Virtuelle Realität – Wikipedia

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Computersimulierte Umgebung, die physische Präsenz in realen oder imaginären Welten simuliert

Virtuelle Realität ((VR) ist eine simulierte Erfahrung, die der realen Welt ähnlich oder völlig anders sein kann. Anwendungen der virtuellen Realität umfassen Unterhaltung (z. B. Videospiele) und Bildung (z. B. medizinische oder militärische Ausbildung). Andere unterschiedliche Arten von VR-Technologie umfassen Augmented Reality und Mixed Reality, die manchmal als Extended Reality oder XR bezeichnet werden.[1]

Man kann zwischen zwei Arten von VR unterscheiden; immersive VR und textbasierte vernetzte VR (auch als “Cyberspace” bekannt).[2] Die immersive VR ändert Ihre Ansicht, wenn Sie Ihren Kopf bewegen. Während beide VRs für das Training geeignet sind, wird der Cyberspace für das Fernstudium bevorzugt.[2] In einigen Fällen ergänzen sich diese beiden Typen sogar gegenseitig. Diese Seite konzentriert sich hauptsächlich auf die immersive VR.

Derzeit verwenden Standard-Virtual-Reality-Systeme entweder Virtual-Reality-Headsets oder Umgebungen mit mehreren Projektionen, um realistische Bilder, Töne und andere Empfindungen zu erzeugen, die die physische Präsenz eines Benutzers in einer virtuellen Umgebung simulieren. Eine Person, die Virtual-Reality-Geräte verwendet, kann sich in der künstlichen Welt umsehen, sich darin bewegen und mit virtuellen Funktionen oder Objekten interagieren. Der Effekt wird üblicherweise durch VR-Headsets erzeugt, die aus einem am Kopf montierten Display mit einem kleinen Bildschirm vor den Augen bestehen, kann aber auch durch speziell gestaltete Räume mit mehreren großen Bildschirmen erzeugt werden. Die virtuelle Realität beinhaltet normalerweise akustisches und Video-Feedback, kann aber auch andere Arten von sensorischem Feedback und Force-Feedback durch haptische Technologie ermöglichen.

Etymologie[edit]

“Virtuell” hat seit Mitte des 14. Jahrhunderts die Bedeutung “etwas im Wesentlichen oder wirkungsvoll zu sein, wenn auch nicht tatsächlich oder tatsächlich”.[3] Der Begriff “virtuell” wird seit 1959 im Sinne von “nicht physisch vorhanden, sondern durch Software angezeigt” verwendet.[3]

Der französische Avantgarde-Dramatiker Antonin Artaud beschrieb 1938 die Illusion von Figuren und Objekten im Theater als “la réalité virtuell” in einer Sammlung von Aufsätzen, Le Théâtre et son double. Die englische Übersetzung dieses Buches, veröffentlicht 1958 als Das Theater und sein Doppel,[4] ist die früheste veröffentlichte Verwendung des Begriffs “virtuelle Realität”. Der von Myron Krueger geprägte Begriff “künstliche Realität” wird seit den 1970er Jahren verwendet. Der Begriff “virtuelle Realität” wurde erstmals in einem Science-Fiction-Kontext verwendet Das Judas Mandala, ein 1982er Roman von Damien Broderick.

Formen und Methoden[edit]

Eine Methode, mit der virtuelle Realität realisiert werden kann, ist simulationsbasierte virtuelle Realität. Fahrsimulatoren vermitteln dem Fahrer an Bord beispielsweise den Eindruck, tatsächlich ein tatsächliches Fahrzeug zu fahren, indem sie die durch Fahrereingaben verursachte Fahrzeugbewegung vorhersagen und dem Fahrer entsprechende visuelle, Bewegungs- und akustische Hinweise zurückgeben.

Mit der bildbasierten virtuellen Realität eines Avatars können Menschen der virtuellen Umgebung in Form eines realen Videos sowie eines Avatars beitreten. Man kann an der 3D-verteilten virtuellen Umgebung entweder als herkömmlicher Avatar oder als reales Video teilnehmen. Benutzer können ihre eigene Art der Teilnahme basierend auf der Systemfähigkeit auswählen.

In der projektorbasierten virtuellen Realität spielt die Modellierung der realen Umgebung eine wichtige Rolle in verschiedenen Virtual-Reality-Anwendungen wie der Roboternavigation, der Konstruktionsmodellierung und der Flugzeugsimulation. Bildbasierte Virtual-Reality-Systeme erfreuen sich in Computergrafik- und Computer-Vision-Communities zunehmender Beliebtheit. Bei der Erstellung realistischer Modelle ist es wichtig, erfasste 3D-Daten genau zu registrieren. In der Regel wird eine Kamera zum Modellieren kleiner Objekte in kurzer Entfernung verwendet.

Bei der Desktop-basierten virtuellen Realität wird eine virtuelle 3D-Welt auf einem normalen Desktop-Display angezeigt, ohne dass spezielle VR-Positionsverfolgungsgeräte verwendet werden müssen. Viele moderne Ego-Videospiele können als Beispiel verwendet werden, wobei verschiedene Auslöser, reaktionsschnelle Charaktere und andere solche interaktiven Geräte verwendet werden, um dem Benutzer das Gefühl zu geben, sich in einer virtuellen Welt zu befinden. Eine verbreitete Kritik an dieser Form des Eintauchens ist, dass es keinen Sinn für peripheres Sehen gibt, was die Fähigkeit des Benutzers einschränkt, zu wissen, was um ihn herum geschieht.

Ein Omni-Laufband, das auf einer VR-Tagung verwendet wird.

Ein Head-Mounted Display (HMD) taucht den Benutzer vollständiger in eine virtuelle Welt ein. Ein Virtual-Reality-Headset enthält normalerweise zwei kleine hochauflösende OLED- oder LCD-Monitore, die für jedes Auge separate Bilder für stereoskopische Grafiken liefern, die eine virtuelle 3D-Welt, ein binaurales Audiosystem, eine Positions- und Rotations-Echtzeit-Kopfverfolgung für sechs Bewegungsgrade darstellen. Zu den Optionen gehören Bewegungssteuerungen mit haptischem Feedback für die intuitive physische Interaktion innerhalb der virtuellen Welt mit wenig bis gar keiner Abstraktion und ein omnidirektionales Laufband für mehr Bewegungsfreiheit, sodass der Benutzer die Bewegung der Lokomotive in jede Richtung ausführen kann.

Augmented Reality (AR) ist eine Art Virtual-Reality-Technologie, die das, was der Benutzer in seiner realen Umgebung sieht, mit digitalen Inhalten kombiniert, die von Computersoftware generiert werden. Die zusätzlichen Software-generierten Bilder mit der virtuellen Szene verbessern in der Regel das Erscheinungsbild der realen Umgebung. AR-Systeme schichten virtuelle Informationen über einen Kamera-Live-Feed in ein Headset oder Smartglasses oder über ein mobiles Gerät, sodass der Benutzer dreidimensionale Bilder anzeigen kann.

Mixed Reality (MR) ist die Verschmelzung von realer und virtueller Welt zu neuen Umgebungen und Visualisierungen, in denen physische und digitale Objekte nebeneinander existieren und in Echtzeit interagieren.

Ein Cyberspace wird manchmal als vernetzte virtuelle Realität definiert.[5]

Die simulierte Realität ist eine hypothetische virtuelle Realität, die genauso eindringlich ist wie die tatsächliche Realität und eine fortgeschrittene lebensechte Erfahrung oder sogar eine virtuelle Ewigkeit ermöglicht.

Geschichte[edit]

View-Master, ein stereoskopischer visueller Simulator, wurde 1939 eingeführt

Die genauen Ursprünge der virtuellen Realität sind umstritten, auch weil es schwierig war, eine Definition für das Konzept einer alternativen Existenz zu formulieren.[6] Die Entwicklung der Perspektive in Europa der Renaissance schuf überzeugende Darstellungen von Räumen, die es nicht gab, was als “Multiplikation künstlicher Welten” bezeichnet wurde.[7] Andere Elemente der virtuellen Realität tauchten bereits in den 1860er Jahren auf. Antonin Artaud vertrat die Ansicht, dass die Illusion nicht von der Realität verschieden sei, und befürwortete, dass die Zuschauer eines Stücks den Unglauben aussetzen und das Drama auf der Bühne als Realität betrachten sollten.[4] Die ersten Hinweise auf das modernere Konzept der virtuellen Realität stammten aus der Science-Fiction.

20. Jahrhundert[edit]

Morton Heilig schrieb in den 1950er Jahren ein “Experience Theatre”, das alle Sinne auf effektive Weise einbeziehen und so den Betrachter in die Bildschirmaktivität einbeziehen konnte. Er baute 1962 einen Prototyp seiner Vision namens Sensorama sowie fünf Kurzfilme, die darin gezeigt werden sollten, während mehrere Sinne (Sehen, Tönen, Riechen und Berühren) angesprochen wurden. Vor dem Digital Computing war das Sensorama ein mechanisches Gerät. Heilig entwickelte auch die sogenannte “Telesphere Mask” (1960 patentiert). Die Patentanmeldung beschrieb die Vorrichtung als “eine Teleskopfernsehvorrichtung für den individuellen Gebrauch … Der Zuschauer erhält ein vollständiges Gefühl der Realität, dh bewegte dreidimensionale Bilder, die in Farbe sein können, mit 100% peripherer Sicht, binauralem Ton, Gerüchen und Luftbrise. “[8]

Im Jahr 1968 schuf Ivan Sutherland mit Hilfe seiner Schüler, darunter Bob Sproull, das weithin als das erste am Kopf montierte Anzeigesystem für den Einsatz in immersiven Simulationsanwendungen. Es war sowohl in Bezug auf die Benutzeroberfläche als auch in Bezug auf den visuellen Realismus primitiv, und das vom Benutzer zu tragende HMD war so schwer, dass es an der Decke aufgehängt werden musste. Die Grafiken, aus denen sich die virtuelle Umgebung zusammensetzte, waren einfache Drahtmodellmodelle. Das beeindruckende Erscheinungsbild des Geräts inspirierte seinen Namen The Damordles-Schwert.

1970–1990[edit]

Die Virtual-Reality-Industrie stellte von 1970 bis 1990 hauptsächlich VR-Geräte für medizinische Zwecke, Flugsimulationen, das Design der Automobilindustrie und militärische Trainingszwecke zur Verfügung.[9]

David Em war der erste Künstler, der von 1977 bis 1984 im Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA navigierbare virtuelle Welten produzierte.[10] Die Aspen Movie Map, eine grobe virtuelle Tour, bei der Benutzer in einem der drei Modi (Sommer, Winter und Polygone) durch die Straßen von Aspen wandern konnten, wurde 1978 am MIT erstellt.

1979 entwickelte Eric Howlett das optische System Large Expanse, Extra Perspective (LEEP). Das kombinierte System erzeugte ein stereoskopisches Bild mit einem Sichtfeld, das breit genug war, um ein überzeugendes Raumgefühl zu erzeugen. Die Benutzer des Systems waren beeindruckt von der Tiefenempfindung (Sichtfeld) in der Szene und dem entsprechenden Realismus. Das ursprüngliche LEEP-System wurde 1985 für das Ames Research Center der NASA für die erste Virtual-Reality-Installation, die VIEW (Virtual Interactive Environment Workstation) von Scott Fisher, überarbeitet. Das LEEP-System bildet die Basis für die meisten modernen Virtual-Reality-Headsets.[11]

Ein VPL Research DataSuit, ein Ganzkörper-Outfit mit Sensoren zur Messung der Bewegung von Armen, Beinen und Rumpf. Entwickelt um 1989. Ausgestellt im Nissho Iwai Showroom in Tokio

In den 1980er Jahren wurde der Begriff “virtuelle Realität” von Jaron Lanier, einem der modernen Pioniere der Branche, populär gemacht. Lanier hatte 1985 die Firma VPL Research gegründet. VPL Research hat mehrere VR-Geräte wie DataGlove, EyePhone und AudioSphere entwickelt. VPL lizenzierte die DataGlove-Technologie an Mattel, die daraus den Power Glove machte, ein frühes erschwingliches VR-Gerät.

Atari, Inc. gründete 1982 ein Forschungslabor für virtuelle Realität, das jedoch nach zwei Jahren wegen des Atari-Schocks (Absturz des Videospiels von 1983) geschlossen wurde. Die angestellten Mitarbeiter wie Tom Zimmerman, Scott Fisher, Jaron Lanier, Michael Naimark und Brenda Laurel forschten und entwickelten jedoch weiterhin VR-bezogene Technologien.

1988 war das Cyberspace-Projekt bei Autodesk das erste, das VR auf einem kostengünstigen Personal Computer implementierte[12][13]

. Der Projektleiter Eric Gullichsen verließ das Unternehmen 1990, um die Sense8 Corporation zu gründen und das WorldToolKit Virtual Reality SDK zu entwickeln.[14] das die ersten Echtzeitgrafiken mit Texture Mapping auf einem PC anbot und in Industrie und Wissenschaft weit verbreitet war.[15][16]

1990–2000[edit]

In den 1990er Jahren wurden erstmals kommerzielle Headsets für Endverbraucher veröffentlicht. Im Jahr 1992 zum Beispiel Computerspielwelt prognostizierte “erschwingliche VR bis 1994”.[17]

1991 kündigte Sega das Sega VR-Headset für Arcade-Spiele und die Mega Drive-Konsole an. Es wurden LCD-Bildschirme im Visier, Stereokopfhörer und Trägheitssensoren verwendet, mit denen das System die Bewegungen des Kopfes des Benutzers verfolgen und darauf reagieren konnte.[18] Im selben Jahr startete Virtuality und wurde das erste in Massenproduktion hergestellte, vernetzte Multiplayer-VR-Unterhaltungssystem, das in vielen Ländern veröffentlicht wurde, einschließlich einer speziellen VR-Spielhalle im Embarcadero Center. Sie kosteten bis zu 73.000 US-Dollar pro Virtuality-System mit mehreren Pods und verfügten über Headsets und Exoskeletthandschuhe, die eine der ersten “immersiven” VR-Erfahrungen ermöglichten.[19]

Ein CAVE-System im IDL Center for Advanced Energy Studies im Jahr 2010

Im selben Jahr schufen Carolina Cruz-Neira, Daniel J. Sandin und Thomas A. DeFanti vom Electronic Visualization Laboratory den ersten kubischen immersiven Raum, die Cave Automatic Virtual Environment (CAVE). Entwickelt als Cruz-Neiras Doktorarbeit, umfasste es eine vielfach projizierte Umgebung, ähnlich dem Holodeck, in der Menschen ihren eigenen Körper im Verhältnis zu anderen im Raum sehen können.[20][21] Antonio Medina, Absolvent des MIT und NASA-Wissenschaftler, entwarf ein Virtual-Reality-System, um Marsrover trotz der erheblichen Verzögerung der Mars-Erde-Mars-Signale in scheinbarer Echtzeit von der Erde zu “treiben”.[22]

Immersives AR-System für virtuelle Geräte, das 1992 entwickelt wurde. Bildmerkmale Dr. Louis Rosenberg interagiert frei in 3D mit überlagerten virtuellen Objekten, die als “Geräte” bezeichnet werden.

Im Jahr 1992 schuf Nicole Stenger Engel, der erste interaktive immersive Echtzeitfilm, bei dem die Interaktion mit einer Datenliebe und einer hochauflösenden Schutzbrille erleichtert wurde. Im selben Jahr schuf Louis Rosenberg das virtuelle Vorrichtungssystem in den Armstrong Labs der US Air Force unter Verwendung eines vollständigen Oberkörper-Exoskeletts, das eine physikalisch realistische gemischte Realität in 3D ermöglicht. Das System ermöglichte die Überlagerung von physisch realen virtuellen 3D-Objekten, die mit der direkten Sicht des Benutzers auf die reale Welt registriert wurden, und erzeugte das erste echte Augmented Reality-Erlebnis, das Sehen, Klingen und Berühren ermöglicht.[23][24]

Bis 1994 veröffentlichte Sega die Arcade-Attraktion des Bewegungssimulators Sega VR-1.[25][26] in SegaWorld-Spielhallen. Es war in der Lage, Kopfbewegungen zu verfolgen und zeigte 3D-Polygongrafiken in stereoskopischem 3D, angetrieben von der Sega Model 1 Arcade-Systemplatine.[27]Apple veröffentlichte QuickTime VR, das trotz der Verwendung des Begriffs “VR” die virtuelle Realität nicht darstellen konnte, und stattdessen 360 Fotopanoramen zeigte.

Nintendos Virtual Boy-Konsole wurde 1995 veröffentlicht.[28] Eine Gruppe in Seattle erstellte öffentliche Demonstrationen eines “CAVE-ähnlichen” 270-Grad-Projektionsraums namens Virtual Environment Theatre, der von den Unternehmern Chet Dagit und Bob Jacobson produziert wurde.[29] Forte brachte im selben Jahr das VFX1 heraus, ein PC-basiertes Virtual-Reality-Headset.

1999 gründete der Unternehmer Philip Rosedale das Linden Lab mit einem anfänglichen Schwerpunkt auf der Entwicklung von VR-Hardware. In seiner frühesten Form bemühte sich das Unternehmen, eine kommerzielle Version von “The Rig” zu produzieren, die in Prototypenform als klobige Stahlvorrichtung mit mehreren Computermonitoren realisiert wurde, die Benutzer auf ihren Schultern tragen konnten. Das Konzept wurde später in das PC-basierte 3D-Programm für die virtuelle Welt übernommen Zweites Leben.[30]

21. Jahrhundert[edit]

Die 2000er Jahre waren eine Zeit relativer Gleichgültigkeit der Öffentlichkeit und der Investitionen gegenüber kommerziell erhältlichen VR-Technologien.

Im Jahr 2001 wurde SAS Cube (SAS3) der erste PC-basierte kubische Raum, der von ZA Production (Maurice Benayoun, David Nahon), Barco und Clarté entwickelt wurde. Es wurde in Laval, Frankreich installiert. Die SAS-Bibliothek brachte Virtools VRPack hervor. 2007 führte Google Street View ein, einen Dienst, der Panoramablicke auf eine zunehmende Anzahl von weltweiten Positionen wie Straßen, Innengebäuden und ländlichen Gebieten zeigt. Es verfügt auch über einen stereoskopischen 3D-Modus, der 2010 eingeführt wurde.[31]

2010 – heute[edit]

Eine Innenansicht des Oculus Rift Crescent Bay-Prototyp-Headsets

2010 entwarf Palmer Luckey den ersten Prototyp des Oculus Rift. Dieser Prototyp, der auf einer Hülle eines anderen Virtual-Reality-Headsets aufgebaut war, konnte nur die Rotation verfolgen. Es verfügte jedoch über ein 90-Grad-Sichtfeld, das zu diesem Zeitpunkt auf dem Verbrauchermarkt noch nicht gesehen worden war. Verzerrungsprobleme, die sich aus der Linse ergeben, die zur Erzeugung des Sichtfelds verwendet wurde, wurden durch eine von John Carmack für eine Version von geschriebene Software behoben Doom 3. Dieses ursprüngliche Design sollte später als Grundlage für die späteren Designs dienen.[32] 2012 wird der Rift erstmals auf der E3-Videospielmesse von Carmack vorgestellt.[33][34] Im Jahr 2014 kaufte Facebook Oculus VR für 2 Milliarden US-Dollar[35] später ergab sich jedoch, dass die genauere Zahl 3 Milliarden US-Dollar betrug.[34] Dieser Kauf erfolgte, nachdem die ersten über Oculus ‘2012 Kickstarter bestellten Entwicklungskits 2013 ausgeliefert worden waren, jedoch vor dem Versand ihrer zweiten Entwicklungskits im Jahr 2014.[36]ZeniMax, der frühere Arbeitgeber von Carmack, verklagte Oculus und Facebook, weil sie Unternehmensgeheimnisse an Facebook weitergegeben hatten.[34] Das Urteil fiel zugunsten von ZeniMax aus, das später außergerichtlich beigelegt wurde.[37]

Im Jahr 2013 entdeckte und teilte Valve den Durchbruch von Displays mit geringer Persistenz, die eine verzögerungsfreie und verschmierungsfreie Anzeige von VR-Inhalten ermöglichen.[38] Dies wurde von Oculus übernommen und in allen zukünftigen Headsets verwendet. Anfang 2014 zeigte Valve seinen SteamSight-Prototyp, den Vorläufer der beiden 2016 veröffentlichten Consumer-Headsets. Mit den Consumer-Headsets wurden wichtige Funktionen gemeinsam genutzt, darunter separate 1K-Displays pro Auge, geringe Persistenz, Positionsverfolgung über einen großen Bereich und Fresnellinsen.[39][40]HTC und Valve kündigten 2015 das Virtual-Reality-Headset HTC Vive und Controller an. Das Set enthielt die Tracking-Technologie Lighthouse, bei der an der Wand montierte “Basisstationen” für die Positionsverfolgung mit Infrarotlicht verwendet wurden.[41][42][43]

2014 kündigte Sony Project Morpheus (seinen Codenamen für die PlayStation VR) an, ein Virtual-Reality-Headset für die PlayStation 4-Videospielkonsole.[44] Im Jahr 2015 kündigte Google Cardboard an, einen stereoskopischen Do-it-yourself-Viewer: Der Nutzer legt sein Smartphone in den Kartonhalter, den er auf dem Kopf trägt. Michael Naimark wurde zu Googles erstem “Resident Artist” in seiner neuen VR-Abteilung ernannt. Die Kickstarter-Kampagne für Gloveone, ein Paar Handschuhe, die Bewegungsverfolgung und haptisches Feedback bieten, wurde mit über 150.000 USD an Beiträgen erfolgreich finanziert.[45] Ebenfalls im Jahr 2015 stellte Razer sein Open-Source-Projekt OSVR vor.

Bis 2016 gab es mindestens 230 Unternehmen, die VR-bezogene Produkte entwickelten. Amazon, Apple, Facebook, Google, Microsoft, Sony und Samsung hatten alle dedizierte AR- und VR-Gruppen. Dynamisches binaurales Audio war bei den meisten in diesem Jahr veröffentlichten Headsets üblich. Die haptischen Schnittstellen waren jedoch nicht gut entwickelt, und die meisten Hardwarepakete enthielten Tastenbediengeräte für berührungsbasierte Interaktivität. Visuell hatten die Anzeigen immer noch eine ausreichend niedrige Auflösung und Bildrate, sodass Bilder immer noch als virtuell identifiziert werden konnten.[46]

2016 hat HTC seine ersten Einheiten des HTC Vive SteamVR-Headsets ausgeliefert.[47] Dies war die erste große kommerzielle Version des sensorgestützten Trackings, die die freie Bewegung von Benutzern innerhalb eines definierten Raums ermöglicht.[48] Ein 2017 von Sony eingereichtes Patent zeigte, dass sie eine ähnliche Standortverfolgungstechnologie wie Vive für PlayStation VR entwickeln, mit dem Potenzial für die Entwicklung eines drahtlosen Headsets.[49]

Im Jahr 2019 veröffentlichte Oculus das Oculus Rift S und ein eigenständiges Headset, das Oculus Quest. Diese Headsets verwendeten Inside-Out-Tracking im Vergleich zu externem Outside-In-Tracking, das in früheren Generationen von Headsets verwendet wurde.[50]

Im Jahr 2020 veröffentlichte Oculus die Oculus Quest 2. Einige neue Funktionen umfassen einen schärferen Bildschirm, einen reduzierten Preis und eine höhere Leistung. Bei Facebook muss sich der Benutzer jetzt mit einem Facebook-Konto anmelden, um das neue Headset verwenden zu können.[51]

Zukunftsprognose[edit]

Mit den COVID-19-Beschränkungen im Jahr 2020 erlebt VR einen enormen Anstieg. Laut Grand View Research wird der globale VR-Markt 2027 auf 62,1 Milliarden Dollar wachsen. Zwischen 2020 und 2027 erwarten Marktforscher eine jährliche Wachstumsrate von über 20%.[52]

Technologie[edit]

Software[edit]

Die 1994 erstmals eingeführte Virtual Reality Modeling Language (VRML) war für die Entwicklung von “virtuellen Welten” ohne Abhängigkeit von Headsets gedacht.[53] Das Web3D-Konsortium wurde 1997 zur Entwicklung von Industriestandards für webbasierte 3D-Grafiken gegründet. Das Konsortium entwickelte anschließend X3D aus dem VRML-Framework als archivierten Open-Source-Standard für die webbasierte Verbreitung von VR-Inhalten.[54]WebVR ist eine experimentelle JavaScript-API (Application Programming Interface), die verschiedene Virtual-Reality-Geräte wie HTC Vive, Oculus Rift, Google Cardboard oder OSVR in einem Webbrowser unterstützt.[55]

Hardware[edit]

Moderne Virtual-Reality-Headset-Displays basieren auf Technologien, die für Smartphones entwickelt wurden, darunter: Gyroskope und Bewegungssensoren zur Verfolgung von Kopf-, Körper- und Handpositionen; kleine HD-Bildschirme für stereoskopische Displays; und kleine, leichte und schnelle Computerprozessoren. Diese Komponenten führten zu einer relativen Erschwinglichkeit für unabhängige VR-Entwickler und führten dazu, dass der Oculus Rift Kickstarter 2012 das erste unabhängig entwickelte VR-Headset anbot.[46]

Die unabhängige Produktion von VR-Bildern und -Videos hat zusammen mit der Entwicklung erschwinglicher omnidirektionaler Kameras, auch als 360-Grad-Kameras oder VR-Kameras bekannt, zugenommen, die interaktive 360-Grad-Fotografie aufnehmen können, allerdings mit relativ niedrigen Auflösungen oder in stark komprimierten Online-Formaten Streaming von 360 Video.[56] Im Gegensatz dazu wird die Photogrammetrie zunehmend verwendet, um mehrere hochauflösende Fotos für die Erstellung detaillierter 3D-Objekte und -Umgebungen in VR-Anwendungen zu kombinieren.[57][58]

Um ein Gefühl des Eintauchens zu erzeugen, werden spezielle Ausgabegeräte benötigt, um virtuelle Welten anzuzeigen. Zu den bekannten Formaten gehören Head-Mounted-Displays oder die CAVE. Um einen räumlichen Eindruck zu vermitteln, werden zwei Bilder aus unterschiedlichen Perspektiven erzeugt und angezeigt (Stereoprojektion). Es stehen verschiedene Technologien zur Verfügung, um das jeweilige Bild auf das rechte Auge zu bringen. Man unterscheidet zwischen aktiven (zB Shutterbrillen) und passiven Technologien (zB Polarisationsfilter oder Infitec).[citation needed]

Für die Interaktion mit der virtuellen Welt sind spezielle Eingabegeräte erforderlich. Dazu gehören die 3D-Maus, der Kabelhandschuh, Motion Controller und optische Tracking-Sensoren. Steuerungen verwenden normalerweise optische Verfolgungssysteme (hauptsächlich Infrarotkameras) für Ortung und Navigation, so dass sich der Benutzer ohne Verkabelung frei bewegen kann. Einige Eingabegeräte geben dem Benutzer eine Kraftrückmeldung an die Hände oder andere Körperteile, so dass sich der Mensch durch Haptik und Sensortechnologie als weitere sensorische Empfindung in der dreidimensionalen Welt orientieren und realistische Simulationen durchführen kann. Dies ermöglicht dem Betrachter einen Orientierungssinn in der künstlichen Landschaft. Zusätzliches haptisches Feedback erhalten Sie von omnidirektionalen Laufbändern (mit denen das Gehen im virtuellen Raum durch reale Gehbewegungen gesteuert wird) sowie von Vibrationshandschuhen und -anzügen.

Mit Virtual-Reality-Kameras können VR-Fotos mit 360-Grad-Panoramavideos erstellt werden. 360-Grad-Kameraaufnahmen können mit virtuellen Elementen gemischt werden, um Realität und Fiktion durch Spezialeffekte zu verbinden.[citation needed] VR-Kameras sind in verschiedenen Formaten erhältlich, wobei eine unterschiedliche Anzahl von Objektiven in der Kamera installiert ist.[59]

Anwendungen[edit]

Virtuelle Realität wird am häufigsten in Unterhaltungsanwendungen wie Videospielen und 3D-Kino verwendet. Consumer-Virtual-Reality-Headsets wurden erstmals Mitte der neunziger Jahre von Videospielunternehmen herausgebracht. Ab den 2010er Jahren wurden von Oculus (Rift), HTC (Vive) und Sony (PlayStation VR) kommerzielle Tethered-Headsets der nächsten Generation veröffentlicht, die eine neue Welle der Anwendungsentwicklung auslösten.[60] Das 3D-Kino wurde für Sportveranstaltungen, Pornografie, Kunst, Musikvideos und Kurzfilme verwendet. Seit 2015 integrieren Achterbahnen und Themenparks die virtuelle Realität, um visuelle Effekte mit haptischem Feedback abzugleichen.[46]

In den Sozial- und Psychologiewissenschaften bietet die virtuelle Realität ein kostengünstiges Werkzeug, um Interaktionen in einer kontrollierten Umgebung zu untersuchen und zu replizieren.[61] Es kann als eine Form der therapeutischen Intervention verwendet werden. Zum Beispiel gibt es den Fall der Virtual-Reality-Expositionstherapie (VRET), einer Form der Expositionstherapie zur Behandlung von Angststörungen wie posttraumatischer Belastungsstörung (PTBS) und Phobien.[62][63][64]

Virtual-Reality-Programme werden in Rehabilitationsprozessen bei älteren Menschen eingesetzt, bei denen Alzheimer diagnostiziert wurde. Dies gibt diesen älteren Patienten die Möglichkeit, reale Erfahrungen zu simulieren, die sie aufgrund ihres aktuellen Zustands sonst nicht erleben könnten. 17 kürzlich durchgeführte Studien mit randomisierten kontrollierten Studien haben gezeigt, dass Virtual-Reality-Anwendungen bei der Behandlung kognitiver Defizite mit neurologischen Diagnosen wirksam sind.[65] Der Verlust der Mobilität bei älteren Patienten kann zu einem Gefühl der Einsamkeit und Depression führen. Die virtuelle Realität kann dazu beitragen, das Altern an Ort und Stelle zu einer Lebensader für eine Außenwelt zu machen, in der sie nicht einfach navigieren können. Die virtuelle Realität ermöglicht die Expositionstherapie in einer sicheren Umgebung.[66]

In der Medizin wurden erstmals in den 1990er Jahren simulierte VR-Operationsumgebungen entwickelt.[67][68][69] Unter der Aufsicht von Experten kann VR effektive und wiederholbare Schulungen zu geringen Kosten anbieten, sodass die Auszubildenden auftretende Fehler erkennen und korrigieren können.[70] Die virtuelle Realität wird seit den 2000er Jahren in der physischen Rehabilitation eingesetzt. Trotz zahlreicher durchgeführter Studien fehlen für die Behandlung der Parkinson-Krankheit qualitativ hochwertige Nachweise für die Wirksamkeit im Vergleich zu anderen Rehabilitationsmethoden ohne hochentwickelte und teure Geräte.[71] Ein Rückblick von 2018 auf die Wirksamkeit der Spiegeltherapie durch virtuelle Realität und Robotik für jede Art von Pathologie wurde auf ähnliche Weise abgeschlossen.[72] Eine weitere Studie wurde durchgeführt, die das Potenzial von VR zur Förderung der Mimikry zeigte und den Unterschied zwischen Personen mit neurotypischer und Autismus-Spektrum-Störung in ihrer Reaktion auf einen zweidimensionalen Avatar aufzeigte.[73][74]

Die immersive Virtual-Reality-Technologie mit myoelektrischer und Bewegungsverfolgungssteuerung kann eine mögliche Therapieoption für behandlungsresistente Phantomschmerzen darstellen. Schmerzskalenmessungen wurden berücksichtigt und eine interaktive 3-D-Küchenumgebung auf der Grundlage der Prinzipien der Spiegeltherapie entwickelt, um die Kontrolle virtueller Hände beim Tragen eines VR-Headsets mit Bewegungsablauf zu ermöglichen.[75] Eine systematische Suche in Pubmed und Embase wurde durchgeführt, um Ergebnisse zu ermitteln, die in zwei Metaanalysen zusammengefasst wurden. Die Metaanalyse zeigte ein signifikantes Ergebnis zugunsten der VRT für das Gleichgewicht.[76]

Computersimulierte Umgebung, die physische Präsenz in realen oder imaginären Welten simuliert

US Navy Sanitäter demonstriert 2010 einen VR Fallschirm Simulator am Naval Survival Training Institute

VR kann reale Arbeitsbereiche für Arbeitsschutzzwecke, Bildungszwecke und Schulungszwecke simulieren. Es kann verwendet werden, um Lernenden eine virtuelle Umgebung zur Verfügung zu stellen, in der sie ihre Fähigkeiten entwickeln können, ohne die realen Konsequenzen eines Scheiterns zu haben. Es wurde in der Grundschule verwendet und studiert.[77] Anatomieunterricht,[78][79] Militär,[80][81] Astronautentraining,[82][83][84] Flugsimulatoren,[85] Bergmannsausbildung,[86] Architekturdesign,[citation needed] Fahrertraining[87] und Brückeninspektion.[88] Immersive VR-Engineering-Systeme ermöglichen es Ingenieuren, virtuelle Prototypen zu sehen, bevor physische Prototypen verfügbar sind.[89] Es wurde behauptet, dass die Ergänzung des Trainings durch virtuelle Trainingsumgebungen Möglichkeiten des Realismus im Militär bietet[90] und Gesundheitswesen[91] Training bei gleichzeitiger Minimierung der Kosten.[92] Es wurde auch behauptet, die Kosten für die militärische Ausbildung zu senken, indem die während der Ausbildungszeiten aufgewendeten Munitionsmengen minimiert werden.[90]

Im Ingenieurbereich hat sich VR sowohl für Ingenieurpädagogen als auch für Studenten als sehr nützlich erwiesen. Die zuvor teuren Kosten in der Bildungsabteilung, die aufgrund niedrigerer Gesamtkosten jetzt viel leichter zugänglich sind, haben sich als sehr nützliches Instrument für die Ausbildung zukünftiger Ingenieure erwiesen. Das wichtigste Element liegt in der Fähigkeit der Schüler, mit 3D-Modellen zu interagieren, die auf der Grundlage realer Möglichkeiten genau reagieren. Dieses zusätzliche Bildungsinstrument bietet vielen das nötige Eintauchen, um komplexe Themen zu erfassen und anwenden zu können.[93] Wie bereits erwähnt, profitieren die zukünftigen Architekten und Ingenieure erheblich davon, dass sie sich ein Verständnis zwischen räumlichen Beziehungen bilden und Lösungen anbieten können, die auf realen zukünftigen Anwendungen basieren.[94]

Die erste virtuelle Kunstwelt wurde in den 1970er Jahren geschaffen.[95] Mit der Entwicklung der Technologie wurden in den neunziger Jahren mehr künstlerische Programme produziert, darunter Spielfilme. Als sich kommerziell erhältliche Technologien weiter verbreiteten, entstanden Mitte der 2010er Jahre VR-Festivals. Die ersten Anwendungen von VR in Museumsumgebungen begannen in den 1990er Jahren und nahmen Mitte der 2010er Jahre deutlich zu. Darüber hinaus haben Museen damit begonnen, einige ihrer Inhalte der virtuellen Realität zugänglich zu machen.[96][97]

Der wachsende Markt der virtuellen Realität bietet eine Chance und einen alternativen Kanal für digitales Marketing.[98] Es wird auch als neue Plattform für den E-Commerce angesehen, insbesondere um traditionelle “stationäre” Einzelhändler herauszufordern. Eine Studie aus dem Jahr 2018 ergab jedoch, dass der Großteil der Waren immer noch in physischen Geschäften gekauft wird.[99]

Im Bildungsbereich hat die Nutzung der virtuellen Realität gezeigt, dass sie in der Lage ist, das Denken höherer Ordnung zu fördern, das Interesse und Engagement der Schüler zu fördern, Wissen zu erwerben, mentale Gewohnheiten und Verständnis zu fördern, die im akademischen Kontext allgemein nützlich sind.[100]

Es wurde auch die Einbeziehung der Virtual-Reality-Technologie in den Kontext öffentlicher Bibliotheken angeführt. Dies würde Bibliotheksbenutzern Zugang zu modernster Technologie und einzigartigen Bildungserfahrungen verschaffen.[101] Dies kann den Zugriff von Benutzern auf virtuelle, interaktive Kopien seltener Texte und Artefakte sowie auf Besichtigungen berühmter Sehenswürdigkeiten und archäologischer Ausgrabungen umfassen (wie im Fall des Virtual Ganjali Khan-Projekts).[102]

Bedenken und Herausforderungen[edit]

Gesundheit und Sicherheit[edit]

Es gibt viele Gesundheits- und Sicherheitsaspekte der virtuellen Realität. Eine Reihe unerwünschter Symptome wurde durch die längere Nutzung der virtuellen Realität verursacht.[103] und diese können die Verbreitung der Technologie verlangsamt haben. Die meisten Virtual-Reality-Systeme enthalten Warnungen der Verbraucher, darunter: Anfälle; Entwicklungsprobleme bei Kindern; Stolper- und Sturz- und Kollisionswarnungen; leichte Schmerzen; Verletzung durch wiederholten Stress; und Störungen mit medizinischen Geräten.[104] Bei einigen Benutzern können während der Verwendung von VR-Headsets Zuckungen, Anfälle oder Stromausfälle auftreten, selbst wenn sie keine Epilepsie in der Vorgeschichte hatten und noch nie zuvor Stromausfälle oder Anfälle hatten. Bei einer von 4.000 Personen oder 0,025% können diese Symptome auftreten. Da diese Symptome bei Personen unter 20 Jahren häufiger auftreten, wird Kindern davon abgeraten, VR-Headsets zu verwenden. Andere Probleme können bei physischen Interaktionen mit der eigenen Umgebung auftreten. Beim Tragen von VR-Headsets verlieren Menschen schnell das Bewusstsein für ihre reale Umgebung und können sich durch Stolpern oder Kollidieren mit realen Objekten verletzen.[105]

VR-Headsets können wie alle gescreenten Technologien regelmäßig zu Augenermüdung führen, da Menschen beim Betrachten von Bildschirmen tendenziell weniger blinken und ihre Augen dadurch stärker austrocknen.[106] Es gab einige Bedenken hinsichtlich VR-Headsets, die zur Myopie beitragen, aber obwohl VR-Headsets nahe an den Augen sitzen, tragen sie möglicherweise nicht unbedingt zur Kurzsichtigkeit bei, wenn die Brennweite des angezeigten Bildes ausreichend weit entfernt ist.[107]

Virtual-Reality-Krankheit (auch als Cybersickness bezeichnet) tritt auf, wenn die Exposition einer Person gegenüber einer virtuellen Umgebung Symptome hervorruft, die den Symptomen der Reisekrankheit ähnlich sind.[108] Frauen sind mit einer Rate von etwa 77% bzw. 33% signifikant stärker von Headset-induzierten Symptomen betroffen als Männer.[109][110] Die häufigsten Symptome sind allgemeines Unbehagen, Kopfschmerzen, Magenbewusstsein, Übelkeit, Erbrechen, Blässe, Schwitzen, Müdigkeit, Schläfrigkeit, Orientierungslosigkeit und Apathie.[111] Zum Beispiel erhielt Nintendos Virtual Boy viel Kritik wegen seiner negativen körperlichen Auswirkungen, einschließlich “Schwindel, Übelkeit und Kopfschmerzen”.[112] Diese Symptome der Reisekrankheit werden durch eine Trennung zwischen dem, was gesehen wird und dem, was der Rest des Körpers wahrnimmt, verursacht. Wenn das Vestibularsystem, das interne Ausgleichssystem des Körpers, nicht die Bewegung erfährt, die es von visuellen Eingaben durch die Augen erwartet, kann es beim Benutzer zu einer VR-Krankheit kommen. Dies kann auch passieren, wenn das VR-System keine ausreichend hohe Bildrate aufweist oder wenn zwischen der Bewegung des Körpers und der visuellen Reaktion auf dem Bildschirm eine Verzögerung besteht.[113] Da etwa 25 bis 40% der Menschen bei der Verwendung von VR-Geräten an einer VR-Krankheit leiden, suchen Unternehmen aktiv nach Möglichkeiten, um die VR-Krankheit zu reduzieren.[114]

Kinder in der virtuellen Realität[edit]

Die Beziehung zwischen der virtuellen Realität und ihren minderjährigen Nutzern ist umstritten und unerforscht. In der Zwischenzeit werden Kinder zunehmend auf VR aufmerksam, wobei die Zahl in den USA von Herbst 2016 (40%) bis Frühjahr 2017 (19%) noch nie um die Hälfte gesunken ist.[115]

Laut Valeriy Kondruk, CEO der VR-Reiseplattform Ascape, stiegen die App-Downloads im März 2020 gegenüber Dezember 2019 um 60% und verdoppelten sich im Vergleich zum Januar 2020. Laut Kondruk ist der Dezember für VR-Unternehmen normalerweise der geschäftigste Monat verbunden mit Winterferien und Menschen, die mehr Zeit zu Hause verbringen.[116]

Anfang 2016 wurden Virtual-Reality-Headsets mit Angeboten von beispielsweise Facebook (Oculus), HTC und Valve (Vive) Microsoft (HoloLens) und Sony (Morpheus) im Handel erhältlich. Zu dieser Zeit und bis heute haben diese Marken unterschiedliche Altersanweisungen für Benutzer, z. B. 12+ oder 14+. Dies weist auf eine vollständig selbstregulierende Richtlinie hin.[117]

Studien zeigen, dass kleine Kinder im Vergleich zu Erwachsenen kognitiv und verhaltensmäßig auf immersive VR in einer Weise reagieren können, die sich von Erwachsenen unterscheidet. VR platziert Benutzer direkt in den Medieninhalt, wodurch die Erfahrung für Kinder möglicherweise sehr lebendig und real wird. Beispielsweise berichteten Kinder im Alter von 6 bis 18 Jahren über ein höheres Maß an Präsenz und “Realität” einer virtuellen Umgebung im Vergleich zu Erwachsenen im Alter von 19 bis 65 Jahren.[118]

Angesichts der Verfügbarkeit von VR-Pornos und gewalttätigen Inhalten sind insbesondere Studien zum VR-Verbraucherverhalten oder dessen Auswirkungen auf Kinder sowie ein Verhaltenskodex für minderjährige Benutzer erforderlich. Verwandte Untersuchungen zu Gewalt in Videospielen legen nahe, dass die Exposition gegenüber Mediengewalt Einstellungen, Verhalten und sogar das Selbstverständnis beeinflussen kann. Das Selbstverständnis ist ein Schlüsselindikator für die Grundeinstellungen und Bewältigungsfähigkeiten, insbesondere bei Jugendlichen.[119] Frühe Studien, die zum Beobachten im Vergleich zur Teilnahme an gewalttätigen VR-Spielen durchgeführt wurden, legen nahe, dass physiologische Erregung und aggressive Gedanken, jedoch keine feindlichen Gefühle, für die Teilnehmer höher sind als für Beobachter des Virtual-Reality-Spiels.[120]

Das Erleben von VR durch Kinder kann ferner bedeuten, gleichzeitig die Idee der virtuellen Welt im Auge zu behalten und gleichzeitig die physische Welt zu erleben. Übermäßiger Einsatz von immersiver Technologie mit sehr ausgeprägten sensorischen Merkmalen kann die Fähigkeit von Kindern beeinträchtigen, die Regeln der physischen Welt einzuhalten, insbesondere wenn sie ein VR-Headset tragen, das die Position von Objekten in der physischen Welt blockiert. Immersive VR kann Benutzern multisensorische Erlebnisse bieten, die die Realität nachbilden oder Szenarien erstellen, die in der physischen Welt unmöglich oder gefährlich sind. Beobachtungen von 10 Kindern, die zum ersten Mal VR erlebten, deuteten darauf hin, dass 8-12-jährige Kinder in einer vertrauten Situation sicherer waren, VR-Inhalte zu erkunden, z. B. wenn die Kinder gerne im Küchenkontext von ‘Job simulator’ spielten. und genossen es, Regeln zu brechen, indem sie sich an Aktivitäten beteiligten, die sie in der Realität nicht ausführen dürfen, wie z. B. das Anzünden von Dingen.[121]

Privatsphäre[edit]

Die dauerhafte Verfolgung, die von allen VR-Systemen benötigt wird, macht die Technologie besonders nützlich und anfällig für Massenüberwachung. Die Erweiterung von VR wird das Potenzial erhöhen und die Kosten für das Sammeln von Informationen über persönliche Aktionen, Bewegungen und Reaktionen senken.[46]

Konzeptionelle und philosophische Anliegen[edit]

Darüber hinaus gibt es konzeptionelle und philosophische Überlegungen und Implikationen im Zusammenhang mit der Nutzung der virtuellen Realität. Was der Ausdruck “virtuelle Realität” bedeutet oder sich darauf bezieht, kann mehrdeutig sein. Mychilo S. Cline argumentierte 2005, dass durch virtuelle Realität Techniken entwickelt werden, um menschliches Verhalten, zwischenmenschliche Kommunikation und Kognition zu beeinflussen.[122][123][124]

Virtuelle Realität in der Fiktion[edit]

Siehe auch[edit]

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Weiterführende Literatur[edit]

Externe Links[edit]


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