Der Stand von #VirtualReality: Warum Ausrüstung wichtiger ist als Werbung
Erinnern Sie sich an die frühen 1990er Jahre? Wenn Sie das tun, denken Sie wahrscheinlich an sperrige Kopfhörer und sperrige Power-Handschuhe. Zeitschriften, Spielwarenläden und Filme verkaufen hochtechnologische, aber ungeschickte Versionen der virtuellen Realität (VR). Es ist die Fantasie einer Zukunft, die sich weit entfernt anfühlt.
Mittlerweile ist die anfängliche Begeisterung verflogen. Auch andere Technologiebereiche machen Fortschritte. VR-Geräte sehen ziemlich ähnlich aus. Aber lassen Sie sich nicht täuschen. Das Feld bewegt sich. Es geht einfach nicht schnell. Fortschritt kommt oft von der Seite. Militärische Projekte führten zu einigen Fortschritten. Unterhaltung kann andere motivieren. Es ist unwahrscheinlich, dass Investoren in die virtuelle Realität investieren, es sei denn, sie dient zunächst einer anderen Branche.
Was genau braucht VR, um zu funktionieren? Es hängt davon ab, wie Sie „virtuelle Realität“ definieren. Wenn Sie sich bei dieser Definition nicht sicher sind, zählt auch ein Standardcomputer mit Monitor und Maus. Die meisten Forscher sind anderer Meinung. Echte VR erfordert Eintauchen. Flachbildschirme können ablenken. Es bricht die Illusion. Das System braucht also einen besseren Bildschirm. Es erfordert auch einen Feeder. Tastatur und Maus sind üblich. Joysticks sind oft zu sehen. Joysticks sind zum Standard für die Interaktion geworden.
Dieser Artikel beschreibt VR-Geräte im Detail. Schauen wir uns die Typen an. Vergleichen wir die Vor- und Nachteile. Beginnen wir mit der offensichtlichsten Hardware.
Kopfmontierte Vitrine
Head-Mounted Display (HMD) ist ein Vertreter von VR. Sie stellten den Bildschirm direkt vor sich auf. Dies verhindert die reale Welt. Es zwingt die Menschen, sich zu konzentrieren. Es erzeugt ein Gefühl der Präsenz. Aber sie sind nicht perfekt. Mal sehen, warum diese wichtig sind und wo sie fehlen.
Ein Head Mounted Display (HMD) ist genau das, was der Name vermuten lässt. Ich habe einen Computerbildschirm an meinem Gesicht befestigt. Befindet sich im Helm oder in der Schutzbrille. Das Ziel ist einfach. Egal wohin Sie Ihren Kopf drehen, der Bildschirm bleibt in Ihrer Sichtlinie.
Die meisten Einheiten haben gemeinsame Visionen. Ein Bildschirm für jedes Auge. Diese Trennung erzeugt die Illusion von Tiefe. Es täuscht das Gehirn vor, Bilder hätten Dimensionen.
Kampf zwischen LCD und CRT
Der Bildschirm im Inneren dieser Kopfhörer ist normalerweise ein Flüssigkristalldisplay (LCD). Möglicherweise finden Sie ältere Modelle, die die Kathodenstrahlröhrentechnologie (CRT) verwenden. Die Branche hat sich verändert, und LCDs haben in fast jeder Hinsicht gewonnen. Es ist hell. Es nimmt weniger Platz ein. Es verbraucht auch weniger Strom. Die Herstellungskosten sind geringer.
Das CRT verfügt über zwei Karten, die gespielt werden können. Verbesserte Auflösung. Höhere Helligkeit. das ist es.
Aber die CRT-Physik funktioniert nicht gut mit dem menschlichen Gehirn. Es ist groß. Es ist sehr schwer. Wenn Sie versuchen, ein CRT-HMD zu verwenden, benötigen Sie eine Federung, um einen Genickbruch zu vermeiden. Das Gerät schränkt die Bewegung ein. Das Einschränken von Bewegungen unterbricht das Eintauchen. Du verlierst das Gefühl, in der Welt zu sein, und hast das Gefühl, als hättest du einen Ziegelstein im Griff.
Fuzzy-Display-Technologie
Einige Ingenieure haben mit anderen Anzeigetypen experimentiert. Sie sind aus gutem Grund selten. Die Liste umfasst:
- Elektrolumineszenz-Anzeige
- Elektrophoretische Anzeige (EP)
- Glasfaserdisplay
- Feldemissionsanzeige (FED)
- Leuchtdiodenanzeige (LED).
- Plasmabildschirm
- Vakuum-Fluoreszenz-Display (VFD)
- Virtuelle Netzhautanzeige (VRD)
Warum halten sie nicht mit? Die meisten Menschen leiden unter einer geringen Auflösung. Oft reicht die Helligkeit nicht aus. Einige können nur monochrome Bilder rendern. Die Verwendung nur einer roten LED bietet kein vollständiges, hochwertiges Erlebnis.
Etwas Plasma oder VRD könnten theoretisch funktionieren. Allerdings sind die Kosten unerschwinglich. Wenn ein LCD 95 % der Arbeit zu einem Bruchteil der Kosten erledigt, ist es den Preis nicht wert.
Pinning und Hysterese
Ein gutes Headset kann auch mit Ton umgehen. Eingebaute Lautsprecher oder Kopfhörer. Video und Audio müssen synchronisiert sein.
Hier ist die harte Wahrheit über drahtlose Systeme. Die Reaktionszeit reicht nicht aus. Wenn das Signal verzögert ist, bemerkt es das Gehirn. Kann Übelkeit verursachen. Es bricht die Illusion. Dadurch bleiben komplexe Head-Mounted-Displays verbunden. Verbinden Sie das Headset mit einem oder mehreren Kabeln mit dem Prozessor. Das ist sehr ärgerlich. Es gibt Einschränkungen. Allerdings entfällt die Latenz.
Eine Nachverfolgung ist nicht verhandelbar. Das Gerät muss wissen, wohin der Kopf zeigt. Wenn Sie nach links schauen, ändert sich der Bildschirm sofort. Ortungsgeräte machen dies möglich. Wir werden später mehr über die Funktionsweise dieser Sensoren sprechen.
Höhle und ultimative Show
Einige Einstellungen sind völlig unabhängig vom Kopfhörer. Verwendet eine Spezialbrille in Kombination mit einem externen Projektor. Das führt zum nächsten Konzept.
Im Jahr 1965 beschrieb Ivan Sutherland etwas namens „Ultimate Manifestation“. Er ist Wissenschaftler. Viele halten ihn für den Vater der virtuellen Realität.
Er stellte sich den Raum vor. Computer können kontrollieren, was sich in ihnen befindet. Virtuelle Objekte sind für jeden im Raum physisch sichtbar. Die Autoren von Star Trek: The Next Generation haben diese Idee gestohlen. Sie nennen es das Holodeck.
Wir sind noch nicht da. Science-Fiction kommt dem immer noch am nächsten.
Virtuelle Realität und Höhlen
Die University of Illinois in Chicago hat nicht nur einen weiteren VR-Raum gebaut. Sie haben herausgefunden, was Experten als den Goldstandard der Immersion betrachten. Dies wird als CAVE-System bezeichnet. Der Name kommt von den Worten Cave Automatic Virtual Environment und obwohl es wie etwas aus der Science-Fiction klingt, basiert es auf harter optischer Physik.
Die meisten VR-Displays verwenden Head-Mounted-Displays (HMDs). Befestigen Sie die Box an Ihrem Gesicht. Das Sichtfeld ist begrenzt. Man kann sich nicht bewegen, ohne über das Seil zu stolpern. Die CAVE dreht dieses Skript um.
Die Kraft von Projektionswänden
Eine Höhle ist im Grunde ein kleiner Raum. Oder ein großes Privatzimmer. Mindestens drei Wände dienen als Großbildschirme. In manchen Fällen, manchmal am Boden und an der Decke, aber das kommt seltener vor. Das Ergebnis ist ein weites Sichtfeld, das mit einem HMD nicht reproduziert werden kann. Sie sind nicht an einen PC gebunden. Du kannst laufen.
Aber ohne Hilfe kann man nicht klar sehen. Es muss eine aktive Shutterbrille verwendet werden. Sie sehen aus wie klobige 3D-Brillen aus den späten 90ern. Im Inneren des Objektivs befindet sich ein Verschluss, der sich schnell öffnet und schließt. Der Computer projiziert ein Stereobild auf die Rückprojektion. Das Muster ändert sich so schnell, dass das Gehirn es nicht versteht. Die Brille wird mit diesem Modus synchronisiert. Das linke Auge sieht ein Bild. Das rechte Auge sieht das nächste. Dein Gehirn verbindet sie. Die Tiefe wird angezeigt.
Gehen Sie ohne Einschränkungen
Das Ortungsgerät in Ihrer Brille teilt Ihrem Computer mit, wo Sie sich befinden. Während Sie sich bewegen, passt sich die Projektion in Echtzeit an. Du trägst einen Zauberstab. Sie können damit virtuelle Objekte abrufen und durch Menüs navigieren. Es fühlt sich natürlich an.
Für Gruppen gibt es einen Haken. In der Höhle können mehrere Personen stehen. Allerdings kann nur der Träger der Tracking-Brille den Blickwinkel steuern. Was ist mit den anderen? Sie sind passive Beobachter. Sie sehen das gleiche Bild, können aber ihre Perspektive nicht ändern. Hierbei handelt es sich um eine Hardwarebeschränkung und nicht um eine konstruktionsbedingte Einschränkung.
Umleitungsspaziergang
Die Höhle ist immer noch ein geschlossener Raum. Die meisten sind 10 Fuß im Quadrat oder weniger groß. Dies ist eine Einschränkung. Forscher der University of North Carolina in Chapel Hill haben einen Weg gefunden, die Physik zu betrügen. Sie entwickelten ein umgelenktes Gehen.
Das Ziel ist einfach. Es täuscht den Benutzer vor, er würde in einer geraden Linie gehen, während er sich in Wirklichkeit in einem kleinen Raum bewegt. Das System rotiert … unmerklich die virtuelle Umgebung. Sie fühlen sich aus dem Gleichgewicht geraten. Beheben Sie das Problem, indem Sie kleine Änderungen am Pfad vornehmen. Das System wendet diesen Fix an. Machen Sie aus Ihrem geraden Spaziergang eine Schleife.
Glauben Sie, Sie erkunden eine weite Landschaft. In Wirklichkeit bewegen Sie sich in einer 10-Fuß-Box. Die Illusion hält. Der Raum wird künstlich erweitert. Die Immersion bleibt gleich.
Virtual-Reality-Workbench
Die Workbench-Anzeige hat in der VR-Geschichte einen unangenehmen Platz. Einige Forscher glauben, dass es sich einfach nicht auf die reale virtuelle Umgebung bezieht. Das ist keine Höhle. Es ist kein Headset. Das ist etwas völlig anderes.
Anfang der 1990er Jahre leitete Larry Rosenbaum ein Team im Office of Naval Research. Sie bauten einen großen Monitor. Es dient als Arbeitsplatz. Benutzer können vertikal anzeigen. Er kann auch horizontal geneigt werden, um als Tisch oder Bank zu dienen. Mit dieser Einstellung können mehrere Personen gleichzeitig denselben Bildschirm betrachten.
Warum Workbench keine echte virtuelle Umgebung ist
Immersion ist hier eine zentrale Diskussion. Die Verwendung von Spezialgläsern vor dem Bildschirm garantiert keine perfekte Abdichtung. Der Bildschirm füllt Ihr Sichtfeld nicht aus. Sie sind sich immer noch des physischen Raums um Sie herum bewusst. Dank stereoskopischer Projektionen und Verschlusslinsen können virtuelle Objekte dreidimensional gesehen werden. Aber wenn man den Blick von der Bank abwendet, sieht man die reale Welt. Es gibt keine Umgebung zum Erkunden. Sie interagieren mit einem digitalen Objekt, das der Realität überlagert ist.
„Es gibt keine virtuelle Umgebung zum Erkunden. Wenn der Benutzer vom Bildschirm wegschaut, sieht er einen normalen physischen Raum.“
Für einige ist das Fehlen einer vollständigen Immersion ein Fehler. Für andere ist es eine Funktion.
Medizinische Ausbildung und militärische Strategie
Die Praktikabilität des Werkbankdisplays glänzt durch Kooperation. Erwägen Sie eine medizinische Ausbildung. Chirurgen können Operationen an virtuellen 3D-Patienten üben. Sie sind von echtem medizinischem Personal umgeben. Beim Tragen eines Standard-HMD wird der Stab zu einer computergenerierten Figur oder einem digitalen Avatar. Workbench macht die Interaktion mit Kollegen natürlich. Es ist völlig real.
Auch Militärtaktiker profitieren. Programmierer erstellen realistische 3D-Darstellungen von Schlachtfeldern. Das Personal erhält einen genauen Überblick über die Kampfsituation. Ein gutes Modell kann potenzielle Engpässe aufdecken. Es zeigt versteckte feindliche Lager.
Diese Verwendungsmöglichkeiten gehen über Kriegsführung und Medizin hinaus. Diese Darstellungen sind in wissenschaftlichen Forschungsvisualisierungen zu sehen. Sie sind auch in der Produktentwicklung sichtbar. Sie bilden eine Brücke zwischen Daten und menschlicher Intuition.
Wii-Controller: Günstige Gestenschnittstelle
Die Geschichte bewegt sich von der passiven Beobachtung zur aktiven Kontrolle. Gehen Sie zum nächsten Abschnitt über interaktive Geräte. Konkret: Nintendos Wii.
Der kabellose Zauberstab-Controller bietet eine Lektion für VR-Ingenieure. Der Preis ist angemessen. Es ist einfach zu bedienen. Dieses Gerät enthält Gyroskope und Beschleunigungsmesser. Diese Sensoren erkennen Bewegungen. Sie erkennen Neigung und Drehung.
Im Vergleich zu dedizierter VR-Schnittstellenhardware ist die Wii-Fernbedienung kostengünstig. Einige Forscher wenden dies derzeit auf VR-Systeme an. Manche sehen darin den ersten Schritt in diesem Trend. Dieser Trend deutet auf eine kostengünstige Entwicklung von Benutzeroberflächen hin.
VR-Outfit
Gespräche erreichen die nächste Ebene des Eintauchens. Wir haben uns die Monitore angeschaut. Wir haben bereits über Controller gesprochen. Der nächste logische Schritt ist, was Sie außerhalb Ihrer Augen und Hände tragen. Das Gespräch drehte sich um Virtual-Reality-Kleidung.
Streben Sie nach dem einfachen und immersiven Gefühl von VR
Die Grafik gebührt allen Lob. Da es einfach zu messen ist, streben wir nach höheren Bildraten und realistischen Texturen. Aber Forscher wissen, dass der eigentliche Engpass nicht das ist, was Sie sehen. So berührt man es.
Grundlegende Steuerelemente unterbrechen das Eintauchen. Es fühlt sich an, als wäre die Tastatur im Weg. Der Joystick fungiert als Vermittler. Man ist nie wirklich „auf dieser Welt“. Setzen Sie sich auf den Stuhl und drücken Sie auf den Kunststoff. Ist es ideal? Es gibt überhaupt kein Gerät. Ich möchte vergessen, dass ich irgendetwas trage.
Hier geht es nur langsam voran.
Warum? Denn der Druck seitens der großen Tech-Unternehmen ist nicht groß. Geld fließt in die Grafik-Engine. Human-Machine-Interfaces (HMI) sind für das Unternehmen nicht dringlich. Dies ist kein Schlachtfeld der Giganten. Es ist ein Flickenteppich aus Unterhaltungsstudios, akademischen Forschungseinrichtungen und kleinen VR-Unternehmen, die um die Zugkraft konkurrieren.
Aber es beginnt sich etwas abzuzeichnen.
Die vielversprechendste Entwicklung sind tragbare Geräte. Es handelt sich nicht um Headsets. Handschuhe. Body.
DataGloves: Glasfaserstandard
Handschuhe sind seit dem ersten Tag Teil der VR-Diskussion. Nicht beabsichtigt. Es handelt sich um Zufallsfunde. Die frühen Schöpfer haben sie nicht entworfen. Aber sie haben funktioniert.
Die Begriffe „DataGlove“ oder „Power Glove“ werden immer noch häufig verwendet. Das ist falsch. Dabei handelt es sich um bestimmte Markennamen. Dies sind keine Synonyme für „VR-Handtracker“.
Jeder Handschuh hat einen Zweck. Interagieren Sie mit digitalen Objekten mithilfe natürlicher Gesten. Die Methoden sind unterschiedlich.
Erwägen Sie einen Glasfaseransatz.
Das Licht wird über ein Kabel vom Sender zum Sensor übertragen. Beuge deine Finger. Das Kabel ist verbogen. Der Lichtfluss verändert sich. Wenn Sie eine Faust bilden, erreicht weniger Licht den Sensor. Die CPU liest dies. Wandelt Lichtverlust in virtuelle Bewegung um.
Diese sind korrekt. Der offizielle DataGlove nutzt diese Technologie.
Aber es gibt ein Problem. Kalibrierung.
Jede Hand ist anders. Fingerlänge. Flexibilität. Hautspannung. Die Handschuhe müssen individuell an jeden Benutzer angepasst werden. Ohne sie sind die Daten Müll. Das ist der Knackpunkt. Eintrittsbarrieren.
Leitfähige Tinte: eine günstigere Option
Nicht jeder möchte ein Glasfasersystem kalibrieren. Manche wollen Quantität. Manche Menschen suchen nach Erschwinglichkeit.
Fügen Sie leitfähige Tinte hinzu.
Bei diesen Handschuhen wird ein Streifen aus flexiblem Material verwendet, der mit einem leitfähigen Material beschichtet ist. Beuge deine Finger. Das Band dehnt sich. Widerstandsänderungen. Die CPU liest die Widerstandsänderung. Aktualisieren Sie die Position der virtuellen Hand.
Machen Sie es einfacher.
Es ist auch nicht sehr genau.
Nuancen gehen verloren. Ein leichter Druck kann als geballte Faust angesehen werden. Oder umgekehrt. Allerdings ist der Kostenunterschied enorm.
Glasfaserhandschuhe sind teure Geräte. Leitfähige Handschuhe ähneln der Unterhaltungselektronik.
Was ist wichtiger: Genauigkeit oder Zugänglichkeit?
Die Branche ist gespalten. Modernste Simulation erfordert Präzision. Die Akzeptanz auf dem Massenmarkt hat ihren Preis.
Wir stecken in der Mitte fest. Die Handschuhe, die Sie tragen, sind entweder zu kompliziert oder zu dumm.
Bis die Hardware komplett verschwunden ist.
Die Bodys. Aber andere Hautschicht. und verschiedene Rückmeldungen.
Jetzt sind unsere Hände in Faden und Tinte gehüllt. Versuchen Sie, das Digitale zu spüren.
Wenn Sie Präzision brauchen, der geschickte Handmeister. Diese Geräte verwenden Sensoren in jedem Fingergelenk. Es ist durch eine mechanische Verbindung mit der Haut verbunden. Das Ergebnis ist eine Passform im Exoskelett-Stil. Die Ortung ist viel genauer als mit Glasfaserhandschuhen. Es übertrifft auch leitfähige Materialsensoren. Aber es gibt auch Kompromisse. Diese Geräte sind schwer. Sie sind klobig zu tragen. Sie opfern Ihren Komfort für Daten.
Das unerwartete Erbe des Power Glove
Der Power Glove wurde von einem Drittanbieter für das Nintendo Entertainment System erstellt. Dies ist ein Verbraucherspielzeug. VR-Forscher sehen Potenzial in der Hardware. Sie erkannten, dass sie die Technologie wiederverwenden konnten. Es verfügt nicht über die Vielseitigkeit des DataGlove. Allerdings sind die Kosten deutlich geringer. Das Gerät verfügt über eine Bedienplatte am Unterarm. Diese zusätzliche Eingabemethode erwies sich als nützlich. Seitdem wurden viele andere Techniken von Systemdesignern eingeführt.
Warum diese Hardware heute wichtig ist
Sie fragen sich vielleicht, warum Vintage-Eingabegeräte jetzt relevant sind. Diese bilden die Grundlage für die Bewegungsverfolgung. Der Übergang von leitfähigen Pads zu Gelenksensoren verändert die Art und Weise, wie wir mit dem virtuellen Raum interagieren. Moderne Steuerungen verlassen sich noch immer auf diese frühen Prinzipien. Das Design des Exoskeletts beeinflusste später haptische Feedbacksysteme.
Eingabemethoden vergleichen
Welche Handschuhe sollten Sie wählen?
–Geschickte Handmeister : Hervorragende Genauigkeit. Aufgrund des Gewichts ist es nicht für längere Sitzungen geeignet.
– Leitfähige Handschuhe : günstig. Nicht sehr genau. Die Installation ist jetzt einfacher.
– Glasfaserhandschuh : Mittlere Genauigkeit. Die Verkabelung ist sperrig.
– Power-Handschuh-Anpassungen : Erschwinglich. Gut zum Erkennen grundlegender Gesten.
VR-Designer iterieren weiterhin an diesen Konzepten. Das Ziel bleibt dasselbe. Erfassen Sie menschliche Bewegungen, ohne auf Immersion zu verzichten.
„Dieser Handschuh ist nicht so vielseitig wie der DataGlove, aber er ist viel günstiger und wird mit einem Unterarm-Trackpad geliefert.“
Hier ist ein Blick auf andere VR-Eingabegeräte, die diesen frühen Bemühungen folgten.
Wenn Sie sich in VR bewegen möchten, verzichten Sie auf die CAVE und den teuren DataSuit. Kein Joystick oder Stick erforderlich. Forscher glauben, dass natürliche Bewegung das Eintauchen verbessern kann. Ingenieure haben mehrere Systeme gebaut, um dieses Ziel zu erreichen.
Laufband und Ganzkörpertraining
Auf einem Laufband haben Sie das Gefühl, in einer virtuellen Umgebung zu laufen, während Sie in der realen Welt stationär bleiben. Das Anschließen des Laufbandes an den Computer ist einfach. Die Schritte passen das Diagramm an. Es gibt einen Haken. Auf einem normalen Laufband können Sie sich nur vorwärts oder rückwärts bewegen.
Mehrere Unternehmen stellen omnidirektionale Laufbänder her. Sie ermöglichen Ihnen, sich in jede Richtung zu bewegen. Ein Standardlaufband verwendet einen Motor. Vorwärts oder rückwärts drücken. Omnidirektionale Modelle verfügen über zwei Motoren. Es kann in vier Richtungen geschoben werden: vorwärts, rückwärts, links und rechts. Beide Motoren arbeiten zusammen. Sie laufen auf einer mit Gurten und Kabeln umwickelten Fläche.
Druckpolster- und Ballsystem
Auch ein Druckpolster ist eine Option. Sie kennen sie vielleicht aus „Dance Dance Revolution“. Die meisten verwenden elektromechanische Drucksensoren. Diese Relais werden aktiviert, wenn sie unter Druck stehen. Der Stromkreis ist geschlossen. Es fließt elektrischer Strom. Die CPU verändert die Grafik.
VirtuSphere, Inc. bietet einen anderen Ansatz. Es sieht aus wie ein Hamsterball in Menschengröße. Du gehst hinein und gehst. Der Ball steht auf einer stabilen Unterlage mit Rollen. Die Räder drücken gegen die Kugel. Auf diese Weise können Sie in jede Richtung rollen und dabei still bleiben. Die Sensoren an Ihren Rädern teilen der CPU mit, in welche Richtung Sie gehen. Die Headset-Ansicht ändert sich entsprechend.
Immersive passive Haptik
CAVE-Forscher testen passive Touch. Haptik bezieht sich auf den Tastsinn. Haptische Systeme geben körperliches Feedback. Ein Force-Feedback-Joystick ist ein aktives Beispiel. Passive Berührung übt keine Kraft aus. Verwenden Sie reale Objekte, um virtuelle Elemente darzustellen. Ein echter Klapptisch fungiert als virtuelle Küchentheke. Das Berühren der realen Sache verstärkt das Gefühl des Eintauchens. Hilft bei der Navigation durch die Simulation.
Im nächsten Abschnitt stellen wir die Trackingsysteme HMD und DataGloves vor. Schauen Sie sich zunächst den Fadenläufer an.
String Walker-Gerät
StringWalker wurde von einem japanischen Unternehmen entwickelt. Es ist ein einzigartiges multidirektionales Laufband. Das Gerät ist ringförmig. Acht Fäden kreuzen den Durchmesser. Du gehst auf den Saiten. Der Schwerpunkt dieser Konferenz liegt auf Computergrafik und interaktiven Geräten.
Virtual-Reality-Tracking-System
Trackinggeräte sind das Rückgrat jedes funktionierenden VR-Systems. Sie sitzen nicht einfach da. Sie kommunizieren mit der Verarbeitungseinheit und teilen ihr genau mit, wo sich Ihr Kopf im Raum befindet. Wenn Sie in VR durch den Raum laufen können, kennt der Tracker Ihren Standort, Ihre Richtung und Ihre Geschwindigkeit. Ohne sie bröckelt die Illusion schnell.
Die meisten Systeme konzentrieren sich auf einen Standard: sechs Freiheitsgrade (6-DOF). Das ist der Heilige Gral des Eintauchens. Verfolgen Sie die Position auf der X-, Y- und Z-Achse. Es verfolgt auch die Richtung, unterteilt in Gieren, Nicken und Rollen.
Aus Ihrer Sicht bedeutet das, dass sich die virtuelle Welt mit Ihnen bewegt. Nachschlagen? Der Blick verschiebt sich nach unten. Neigst du deinen Kopf? Der Horizont neigt sich. Vorwärts gehen, ohne nach oben zu schauen? Sie kommen den virtuellen Objekten näher. Der Headset-Sensor teilt der CPU mit, wo Sie sich befinden. Die CPU rendert das richtige Bild. Der Bildschirm wird aktualisiert. Es geht so schnell, dass man die Lücke gar nicht bemerkt.
Wie das Signalsystem kommuniziert
Jedes Tracking-Setup hat drei gemeinsame Komponenten. Ein Sender erzeugt ein Signal. Der Sensor erkennt es. Das Steuergerät verarbeitet Daten für die CPU. Die Arrangements variieren.
Manchmal trägt man die Sensoren. Der Sender ist im Innenbereich befestigt. In anderen Fällen trägt man die Emitter. An Wänden und Decke angebrachte Sensoren erfassen Ihre Bewegungen. Die Hardware schlägt um. Die Logik bleibt bestehen.
Die Signale selbst sind sehr unterschiedlich. Es stehen elektromagnetische, akustische, optische und mechanische Optionen zur Verfügung. Jedes hat Vor- und Nachteile.
Elektromagnetisches Ortungssystem
Diese Systeme messen Magnetfelder. Es funktioniert, indem es elektrischen Strom durch drei senkrecht angeordnete Spulen leitet. Jede Spule wird zu einem Elektromagneten. Sensoren messen, wie diese Felder interagieren. Diese Wechselwirkung verrät die Ausrichtung und Ausrichtung des Emitters.
„Ein gutes elektromagnetisches Trackingsystem ist sehr empfindlich und hat eine geringe Latenz.“
Geringe Latenz ist ein großer Vorteil. Der Nachteil? Alles, was ein Magnetfeld erzeugt, kann das Signal stören. Schreibtische aus Metall. Andere Elektronik. Sogar der Rahmen des Gebäudes kann die Daten verfälschen.
Akustisches Trackingsystem
Akustische Tracker nutzen Ultraschall. Position und Ausrichtung werden bestimmt, indem die Zeit gemessen wird, die die Schallwellen benötigen, um den Sensor zu erreichen. Der Sensor bleibt normalerweise an Ort und Stelle. Du trägst die Emitter.
Die Berechnung ist einfach. Die Entfernung ist Geschwindigkeit x Zeit. Aber der Ton ist sehr langsam. Updates bleiben hinter der tatsächlichen Bewegung zurück. Dies ist nicht für schnelle VR geeignet.
Auch die Umgebung beeinträchtigt das akustische Tracking. Temperaturänderungen. Luftfeuchtigkeit. Luftdruck. All dies verändert die Geschwindigkeit, mit der sich Schall durch die Luft ausbreitet. Wenn Ihre Daten inkonsistent sind, wird Ihr Tracking instabil und unzuverlässig.
Optisches Ortungsgerät
Optische Systeme nutzen Licht. Typischerweise wird als Emitter eine Infrarot-LED verwendet. Die Kamera fungiert als Sensor. Die LEDs blinken nacheinander. Die Kamera zeichnet Lichtmuster auf. Die Verarbeitungseinheit leitet aus diesen Impulsen den Ort und die Richtung ab.
Das optische Tracking zeichnet sich durch eine schnelle Upload-Rate aus. Verzögerungen sind minimal. Aus diesem Grund nutzen die meisten modernen High-End-VRs optische oder hybride opto-mechanische Methoden.
Aber die Sichtlinie ist eine Schwachstelle. Decken Sie die Kamera mit Ihrer Hand ab. Stellen Sie eine Pflanze vor den Sensor. Pausen verfolgen. Auch Umgebungslicht und andere Infrarotquellen können das Signal verwaschen. Für beste Ergebnisse ist eine kontrollierte Umgebung erforderlich.
Mechanische Trackingsysteme
Die mechanische Nachführung ist eine altmodische Methode. Es nutzt eine physische Verbindung. Das Ziel ist an einem festen Punkt befestigt.
Stellen Sie sich ein BOOM-Display vor. Hierbei handelt es sich um ein am Kopf montiertes Display, das an einem Roboterarm mit zwei Gelenkpunkten befestigt ist. Der Arm erkennt Position und Ausrichtung direkt. Keine zu dekodierenden Funksignale. Keine Schallwellen zur Zeit. Kein Licht zu verfolgen.
Die Aktualisierungsrate ist unglaublich hoch. Es ist präzise. Es schränkt jedoch Ihren Bewegungsspielraum ein. Sie sind physisch an das Setup gebunden. Sie können nicht durch den Raum gehen. Sie sind eine Insel aus Stahl und Scharnieren.
Die moderne virtuelle Realität geht weit über raumbezogene Erfahrungen mit rein mechanischen Systemen hinaus. Aber das Prinzip bleibt dasselbe. Physische Einschränkungen garantieren Genauigkeit, allerdings auf Kosten der Freiheit.
Wir bewegen uns in Richtung drahtloser Freiheit im Raummaßstab. Aber der Kompromiss bleibt bestehen. Geschwindigkeit vs. Genauigkeit. Freiheit vs. Präzision. Drahtloser Komfort vs. Interferenz.
Auf den folgenden Seiten werden die spezifischen Geräte erläutert, die diese Systeme ermöglichen. Überlegen Sie bis dahin, was Sie bereit sind, für das Eintauchen zu opfern.
