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Lokale Immersive Umgebungen Florian Breier Zusammenfassung Die Menschliche Wahrnehmung lässt sich durch Manipulation so verändern, dass eine virtuelle Umgebung als Real empfunden werden kann. Dies macht sich ein immersives 3DVidekonferenz System zu nutze, um ein virtuelles Meeting um nonverbale Kommunikation zu erweitern und so die Tele-Präsenz zu erhöhen. Ebenso wird ein immersiver Fahrsimulator gebaut. CAVEs sind die am weiterbreiteste technische Möglichkeit eine lokale Immersive Umgebung zu erschaffen. Anwendungen aus der Architektur, dem Militär und der Medizin belegen die wachsende Bedeutung immersiver Umgebungen im praktischen Einsatz. Erweitert um Bewegungssimulationen und Haptische Interfaces verwischen die Grenzen zwischen Realität und Simulation immer weiter. Inhaltsverzeichnis 1 Immersion und Wahrnehmung............................................................................................... 2 2 Immersive 3D-Videokonferenz.............................................................................................. 3 1 Präsenz................................................................................................................................3 2 I3DVC – Immersive 3D Videoconferencing...................................................................... 3 3 Verbesserung des Kommunikationserlebnisses................................................................. 7 4 Immersiver Fahrsimulator...................................................................................................... 8 5 CAVE’s.................................................................................................................................. 9 6 Anwendungen...................................................................................................................... 10 1 Architektur........................................................................................................................ 10 2 Militär............................................................................................................................... 11 3 Medizin............................................................................................................................. 12 4 Bewegungssimulation.......................................................................................................14 5 Haptische Interfaces......................................................................................................... 15 6 Zusammenfassung................................................................................................................ 16 7 Literaturverzeichnis.............................................................................................................. 18 Lokale Immersive Umgebungen 1

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ZusammenfassungDie Menschliche Wahrnehmung lässt sich durch Manipulation soverändern, dass eine virtuelle Umgebung als Real empfunden werdenkann. Dies macht sich ein immersives 3DVidekonferenz System zunutze, um ein virtuelles Meeting um nonverbale Kommunikation zuerweitern und so die Tele-Präsenz zu erhöhen. Ebenso wird einimmersiver Fahrsimulator gebaut. CAVEs sind die am weiterbreitestetechnische Möglichkeit eine lokale Immersive Umgebung zuerschaffen. Anwendungen aus der Architektur, dem Militär und derMedizin belegen die wachsende Bedeutung immersiver Umgebungenim praktischen Einsatz. Erweitert um Bewegungssimulationen undHaptische Interfaces verwischen die Grenzen zwischen Realität undSimulation immer weiter.

Inhaltsverzeichnis 1 Immersion und Wahrnehmung...............................................................................................2 2 Immersive 3D-Videokonferenz..............................................................................................3

1 Präsenz................................................................................................................................3 2 I3DVC – Immersive 3D Videoconferencing......................................................................3 3 Verbesserung des Kommunikationserlebnisses................................................................. 7

4 Immersiver Fahrsimulator...................................................................................................... 8 5 CAVE’s..................................................................................................................................9 6 Anwendungen...................................................................................................................... 10

1 Architektur........................................................................................................................10 2 Militär...............................................................................................................................11 3 Medizin.............................................................................................................................12 4 Bewegungssimulation.......................................................................................................14 5 Haptische Interfaces......................................................................................................... 15

6 Zusammenfassung................................................................................................................16 7 Literaturverzeichnis..............................................................................................................18

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1 Immersion und Wahrnehmung

Unter Immersion versteht man das „Eintauchen in eine virtuelle Welt“ [WIK]. Der Grad desEintauchens, also als wie real die virtuelle Welt empfunden wird, hängt von mehrerenFaktoren ab. Zum einen muss die Wahrnehmung der Realen Welt unterdrückt werden undgleichzeitig die Sinne des Menschen so stimuliert werden, dass die virtuelle Weltwahrgenommen werden kann. Wie wirklichkeitsnah die Sinne dabei stimuliert werden,beeinflusst maßgeblich den dadurch zu erreichenden Grad der Immersion.

Beim Menschen geht man im Allgemeinen von folgenden Sinnen aus (nach [MLAS]):Gesichts-, Gehör-, Geruchs-, Geschmacks- und Tastsinn. Daneben gibt es noch denGleichgewichtssinn und einen Sinn für Geschwindigkeit und Temperatur. Diese Sinne spielenbei der Wahrnehmung eine unterschiedlich große Rolle. Der Gesichtssinn, als die visuelleWahrnehmung ist der dominanteste Sinn des Menschen. Danach kommt der Gehörsinn. Dieseunterschiedliche Verteilung kann man also ausnutzen um den Grad der Immersion zu steuern.Hierfür kann man einen weiteren Aspekt ausnutzen. Die Rezeptoren für den Tastsinn sindnicht gleichmäßig über die Haut des Menschen verteilt. In Abbildung 1 wird dieEmpfindlichkeit des Tastsinns in verschiedenen Regionen des Körpers dargestellt.Empfindlichere Körperregionen sind entsprechend proportional größer dargestellt. Man sieht,das die Hände sehr empfindlich sind.

Um eine lokale immersive Umgebung für die Benutzer realitätsnah erscheinen zu lassen musses ebenfalls möglich sein mit der Umgebung durch anfassen zu interagieren (vgl.6.5Haptische Interfaces) und sich in ihr frei zu bewegen (vgl. 6.4 Bewegungssimulation ). Manmuss bei der Stimulierung der einzelnen Sinne beachten, das bei widersprüchlichenEindrücken beim Benutzer Beschwerden auftreten. Diese als Simulatorkrankheit bezeichnetenSymptome äußern sich in Kopfweh, Schwindelgefühlen oder einer leichten Desorientierung.Diese treten auf, falls die simulierten Eindrücke nicht mit Sinnen überein stimmen, welchenoch von der Realität beeinflusst sind, in sich widersprüchlich sind, oder nicht mit

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Abbildung 1: Verteilung der Tastsinnrezeptorenbeim Menschen

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Erfahrungswerten übereinstimmen. Eine weitere Ursache dieser Symptome können falschkalibrierte Ausgabesysteme oder eine zu großer zeitlicher Versatz zwischen Sensoreingabeund Reaktion der Simulation sein.

2 Immersive 3D-VideokonferenzIm folgenden wird als Beispiel einer lokalen immersiven Umgebung ein 3D-Videokonferenzvorgestellt. Das 3D-Videokonferenzsystem I3DVC wurde vom Heinrich Hertz Institut Berlinund vom Fraunhofer Institut entwickelt und 2002 der breiten Öffentlichkeit vorgestellt. DasZiel dabei war, den virtuellen Konferenzteilnehmern ein möglichst hohes Maß der Präsenz zuvermitteln.

1 PräsenzUnter Präsenz versteht man das Gefühl sich an einem Ort zu befinden, obwohl man sich nichtwirklich dort befindet. Man kann die Präsenz in zwei Komponenten unterteilen: derphysischen und der sozialen Präsenz. „Die soziale Präsenz zielt darauf ab, das technischeSysteme ein Zusammengehörigkeitsgefühl vermitteln können, obwohl sich die Teilnehmer anunterschiedlichen Orten befinden. [..] Bei der physischen Präsenz geht es um Medien, dieeinen Nutzer trotz einer vorhandenen Distanz das Gefühl der räumlichen Nähe und desunmittelbaren Erlebens realer oder auch virtueller Geschehnisse geben.“ [KS02] Wenn manso will, ist also eine Vorraussetzung der Präsenz eine immersive Darstellung derKommunikation. Die Soziale und die Physische Präsenz sind eng miteinander gekoppelt undverstärken sich gegenseitig.Bisherige Kommunikationsmedien wie Brief, textuellem Chat und Telefon sind vor allemdazu fähig für eine Soziale Präsenz zu sorgen. Videokonferenzsysteme die der sozialenPräsenz eine physische hinzufügen sollen, erreichen dies in einem bisher noch nichtausreichendem Maß.

2 I3DVC – Immersive 3D Videoconferencing

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Abbildung 2: I3DV – Hardwareanordnung

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I3DVC steht für Immersive 3D Videoconferencing. Das System besteht aus einem 61 ZollRückprojektionsmonitor zur Darstellung der Virtuellen Szene dient. Um den Monitor herumsind wie in Abbildung 2 dargestellt, 4 Videokameras angeordnet. Zusätzlich dazu wird nochein Surroundsoundsystem sowie ein Mikrofon verwendet. Der Benutzer desKonferenzsystems sitzt vor dieser Anordnung vor einem runden Tisch. Dieser Tisch bestehtaus einem realen und einem virtuellen Teil. Der reale Teil wird perspektivisch korrekt in dervirtuellen Szene fortgesetzt.Die Konferenzteilnehmer werden in der virtuellen Szene dargestellt. Jeder dieser Teilnehmersitzt ebenfalls vor einem I3DVC System wie oben beschrieben. Das besondere an diesemKonferenzsystem ist, dass das von den Konferenzteilnehmern aufgezeichnete Video nichtunbearbeitet in die Szene eingeblendet wird. Statt dessen blickt jeder Konferenzteilnehmer aufeine virtuelle Konferenzszene wie zum Beispiel in Abbildung 3.

Die Architektur des Systems wird in Abbildung 5 dargestellt. Im folgenden werden einzelneTeile davon näher besprochen. (nach [KS01] und [KS02]):Das System basiert auf dem Konzept der Shared Virtual Table, das heißt geeigneteaudiovisuelle Repräsentationen der Konferenzteilnehmer möglichst symmetrisch um einenvirtuellen Tisch an vordefinierten Positionen angeordnet werden. Um dies zu gewährleistenwird jeder Konferenzteilnehmer von mehreren Kameras aufgenommen. „Aus diesenMehrkameraaufnahmen wird dann eine geeignete räumliche Darstellung extrahiert, aus der

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Abbildung 3: I3DVC -Prototyp

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man später die gewünschten perspektivischen Ansichten der betreffenden Personrekonstruieren kann.“ [KS01] Das Prinzip wird in Abbildung 4 dargestellt.

Als erstes Verarbeitungsschritt werden die Videoaufnahmen der Teilnehmer segmentiert undvom Hintergrund getrennt. Um das Bild vom Hintergrund trennen zu können und dieKonturen exakt bestimmen zu können wird vor Beginn der Konferenz eine Referenzaufnahmedes Hintergrunds angefertigt. Während der Konferenz wird dann das aktuelle Bild mit demReferenzhintergrund verglichen. Des weiteren werden die Hände der Teilnehmer mittels ihrerHautfarbe erkannt und einem separaten Segmentierungsprozess unterzogen, da ihnen in derNonverbalen Kommunikation eine besondere Rolle zukommt.Auf diesen Schritt folgen noch verschiedene weitere Verarbeitungsschritte, deren Details manin [KS01] erfahren kann. Die verarbeiteten Bilder werden dann durch einen MPG4-Encoder ineinen Videostrom umgewandelt, der mithilfe des Real-Time-Protokoll über ein UDP/IPNetzwerk an die anderen Stationen übertragen wird.

Jede Station erhält die Videoströme aller anderen Stationen. Zusätzlich dazu liefert einKonferenz/Szenen-Server eine Beschreibung der virtuellen Konferenzszene und aller darinenthalten virtuellen Objekte. Diese Beschreibung der Konferenzszene ist im BIFS-Format derMPG4-Spezifikation gehalten. Diese Szenenbeschreibungssprache (Binary Format for Scenes)eignet sich besonders zur Einbettung von Videoströmen. Darin wird die Anordnung dereinzelnen Konferenzteilnehmer um den (virtuellen) Konferenztisch beschrieben, sowie alleweiteren virtuellen Objekte die in der Konferenz verwendet werden. Denkbar sind hierInformationen über die anderen Teilnehmer, sowie Dokumente die gemeinsam bearbeitet

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Abbildung 4: Prinzip der Shared Virtual Table

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werden. In diesem Kontext weiterhin interessant ist die Möglichkeit eines dynamischenUpdates, dass heißt das sich die in der Szene beschriebenen Objekte verändern können. Somitist es zum Beispiel auf einfache Art und weise Möglich einen weiteren Konferenzteilnehmerhinzuzuschalten indem die Szene aktualisiert wird. Diese Daten werden über http übertragenund von einem BIFSdecoder ausgewertet. Die von der Station empfangenen Videoströmewerden in einem MPG4-Decoder weiterverarbeitet. Diese Daten werden dann zusammen mitden Audiodaten und den in der Konferenzenthalten 3D-Objekten synchronisiert und voneinem MPG4-Kompositor integriert.

Um den Konferenzausschnitt aus der Sicht eines Teilnehmers darzustellen, ist es nötig dievirtuelle dreidimensionale Repräsentation der Konferenzsituation auf sein Blickfeldabzubilden. Dazu ist in der BIFS Beschreibung der Szene für jeden Konferenzteilnehmer einevirtuelle Kamera definiert. Mit ihrer Hilfe ist es möglich die virtuelle 3D-Szene auf denzweidimensionalen Bildschirm des Konferenzteilnehmers abzubilden. Die Position dervirtuellen Kamera wird durch den Headtracker des Benutzers der Station gesteuert. Die

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Abbildung 5: I3DVC - Architektur

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Darstellung auf dem Bildschirm wird dann vom MPG4-Kompositor übernommen. (vgl.Abbildung 6) und von einer Handelsüblichen 3D-Grafikkarte auf dem Bildschirm dargestellt.Das Ziel ist es den gesamten Verarbeitungsprozess auf handelsüblichen Rechnern laufen zulassen. Dies ist bisher allerdings nicht möglich. Vor allem der Segmentierungsast findenRechenintensive Verarbeitungsschritte statt. Die Videokonferenz stellt zusätzlich hoheAnsprüche an die Verarbeitungsgeschwindigkeit. So darf es zu keinen großen Verzögerungenim Videostrom kommen, weil sich diese störend auf die Wahrnehmung der Teilnehmerauswirken würde. Es werden damit pro Station 3 aktuelle Hochleistungsrechner benötigt diezusätzlich mit einer PCI-Einsteckkarte ausgerüstet sind. Diese Einsteckkarte enthält 4DSPProzessoren, also Prozessoren zur digitalen Signalverarbeitung.

3 Verbesserung des KommunikationserlebnissesDieser nicht unerhebliche Aufwand dient alleine der Verbesserung derKommunikationssituation der Konferenzteilnehmer. Jeder Konferenzteilnehmer blickt aufeine Lebensgroße Darstellung der anderen Konferenzteilnehmer. Dadurch das der Bildschirmfast das komplette Sichtfeld des Konferenzteilnehmers ausfüllt wird ein sogenannterFensterblick vermieden. Jeder Teilnehmer erhält aus seiner Sicht eine perspektivisch korrekteDarstellung der Konferenzsituation. Es ist möglich Blickkontakt mit anderenKonferenzteilnehmern herzustellen oder den von anderen zu beobachten. Gestiken undMimiken werden ohne Zeitverzögerung und perspektivisch korrekt dargestellt. DieKommunikation findet somit nicht mehr nur auf der verbalen Ebene sondern auch auf dernonverbalen Ebene statt. Dies ist wichtig da viele Kontextinformationen auf der nonverbalenEbene transportiert werden und die Anzahl von Missverständnissen somit zurückgehen sollte.Ein weitere Vorteil dieses Systems ist seine einfache Erweiterbarkeit um weitereKonferenzteilnehmer ohne an der Hardwareanordnung einzelner Teilnehmer etwas verändernzu müssen. Es ist die Ansicht des Autors das sich Systeme die auf dieser Basis aufgebaut sind,schnell durchsetzten werden. Im Kontext global operierender Unternehmen undEntwicklerteams wird ein System angeboten das vor allem im Vergleich zu anderen Systemenden Kommunikationsfluss weniger stört und erleichtert.

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Abbildung 6: Szenenkomposition

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4 Immersiver Fahrsimulator

Der immersive Fahrsimulator ist ein Projekt des Fraunhofer Institut für Arbeitswirtschaft undOrganisation (siehe [DS03]). Er besteht aus einem modifiziertem Renault Scenic um denherum Projektionsflächen angebracht sind. Die 6 Projektionsflächen (vgl. Abbildung 7) sindso angeordnet, dass sie das komplette Sichtfeld (inklusive der Rückspiegel) des Fahrersabdecken. Um die Fahrbewegung und die Fahrbahn simulieren zu können, wurde dasFahrzeug modifiziert: Es wurde ein Unterboden Chassis-Vibrator angebracht, der Fahrersitzwurde um einen Schwingungserreger erweitert und in jeder Radaufhängung wurde einAktuator angebracht. Damit können Roll- und Nickbewegungen von bis zu 10cmMaximalamplitude dargestellt werden. Auch im Fahrzeuginneren (siehe Abbildung 8) wurdenAnpassungen vorgenommen. Die Instrumententafel wurde durch ein TFT-Display ersetzt.Damit können unterschiedliche Anzeigeinstrumente simuliert werden, die auf die Simulationreagieren. Gesteuert wird das Fahrzeug weiterhin mittels den Pedalen und dem Lenkrad.Durchdiese Anpassungen und die Kombination von Realität und Simulation wird ein hoherGrad anImmersion erreicht. Das Einsatzgebiet dieses Simulators liegt in Konzeptstudien im Maßstab1:1, Iterativer Entwicklung, Virtual Prototyping und Usability-Tests.

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Abbildung 7: Immersiver Fahrsimulator

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5 CAVE’sEng mit dem Begriff lokaler immersiver Umgebungen verknüpft sind CAVE’s. Der BegriffCAVE steht für CAVE Automatic Virtual Environment und ist ein eingetragenesWarenzeichen der Firma Fakespace Inc (siehe [FS]).

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Abbildung 8: Innenansicht desFahrsimulators

Abbildung 9: Aufbau eines CAVE's

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Der erste CAVE wurde auf der SIGGRAPH 1992 vorgestellt. Sein ursprünglichesEinsatzgebiet war die dreidimensionale Darstellung komplexer wissenschaftlicher Daten. DerAufbau eines CAVE’s wird in Abbildung 9 dargestellt. Er besteht aus einer würfelförmigenGrundstruktur mit einer Kantenlänge von ungefähr drei Metern. Jeweils drei bis sechsWürfelseiten sind Projektionsflächen die mithilfe von Projektoren als Darstellungsfläche fürstereoskopische Grafiken verwendet werden. Die Projektion geschieht dabei mit einerAuflösung von 1600x1200 Pixeln bei einer Frequenz von 96Hz. Damit den Benutzern desCAVE’s die Grafiken dreidimensional erscheinen, müssen sie Shutterbrillen verwenden. AlsErgänzung dazu kann ein (Surround-) Soundsystem installiert werden. Inzwischen gibt esverschiede Abwandlungen und Erweiterungen des Systems. Das System RAVE ebenfalls vonder Firma Fakespace ist etwa dreiseitig und transportabel und die Projektionsfläche desDomes der Firma ist eine Kuppel.

6 Anwendungen 1 ArchitekturIn der Architektur werden CAVE’s in der Designentwicklung für Innen- undAußenarchitektur eingesetzt [NP99]. Die Möglichkeit das Design im Computer bereits infrühen Entwicklungsstadien visuell begutachten (Abbildung 10) und virtuell erleben unddurchwandern zu können bietet den Architekten einen deutlichen Mehrwert gegenüberkonventionellen Methoden. „Es sollten begehbare Räume geschaffen werden, möglichst imMaßstab 1:1, die es ermöglichen den Entscheidungsprozeß über zu gestaltenden Räume oderStadtgebiete zu vereinfachen.“ [MLAS]

Die Möglichkeit das Objekt schon in der Planungsphase erleben zu können kann auch in derKundenakquisition das ausschlaggebende Argument darstellen. Der Kostenfaktor stellt in

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Abbildung 10: Außenarchitektur

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diesem Umfeld jedoch eine großes Hindernis dar, und ist der Grund warum lokale ImmersiveUmgebungen bisher erst bei Großprojekten eingesetzt wurde. So wurde zum Beispiel einevirtuelle Studie erstellt, als das neue Terminal 1 des Frankfurter Flughafens gebaut wurde.Trotz der Kosten ein begehbares virtuelles Abbild zu erstellen, wurde der Einsatz als Erfolggewertet. Die bei solchen Großprojekten immer wieder auftretenden Planungsrisiken aufgrundvon Koordinationsproblemen der Vielzahl von Subunternehmen konnten reduziert werden.Innenarchitekten (Abbildung 11)profitieren von einer Simulation da sich komplexeLichtverhältnisse im Zusammenspiel mit anderen Einflüssen darstellen lassen. Diese Modelleim Maßstab 1:1 darstellen und erleben zu können erlauben eine frühere Kontrolle der Planungum ungewünschte Überraschungen später vermeiden zu können.

2 Militär„Schon früh konzentrierte sich die DARPA (ARPA=Advanced Research Projects Agency) dieVR-Ambitionen auf Schulung und Training von Kampfjetpiloten und Panzerfahrern invirtuellen Umgebungen.“ [NP99] Traditionell werden daher von den Militärs schon seidlängerer Zeit Simulatoren zur Ausbildung der Soldaten verwendet. Flug-, Schiffs- undPanzersimulatoren sind nur ein Beispiel hierfür. Durch immer realer wirkendere, sprichimmersivere, Darstellungen der Simulation können Kosten bei der Soldatenausbildung gespartwerden, indem teures und gefährliches Training am echten Gerät durch Simulationen ersetztwerden. Auch Manöver werden zunehmend nur noch virtuell ausgetragen. TeureGroßraummanöver die auf realen Übungsplätzen ausgetragen werden finden nur noch seltenstatt. Manöver werden zunehmend in einer virtuellen Umgebung ausgetragen in der weltweitverteilte Simulatoren und Lokale Immersive Umgebungen vernetzt werden. Diese Manöversind nicht nur kostengünstiger, sondern lassen sich auch einfacher überwachen und auswerten.Die darin verwendeten Szenarien können beliebig variiert werden und können realenGegebenheiten entsprechen oder auch nicht.

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Abbildung 11: Innenarchitektur

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Neben diesen Anwendungen können in Kombination mit Bewegungssimulatoren auchFußsoldaten ausgebildet und indoktriniert werden. (vgl. Abbildung 12 ) Die Bedeutungwelche die Militärs dem Einsatz Virtueller Realität beimessen wird unter anderem durchPublikationen wie „Virtual Reality and Technologies for Combat Simulation“ [TA94]deutlich.

3 MedizinVirtuelle Simulationen und Umgebungen können auch in der Ausbildung von Ärzten eineRolle spielen. So lassen sich zum Beispiel Operationen oder neuen Operationsmethodenzunächst am simulierten Patienten erproben (Abbildung 14) und trainieren (vgl. [NP99]).Durch das virtuelle Abbild einen Patienten könnte es somit auch möglich werden einenEingriff erst einmal virtuell zu planen, bevor er dann tatsächlich vorgenommen wird. Auch einvisuelles Lexikon kann nicht nur im Studium das Verständnis des Menschen vereinfachen. InAbbildung 13 wird der Vorläufer eines solchen Systems dargestellt.So können zum Beispieldigitale Röntgenaufnahmen dazu verwendet werden um dem Arzt seine Vorbereitungen durchein geeignetes virtuelles Abbild zu vereinfachen. Aber nicht nur zur Vorbereitung, sondernauch während der Operation können virtuelle Darstellungen des Patienten nützlich sein.Vorstellbar ist es zum Beispiel bei einer Strahlentherapie die Strahlenkanonen exakter steuernzu können, wenn der Arzt über ein virtuelles Abbild des Patienten verfügt, das anhand vonSensordaten laufend aktualisiert wird.Ein weiteres Gebiet in dem virtuelle Simulationen eingesetzt werden ist die Therapie von

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Abbildung 12: Soldatenausbildung

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Phobien (siehe [VRET]). Die Patienten werden dabei gezielt Schlüsselerlebnissen ihrerPhobie ausgesetzt. Dabei ist es sowohl sicherer als auch kostengünstiger dies in virtuellenUmgebungen zu tun. Man denke dabei zum Beispiel an Flugangst. Der Grad der Immersionspielt hierbei eine besondere Rolle, da somit der Grad der Phobie beeinflusst werden kann.Bei der Behandlung von Höhenangst durch virtuelle Simulationen werden dabei Erfolgsratenvon bis zu 90% erreicht.

Das University of Dayton Research Institute hat in Zusammenarbeit mit der Miami ValleyRegional Transit Authority das Train-to-Travel Projekt ins Leben gerufen. In diesem Projektwurde ein virtuelles 1:1 Abbild des universitären Umfelds geschaffen. Ziel war es behinderteMenschen darauf vorzubereiten den öffentlichen Nahverkehr (Busse) zu verwenden. Dadurchsollte die Abhängigkeit dieser Personengruppe von einem Fahrdienst reduziert werden. „DieBehinderten Studenten konnten in der Virtual Reality erstens trainieren, mit den Handicapsdes Alltags zurechtzukommen und zweitens ihre eigene Fahrtroute abfahren um sich Gebäudeoder Merkmale zu merken, die sie darauf aufmerksam machen, wann sie umsteigen müssen.So wußten die Studenten schon vor ersten Fahrt mit dem Bus, das sie dich zum Ausstiegbereit machen sollen, sobald sie den McDonalds sehen.“ [NP99]Die Virtuelle Darstellung bzw. Simulation kann in der Medizin enorme Vorteile bieten.Gerade in diesem Umfeld ist es wichtig komplexe Daten und Zusammenhänge für den Arztanschaulich, schnell und einfach verstehbar darzustellen. In Zusammenhang mit der virtuellenTherapie und Projekten zur Verbesserung der Lebensqualität behinderter Menschen bietetdieser bereich ein enormes Zukunftspotential. Nicht zuletzt ist es eine Hoffnung dieKostenexplosion im Gesundheitsbereich einzudämmen.

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Abbildung 13: Virtueller Patient als Lernsystem

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4 BewegungssimulationWie in Abschnitt 1 über den Zusammenhang zwischen Immersion und Wahrnehmung bereitsdargestellt worden ist, kann der Grad der Immersion steigen falls eine Simulation freibegehbar ist. Hierzu muss also eine Möglichkeit gefunden werden Bewegungen simulieren zukönnen als auch die Bewegung in der Realität zur Steuerung der Bewegung in der Simulationverwenden zu können. Darunter versteht man sogenannte „Locomotion Interfaces“ (siehe[JH]).

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Abbildung 14: virtuelle Operation

Abbildung 15: Bewegungssimluation

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Eine Möglichkeit hierfür ist die sogenannte Tretmühle („thread mill“). Sie ist eine ArtLaufband, nur das hierbei Bewegungen nicht nur in eine Richtung (also vor und zurück)sondern auch zu beiden Seiten und somit in 2 Dimensionen möglich sind. Ebenfalls lassensich damit Neigungen von +/- 10° darstellen. Die maximale Geschwindigkeit beträgt hierbei20 Km/h bei einer maximalen Beschleunigung von 1Ge.Durch diese Art der Ein- und Ausgabe lässt sich erst das Gefühl des realen Erlebenssimulieren und somit der Grad des Eintauchen über ein passives Niveau steigern. Dies wirdzum Beispiel in Abbildung 15 deutlich. Der Bewegungssimulator alleine ist in Abbildung 16dargestellt. Die Anordnung wie in Abbildung 16 wird vor allem dann eingesetzt wenn vorallem weit entfernte Objekte dargestellt werden sollen. Ein Head-Up-Display wie inAbbildung 16 wird hingegen eingesetzt wenn es darauf ankommt auch Objekte simulieren zukönnen die Näher an der Person sind. Aufgrund von technischen Beschränkungen können soObjekte ab einer Entfernung von ungefähr einem Meter simuliertwerden.

5 Haptische InterfacesDa der Mensch seine Umgebung auch durch ertasten erlebt und somit als real erlebt mussauch dieser Teil der Wahrnehmung simuliert werden um den Grad der Immersion weiter zu

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Abbildung 16: Bewegungssimulation

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steigern. Haptische Interfaces (vgl. [RZ98]) sind Schnittstellen die mit dem Tastsinninteragieren. Die Lehre vom Tastsinn oder auch Haptik geht davon aus, dass mechanischeEmpfindungen über die Haut wahrgenommen werden. Somit lassen sich Berührungen,Drücke, Vibrationen und Temperaturen lokalisieren und bewerten.

Hardware die es Möglich macht auf diesen Sinn einzuwirken wird zum Beispiel von derFirma SensAble Technologies ([SAT]) hergestellt. In der Phantomserie werden StiftartigeGeräte wie in Abbildung 17 dazu verwendet um auf den Tastsinn einzuwirken. Dabei wirdmit Hilfe von Forcefeedback in 6 Freiheitsgraden durch eine Krafteinwirkung auf den Fingereine dreidimensionale Oberfläche erleb- und modellierbar gemacht. Diese Geräte finden vorallem im 3D-CAD ihren Einsatz.

6 ZusammenfassungAuf dem Gebiet der Lokalen Immersiven Umgebungen bzw. virtueller Präsenz findet zur Zeiteine rege Forschungstätigkeit seitens der Industrie und der Wissenschaft statt. Ergebnissedieser Forschung werden zur Zeit schon eingesetzt, oder erreichen wie die immersiveVideokonferenz die Marktreife. Durch die darin erreichte Verbesserung der Präsenz gewinntein Videokonferenzsystem an Benutzerakzeptanz und eignet sich somit für einen größeren

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Abbildung 17: Schnittstelle für den Tastsinn

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Anwendungsbereich. Dadurch lässt sich ein großes Potential für diese Anwendung erkennendie wohl bald größere Verbreitung finden werden.Der Autor ist deshalb der Ansicht das die Bedeutung von Präsenzaspekten in virtuellen(immersiven) Umgebungen, sowohl im industriellen als auch im privaten Bereich weiterzunehmen werden. Immersive Umgebungen werden in der Entwicklung und Ausbildungenmit steigendem Kostendruck vermehrt eingesetzt werden um dem steigendem Kosten- undKonkurrenzdruck entgegentreten zu können.Das Thema der lokalen immersiven Umgebung gibt es nicht erst seid heute. Die ScienceFiction Literatur beschäftigt sich schon seid längerer Zeit mit diesem Thema. Die wohlbekannteste Ausprägung dürfte das Holodeck der TV-Serie Star-Trek sein.(vgl. Abbildung 18)Das interessante daran ist die gegenseitige Beeinflussung von Literatur und Wissenschaft undes bleibt abzuwarten ob die technischen Möglichkeiten der Wissenschaft die der ScienceFiction einholen werden. Die heutigen Möglichkeiten zur Darstellung virtueller Realitätenwaren vor ein paar Jahren noch unvorstellbar und der Autor ist der Meinung das weiteBereiche menschlichen Lebens davon beeinflusst werden. Es ist somit notwendig sich kritischmit diesem Thema auseinander zusetzen

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Abbildung 18: Immersive Umgebungen in der Science Fiction: Holodeck

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7 Literaturverzeichnis

[DS03] Dieter Spath, Unterstützung innovativer Lösungen mittels Virtual Reality amBeispiel desFahrzeuginnenraums,2003

[FS] FakeSpace Systems, http://www.fakespace.com/[JH] John M. Hollerbach, Locomotion Interfaces,

http://www.cs.utah.edu/~jmh/Locomotion.html[KS01] Peter Kauff, Oliver Schreer, Immersive 3D-Videokonferenz, 2001[KS02] Peter Kauff, Oliver Schreer, An immersive 3D Video-Conferencing System using

shared virtual environments, 2002[MLAS] Melanie O. Läge, Attila S. Suiçmez, Skript Virtuelle Realität[NP99] Nils Philippsen, Virtuelle Realität, http://www.it.fht-

esslingen.de/~schmidt/vorlesungen/vr/seminar/ws9899/virtuellerealitaet.html, 1999

[RZ98] Rainer Zwisler, Virtuelle Realität und die Rolle von Haptik,http://www.zwisler.de/scripts/haptics/haptics.html,1998

[SAT] SensAble Technologies Inc. , http://www.sensable.com/[TA94] U.S. Congress, Office of Technology Assessment, Virtual Reality and Technologies

for Combat Simulation--Background Paper, OTA-BP-ISS-136 (Washington, DC:U.S.Government Printing Office, September 1994)

[VRET] Virtual Reality Exposure Therapy, http://www.cc.gatech.edu/gvu/virtual/Phobia/[WIK] Wikipedia, http://de.wikipedia.org