirkungen, wie Übelkeit, Gleichgewichtsstörungen und im schlimmsten Fall Epilepsie, welche z.B. durch die schlechte Auösung
oder geringe Bildwiederholrate entstanden. Doch dies sollte bei den neueren Geräten wie
der Vive oder Oculus mit einer Auösung von 2160x1200 Pixel bis 1080x1200 Pixel pro
Auge und einer Bildwiederholrate von 90 Hertz der Vergangenheit angehören.
[1](S. 142-153)[15]
Abbildung 15: Oculus Rift [63]
5.2.2 Cave
Cave Automatic Virtual Environment ist ein Raum (Höhle) mit 3 bis 6 Leinwänden, auf
die mit Hilfe von Projektoren eine virtuelle Umgebung projiziert wird. Es gibt zwei ver-
22
5 Hardware
schiedene Arten die Leinwände zu bestrahlen. Entweder man hat die Projektoren in der
CAVE was zum Nachteil hat das die Bewegungsfreiheit der Nutzer stark beeinträchtigt
ist, da sie eventuell in das Licht der Projektionen laufen und so Schatten auf die Wände
werfen. Die zweite Möglichkeit ist, die Projektoren auÿerhalb der CAVE zu platzieren,
um den oben genannten Nachteil zu vermeiden, was allerdings viel gröÿeren Raum benötigt.
Um die Welt dreidimensional wahrnehmen zu können, benötigen die Nutzer der CAVE
eine Brille. Entweder eine Polarisations- oder eine Shutterbrille. Bei der Shutterbrille ist
meisten einer der Nutzer getrackt, um das Bild an die Position des Nutzers anzupassen. Eine gute CAVE kann einen sehr guten Immersionsgrad erreichen, was dem Nutzer
kaum ein Unterschied zur Realität bewusst macht. Ein typisches Problem der CAVE
sind Verzerrungen und Reektionen, die an den Ecken der Wände auftreten. Um dies
zu vermeiden wurde die I-CONE entwickelt, eine zylindrische CAVE mit 270 Grad Projektionssystem.
Sie hat viele Einsatzgebiete wie z.B. als Flugsimulator(Abbildung 16), im Bereich der
CAD Entwicklung um den Entwicklern in einem dreidimensionalen System das Aussehen von Geräten oder Gebäuden zu vermitteln. Dies sind nur zwei von vielen weiteren
Gebieten in denen heutzutage die CAVE genutzt wird.
[1](s. 132-133)[15]
Abbildung 16: Cave [64]
23
5 Hardware
5.2.3 Akustisch
Die akustische Ausgabe ist neben dem Sehen ebenfalls eine sehr gute und Möglichkeit
dem Nutzer ein realistisches VR Erlebnis zu verschaen. Es können so z.B. auch Ereignisse dargestellt werden, die auÿerhalb des Sichtfeldes des Nutzer sind. Ausgabegeräte sind
z.B. der Stereokopfhörer der zumindest zwischen links und recht unterscheiden kann oder
5.1 Lautsprechersysteme welche dem Nutzer einen zweidimensionalen Eindruck vermitteln. Auÿerdem gibt es noch Lautsprecherarrays die einen dreidimensionalen Eindruck
erklingen lassen. Hier heiÿt es, je mehr Lautsprecher desto besser. Der Verwaltungsaufwand und die benötigte Technik steigen hierbei allerdings stark an, da jeder Lautsprecher
separat angesprochen werden muss. [1](S.154)[15]
Abbildung 17: Lautsprecher Array [65]
Haptisch
Die haptische Ausgabe wird benötigt um dem Nutzer, Objekte in der vir-
tuellen Welt auch spürbar zumachen. Heutzutage wird dabei hauptsächlich an Geräten
für Hände und Arme gearbeitet, da diese die meisten Tastrezeptoren im Körper haben.
Geräte die auch andere Körperbereiche stimulieren sind meist sehr komplex.
5.2.4 Touch-Feedback
Beim Touch-Feedback geht es darum, dem Nutzer das erfühlen von Gegenständen und
Oberächen der virtuellen Realität zu vermitteln. Momentan wird daran geforscht, dies
mittels kleinen Lufttaschen in Handschuhen zu realisieren. In diesen Handschuhen benden sich etwa 20 kleine Airbags welche über einen Controller gesteuert werden. Mit
Hilfe von 2 kleinen Luftröhrchen können diese Airbags entweder aufgeblasen oder entlüftet werden.
24
5 Hardware
Abbildung 18: Handschuh mit kleinen Airbags [66]
Eine andere Möglichkeit des Touch-Feedbacks bieten Mikropin Arrays. Diese sitzen,
Matrix artig angeordnet, unterhalb des Handschuhes. Werden diese Streifen von einem
Strom durchossen, richtet sich der Zinnstreifen auf und lässt den Pin nach oben wandern. Wird der Stromkreis unterbrochen, nehmen Streifen und Pin ihre Ausgangsposition
ein.
Abbildung 19: Handschuh mit Mikropin Arrays [66]
Die Stimulation der Hand durch elektrische Impulse wurde wie die direkte Erregung
von Nervenbahnen aus Sicherheitsgründen verworfen. [1](S.154-155)[15][20][16]
25
5 Hardware
5.2.5 Force-Feedback
Da das Erfühlen einer VR alleine nicht ausreicht, da man auch das Körpergefühl vermitteln will, wurde das Force-Feedback eingeführt. Hier geht es darum dem Nutzer z.B.
ein Gefühl der Schwere eines Objektes zu vermitteln. Force-Feedback Systeme sind oft
mechanisch. Nachteil ist, dass mechanische Geräte (Exoskelett) oft den Immersionsgrad
einschränken, da sie nur einen beschränkten Aktionsradius erlauben. Ein Beispiel hierfür
ist der Dexmo F2 von Dexta Robotics. Dieser wird mit allen Fingern verbunden. Greift
man nun in der virtuellen Realität z.B. einen Ball, so erzeugt der Handschuh den passenden Gegendruck. Des Weiteren dient der Handschuh auch als Eingabegerät indem er
die Position der Finger bestimmen kann. [21][15]
Abbildung 20: Dexmo F2 von Dexta Robotics [67]
5.3 Eingabegeräte
5.3.1 Datenhandschuh
Der Datenhandschuh wurde erstmals von der Firma VPL Research im Jahr 1987 entwickelt. Hier werden die Bewegungen und Beugungen der Finger mittels Lichtwellenleiter
auf dem Handrücken gemessen. Es gibt für jeden Finger (auÿer dem Daumen) zwei
Kabel. Eines läuft bis zum ersten Fingergelenk, das Zweite endet am zweiten Gelenk.
Die Kabel laufen jeweils in einer Schleife vom Steuergerät zu den Fingern und zurück.
An einem Ende jedes Kabels wird über eine Leuchtdiode Licht in das Kabel geschickt.
Am anderen Ende wird die ankommende Lichtintensität durch eine Fotozelle gemessen
und in bestimmbare elektrische Signale umgewandelt. Über diese Signale kann dann der
Computer die Fingerbewegungen der Hand visualisieren. [15][16]
26
5 Hardware
Abbildung 21: P5 Glove [68]
5.3.2 Datenanzug
Der Datenanzug ist die Weiterentwicklung des Datenhandschuhs, hier werden allerdings
die Krümmungswinkel vieler Körperteile erfasst. Hierbei kommen Tracking und die gleichen optischen Kabel wie beim Datenhandschuh zum Einsatz. Heute wird diese weiterentwickelte Technik (Motion Capture) oft in der Spiele und Film Entwicklung eingesetzt.
Dort werden die Sensoren meisten direkt am Körper angebracht und nicht mehr über
einen Anzug, da dieser die Bewegung einschränkte. [15][16][19]
5.3.3 Controller:
Momentan werden die VR-Systeme von Valve und co. mit einem eigenen Controller
ausgeliefert. Da die meisten den Umgang mit Controllern durch die Computerspiele
schon gewohnt sind. Zwar haben diese oft keinen guten Immersiongrad wie z.B. ein
Datenhandschuh, werden dafür aber vom Nutzer intuitiver genutzt. [22]
Abbildung 22: Oculus Controller [69]
27
5 Hardware
5.3.4 Tracking
Tracking-Systeme (Positionserfassungssysteme) werden benötigt um Bewegungen die der
Nutzer macht in der virtuellen Welt zu simulieren. Hier gibt es sehr viele verschiedene
Verfahren die eingesetzt werden. Mechanisches, wie beim Dexmo F2, elektromagnetisches, akustisches, oder optisches Tracking sind nur ein paar der vielen existierenden
Techniken. Doch vor allem in den letzten Jahren hat sich das optische Tracking-Verfahren
vermehrt durchgesetzt, da es vielseitig eingesetzt werden kann und die Genauigkeit sich
stark verbessert hat. [1](S. 104-106)[18][15]
Abbildung 23: Optical Tracking [70]
28
6 Einsatzgebiete
6 Einsatzgebiete
6.1 Entertainment
Einer der wichtigsten ökonomischen Faktoren der VR ist die Unterhaltungsindustrie, die
ein groÿes Interesse daran hat preiswerte Systeme für den privaten Gebrauch zu entwickeln, um so schnell möglichst viele Menschen zu erreichen. Mehr als 30 VR-Spiele sind
für die Oculus Rift bereits bestätigt, weitere 50 Titel für die HTC Vive und viele weitere
in Planung. In der Zukunft soll man auch über die virtuelle Realität einen perfekten
Sitzplatz haben, von dem man die Sportveranstaltungen verfolgen kann. Es gibt bereits
die ersten Live-Konzerte z.B von Paul McCartney die virtuell verfügbar sind. [6][7][8][9]
6.2 Anlagenbau
Im Anlagenbau wird VR als Integrationsplattform oder auch als Kommunikationsplattform genutzt. Behördenplanung und Generalbebauung sowie virtuelle Begehungen zählen auch dazu. [5]
Abbildung 24: Anlagenbau [71]
6.3 Bauwesen und Architektur
Sehr hilfreich kann die VR im Bauwesen und in der Architektur eingesetzt werden. Sie
ndet vor allem Anwendung bei der virtuellen Planung für den Bau von Gebäuden oder
auch für die Infrastrukturplanung durch virtuelle Begehungen. [5]
6.4 Automobil
In der Automobil Branche hat die Virtuelle Realität sehr stark Fuÿ gefasst. Die Anwendungsfelder sind hier sehr vielfältig. Einsatzgebiete sind:
29
6 Einsatzgebiete
•
Für Virtuellen Design-Prototypen
•
Stoÿbelastungen
•
Für simulierte Crashs
•
Fertigungsprozesse
•
Planung Montagesysteme
•
Logistik
•
Montage
•
Demontage
•
Service
•
Reparatur
•
Wartung
[5]
Abbildung 25: Automobil [72]
6.5 Bergbau, Öl- und Gasindustrie
Mit Hilfe der VR-gestützten Prospektion kann die Ausrichtungsplanung für den Bergbau
erleichtert und besser geplant werden. Für die Sicherheitstechnik kann sie jedoch auch
sehr hilfreich sein für z.B Fluchtkonzepte oder auch Schutzmaÿnahmen.
Die Öl- und Gasindustrie war, neben der Automobilindustrie einer der ersten Zweige
30
6 Einsatzgebiete
der Wirtschaft die VR/AR nutzen.
Seit Ende der 90er arbeitet die Industrie eng mit der Forschung zusammen, so wurde z.B.
das VRGeo-Konsortium gegründet. Die Öl- und Gasindustrie nutzt künstlich erzeugte
seismische Wellen um die obere Erdkruste zu erforschen, die gesammelten Daten können
dann grasch bzw. digital abgebildet werden. 1997 wies William K. Aylor nach, dass
durch die Betrachtung der gesammelten Daten in 3D (VR), der Erfolg bei der Suche von
Öl und Gas stark anstieg. [1](S. 300-303)[5]
Abbildung 26: Bergbau [72]
6.6 Energie & Umwelt
Hier kann VR für Kraftwerksplanung oder strömungstechnische Optimierungen von
Kraftwerksturbinen und Zuläufen genutzt werden. [5]
Abbildung 27: Energie & Umwelt [72]
31
6 Einsatzgebiete
6.7 Kultur
Durch virtuelle Realität kann man im Museum vieles visualisieren, mit Ausstellungskontexten sowie die Visualisierung des Kulturerbes. [5]
Abbildung 28: Kultur [72]
6.8 Luft- & Raumfahrt
Die Produktentwicklung und Produktgestaltung kann durch VR besser dargestellt werden. Eine Cockpit-Evaluation, Flugsimulation kann visuell besser erprobt werden.
Auch die Raumfahrt hat groÿes Interesse daran, eine gute und möglichst exakte virtuelle
Realität zu entwickeln. So können Raumfahrer ihre Mission schon möglichst realistisch
in einer VR üben. So gibt es an der RWTH Aachen schon Entwicklungen, die mit Hilfe von VR auch möglichst Datums genaue Reexionen der Sonne an Wolken oder am
Satellit simulieren, um z.B. Reparaturen an Satelliten zu üben. [1](S.303-305)[5]
Abbildung 29: Luft & Raumfahrt [72]
6.9 Maschinenbau
Für virtuelles Design von Prototypen oder der Analyse von Simulationsdaten in der
Strukturmechanik ist VR ein wichtiger Nutzen für die Branche Maschinenbau. [5]
32
6 Einsatzgebiete
6.10 Medizin
Durch VR kann die Medizin auch gut unterstützt werden z.B für VR-gestützte Diagnostik, analysierte 3D-Daten aus volumengebenden Verfahren und auch für den Planungseingri der Abläufe, Wege und der Bestrahlung.
Das Entwicklungsstudio Vedavi arbeitet zusammen mit der Universität Zürich derzeit an
dem Projekt VR Human Anatomy, dieses soll Studenten helfen die komplexe menschliche Anatomie besser zu begreifen. [5][10]
Abbildung 30: VR Human Anatomy [73]
6.11 Rettungsdienste und Verbrecherjagd
Hier können Wetter-Szenarien, Brände, Überschwemmungen und Schadsto Ausbreitungen simuliert werden.
Doch auch bei der Verbrecherjagd kann VR zum Einsatz kommen so kann z.B. ein
Tatort mit 3D-Kamera aufgenommen werden um so später den Tatort nochmal virtuell zu betreten, auÿerdem kann dies auch vor Gericht helfen dem Richter einen besser
Einblick ins Geschehen zu geben. [5][11]
6.12 Schisbau
Durch virtuelle Entwicklung kann die Konstruktion das Styling, Design, Ergonomie und
die Hafenplanung geplant werden. [5]
6.13 Textil
Durch VR kann ein digitaler Entwurf für das Fashion und ein virtuelles Training für den
Entwurf für haptische Darstellung virtueller Textilien visualisiert werden.
An der TU Chemnitz forscht man z.B. an Themen wie Virtuelles Schuh- und Stiefeldesign hier wird mit Hilfe haptischer Geräte der Stiefel simuliert. So kann der Designer in
33
6 Einsatzgebiete
einer VR den Gegendruck des zu entwerfenden Schuhes spüren und kann so möglichst
realitätsnah seine Arbeit entwickeln. [1](S.306-309)[5]
Abbildung 31: Textil [76]
6.14 Wehrtechnik
In der Wehrtechnik kann mit Hilfe der VR für das Militär verschiedene Szenarien geübt
und simuliert werden z.B die Nachtsichtsimulation oder Gefechtsfeldsimulatoren.
Die norwegische Armee testet momentan das Panzerfahren mit Hilfe der Oculus-Rift.
Hier werden durch den Einsatz von HUD(Head up Display) viele Zusatzinformationen
eingeblendet. Somit war es den Soldaten möglich den Panzer, bei geschlossener Luke,
zentimetergenau einzuparken. [5][12]
Abbildung 32: Armee [74]
34
7 Gefahren und Risiken
7 Gefahren und Risiken
Die virtuelle Realität wird im medizinischen Bereich noch stärker eingesetzt werden
und die Möglichkeiten werden explodieren. Schon heute gehört es im terapeutischen
Bereich zum Standard bei bestimmten psychischen Erkrankungen, wie Klaustrophobie
( krankhafte Angst vor dem Aufenthalt in geschlossenen Räumen )[39], Arachnophobie ( krankhafte Furcht vor Spinnen )[40], Aviophobie( Angst vorm Fliegen )[41] und
vielen weiteren Phobien.[42] Hierbei werden die Patienten mit der eigentlichen Angst
auseinandergesetzt. Für die Arachnophobie bedeutet das, dass die Hände auf den Tisch
gelegt werden und sich virtuell Spinnen den virtuellen Händen nähern, wobei die tatsächlichen Hände ebenfalls auf einem Tisch sind. Nachdem der virtuelle Kontakt mit
Spinnen beendet ist, sind die Patienten eher bereit echten Spinnen entgegen zu treten.
7.1 Verhaltensübertragung auf die reale Welt
Wenn man diesen psychologischen Vorgang überträgt, so wird klar, dass auch andere
Dinge die in der virtuellen Welt stattnden, die Hemmschwelle der Aktionen in der
tatsächlichen Welt zu wiederholen, deutlich gemindert wird. Das Problematische darin
ist, dass dieser Eekt sich nicht nur auf positives Verhalten übertragen lässt, sondern
auch auf moralisch verweriches und/oder verbotenes. Computerspiele mit einem sehr
groÿen Gewaltanteil existieren schon lange auf dem Markt und die bessere Leistung der
Computer sorgt dabei für ein immer realistischeres Bild von der tatsächlichen Welt. Es
ist eine Sache, wenn wir über einen Bildschirm mit einem Avatar bestimmte Aktionen
ausführen. Jedoch bringt VR die Möglichkeit mit diesen Vorgang deutlich reeller wirken
zu lassen und bringt somit eine völlig neue Sparte von Gefahren und Risiken mit sich.
Ferner existieren keine entsprechenden Langzeitstudien über das Thema Virtual Reality, da dies auch für die Wissenschaft ein junger Bereich ist und VR noch nicht lange
genug existiert, als dass Langzeitstudien möglich gewesen wären (vergl. Geschichtliche
Entwicklung).
7.2 Vernachlässigung der Realität
In der USA gab es eine Umfrage unter 14 bis 49 Jährigen, wie wahrscheinlich sie es
auf einer Skala von 1 bis 5 einschätzen, dass Benutzer von VR sich in der digitalen
Welt verlieren. Von den Befragten gaben 28 % an, dass sie es für wahrscheinlich halten.
Ganze 23 % waren sogar der Meinung, dass es sehr wahrscheinlich ist. 30 % gaben an,
dass es ein mäÿiges Risiko gäbe, 10 % hielten es für unwahrscheinlich und 9 % für sehr
unwahrscheinlich.[44]
35
7 Gefahren und Risiken
7.3 Bestehende Gesetze
Es wird mit dem weiteren Ausbau des VR-Bereiches notwendig, dass wir gesetzliche Standards denieren, um sicherzustellen, dass Eskalationen in der realen Welt, denen VR zu
Grunde liegt zu unterbinden, indem ein Bewusstsein für das Thema geschaen wird und
die Gesetzgebung hinterfragt und beschlieÿt, wie weit die gesetzlichen Bestimmungen
für Computerspiele sich auf den VR-Bereich adaptieren lassen können. Die Wissenschaft
kann ihren Beitrag damit leisten, zu versuchen bereits erfasste Daten zum Beispiel aus
dem Bereich "Computerspieleÿu nutzen und Rückschlüsse über die Entwicklung der VR
zu ziehen und Prognosen zu erstellen und zu publizieren. Möglichkeiten bestehen auch
darin, Studien anzufertigen, da es mittlerweile genug Personen gibt, die VR aktiv nutzen, um Daten zu sammeln[43]
7.4 Moralische Fragenstellungen
Wenn sichergestellt ist, dass VR in dieser Hinsicht sicher ist, so stellt sich immer noch
die Frage, ob es moralisch richtig ist. Die Pornoindustrie hat in ihrer Produktpalette
seit einiger Zeit auch 360-Grad-Videos. Eines der ersten Unternehmen, dass mit Filmen angefangen hat, die speziell für VR-Brillen konzipiert sind ist VirtualRealPorn,
welches seit 2014 solche Filme produziert.[45] Gerade in diesem Bereich gibt es spezielle
Kundenwünsche, welchen aus Gewinnmaximierungsgründen, vorausgesetzt die Rahmenbedingungen, wie die Rechtsgebung passen, nachgegeben.[46] Gehen wir von folgenden
Gedankenexperiment aus: Ein Unternehmen aus dem oben genannten Bereich bietet
virtuellen Geschlechtsverkehr mit einer beliebigen Person an. Hierfür muss lediglich ein
biometrisches Bild der Zielperson hochgeladen werden oder es gibt einen extremen Bereich, der auch das Ausführen einer virtuellen Vergewaltigung zulässt. Es werden in
Zukunft neue Regelungen notwendig sein, um die Persönlichkeitsrechte zu wahren und
solche Fälle abzuklären.
7.5 Nebenwirkungen
Hinzu kommen die Risiken für die Gesundheit, da die Langzeitfolgen von VR noch nicht
erforscht werden konnten. Bei zu langen Konsum kann es zu Kinetose kommen. Dies
ist vergleichbar mit einer Seekrankheit von den Beschwerden, dazu gehören Schwindel,
Übelkeit und Kopfschmerzen. Selten kann auch Epilepsie ausgelöst werden[47] Es besteht
der Verdacht, dass die Langzeitfolge von häuger Nutzung Depressionen sein können,
sowie dass eine VR-Sucht entsteht.[48] Die Schäden, die an der Einrichtung während
einer VR-Sitzung entstehen können und die Schäden, die am Leib entstehen sind nicht
zu unterschätzen und können in Extremfällen sogar zum Tod führen.
36
8 Zukunftsprognose
8 Zukunftsprognose
Das Betrachten von virtuellen Räumen ist durch vielerlei Unternehmen schon heute
möglich. Das aufgekaufte Google-Tochterunternehmen YouTube bietet ein Videoportal
an, in welcher es seit einem Jahr 360-Grad-Videos, und seit zwei Monaten auch live
360-Grad-Videos anbietet. Das Potenzial dieser Sache ist noch nicht im vollen Umfang
ausgeschöpft. Wie wäre es, wenn wir anstelle von unserem abendlichen Fernsehprogramm
eine kurze virtuelle Weltreise unternehmen?! Interessante Bauwerke werden besucht und
digital angeschaut werden können. Und sollte der nächste Urlaub dann doch wirklichen
im Ausland stattnden, so wird es möglich sein, sich die Zimmer vor der Buchung noch
genau anzuschauen und abzulaufen.
8.1 Schnelle Entwicklung
Die Entwicklung rast rasant voran und selbst für Personen, die direkt an der Entwicklung
beteiligt sind, ist es schwer sich vorzustellen, wo wie Reise hingeht. Der Entwickler des
Internets hatte auch nicht damit gerechnet, dass das Internet sich so entwickeln wird.
8.2 Virtuelles Fuÿball
Denkbar ist es, dass wir in der Zukunft virtuell Fuÿball gegeneinander spielen können.
Der Ball wird über einen Druckanzug nachgeahmt, welches Druck auf unseren jeweiligen
Bereich ausübt. Die Soundtechnik wird einem originalen Stadion nachempfunden sein
und auch die Kommunikation zwischen den Spielern wird stattnden können, wie wir
es vom richtigen Fuÿball gewohnt sind. Zusätzlich wird es noch mehr Spielmodi geben,
als uns die Realität bieten kann, zum Beispiel ein Spiel, mit veränderter Gravitation,
welches uns höhere Sprünge und ein verändertes Ballverhalten bittet. Dies wird nur einer
von vielen Spielmöglichkeiten sein. Sponsoring wird lukrativ wie noch nie, denn reelle
Unternehmen werden auf den Schildern Ihre kundenspezische Werbung platzieren können und das Training ndet mit einer künstlichen Intelligenz statt, welche einen echten
Prospieler nachahmt oder diesen sogar übertreen kann, je nach Schwierigkeitsgrad den
man auswählt. Und falls man keine Lust mehr hat auf virtuelles Fuÿball, dann legt man
sich in Ägypten an den Strand, virtuell versteht sich.
8.3 Home-Oce
In manchen Berufen wird das Arbeiten von Zuhause möglich sein. Einige Aufgaben werden mit der VR-Brille zu erledigen sein. Sei es das Design einer Karosserie eines neuen
37
8 Zukunftsprognose
Prototyps oder von Baukonstruktionen.
8.4 Gemeinsame Standards
Bald wird es notwendig sein, dass gemeinsame Standards deniert werden, ähnlich wie in
der Smartphonewelt, in welcher Android von vielen Geräten eingesetzt wird. Dies wird
notwendig sein, da später viele Unternehmen in den VR-Bereich in die Entwicklung von
Brillen einsteigen werden und die Entwickler nicht die Möglichkeit haben, für jede Brille
eine eigene Software zu entwickeln.
8.5 Entwicklungsrichtung
In ferner Zukunft ist es auch denkbar, dass wir komplett in eine virtuelle Welt abtauchen und fast alles dort erledigen, abgesehen vom Existenziellen, wie die Versorgung mit
Nahrung oder die Körperhygiene.
In welche Richtung der Entwicklung es gehen wird, das lässt sich momentan nur spekulieren.
Abschlieÿend lässt sich mit einem lächeln sagen, dass nur sicher ist, dass Google eine neue Brille herausbringen wird, die besser nicht ohne Add-Blocker benutzt wird, bei
Apples VR-Brille wird das Kabel nach einem halben Jahr kaputt sein und so viel kosten,
wie zwei neue Brillen und Microsoft wird eine herausbringen, die einen mit Blue-Screen
begrüÿt, nachdem sie zwei Stunden Updates installiert hat.
38
9 Quellen
9 Quellen
Literatur
Textquellen
[1] Buch{Autor: Ralf Dörner, Wolfgang Broll, Paul Grimm, Bernhard Jung
Titel: Virtual und Augmented Reality
Verlag: Springer-Verlag
Jahr: 2013
ISBN:978-3-642-28902-6}
[2]
http://upload-magazin.de/blog/10578-marktueberblick-virtualreality-brillen-explodierende-vielfalt/,
Zugri 10.06.2016
[3]
http://www.itwissen.info/definition/lexikon/Virtuelle-Realitaet-VRvirtual-reality.html,
Zugri 09.06.2016
[4]
http://www.itwissen.info/definition/lexikon/augmented-reality-ARErweiterte-Realitaet.html,
Zugri 09.06.2016
[5]
http://www.vdc-fellbach.de/files/other/Einsatzgebiete%20von%20VRProfessionals%20in%20der%20Wirtschaft.pdf,
Zugri 09.06.2016
[6]
http://upload-magazin.de/blog/10600-ueber-20-beispiele-fuer-daspotenzial-von-virtual-reality-jenseits-von-spielen/,
Zugri 09.06.2016
[7]
http://virtualbiz.de/2015/07/branchen_anwendungsbereiche_die_
vorreiter/,
Zugri 09.06.2016
[8]
http://www.pcgames.de/Special-Thema-215651/Specials/Games-die-wirmit-VR-Headset-erleben-wollen-1189685/,
Zugri 09.06.2016
[9]
https://books.google.de/books?id=AmanBgAAQBAJ&pg=PA29&
lpg=PA29&dq=VR+einsatz+entertainment&source=bl&ots=
1iCbJCKrr8&sig=UpBpG__leUVYtS25Iq6CQU6Z3wY&hl=en&sa=X&ved=
0ahUKEwiBw9eNjJvNAhWFkywKHWvoAggQ6AEITjAF#v=onepage&q=VR%20einsatz%
20entertainment&f=false,
Zugri 09.06.2016
39
Literatur
[10]
http://www.vrnerds.de/vr-human-anatomy-soll-den-menschlichenkoerper-greifbar-machen/;
Zugri 09.06.2016
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Abbildungsverzeichnis
1
Papstwahl 2006/2013 [75]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
2
Polarisator-Eekt [49]
3
ENIAC Rechenwerk [50]
4
Sensorama [51]
5
The Sword of Damocles [52]
6
VIVED [54]
7
Jaron Lanier's Datenhandschuh [55] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
8
CAVE [56] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
9
Forte VFX1 [57] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
10
Virtual Boy [58] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
11
John Carmack & Palmer Luckey [59]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
12
HTC's ReVive [60]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
13
Absatzprognose von vier Unternehmen [61] . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
14
Virtual Reality Revienue by industry [62] . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
15
Oculus Rift [63] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
16
Cave [64] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
17
Lautsprecher Array [65]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
18
Handschuh mit kleinen Airbags [66] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
19
Handschuh mit Mikropin Arrays [66]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25
20
Dexmo F2 von Dexta Robotics [67]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
21
P5 Glove [68]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
22
Oculus Controller [69]
23
Optical Tracking [70] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
24
Anlagenbau [71] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
25
Automobil [72]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
26
Bergbau [72] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
27
Energie & Umwelt [72] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
27
Abbildungsverzeichnis
28
Kultur [72] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
29
Luft & Raumfahrt [72]
32
30
VR Human Anatomy [73]
31
Textil [76]
32
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
Armee [74] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
46