VR-Helm

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Fallschirmspringer der US-Navy üben mit einem VR-Helm (HMD) virtuell das Fallschirmspringen

Ein VR-Helm oder Head Mounted Display (kurz HMD, dtsch. Auf dem Kopf angebrachte Anzeige) ist ein visuelles Ausgabegerät. Es dient dazu, in die virtuelle Realität einzutauchen oder der Realität Informationen hinzuzufügen. Oftmals werden auch Begriffe wie Datenhelm oder -brille bzw. Videobrille verwendet. Alle Begriffe beschreiben dasselbe Prinzip der Datenausgabe.

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte
2 Technik
3 Anwendungsbereiche
4 Verwendung
- 4.1 Industrie
- 4.2 Privat
5 Zubehör

[Bearbeiten] Geschichte

1966: Ivan Sutherland (Massachusetts Institute of Technology) und Raymond Goertz (Argonne National Laboratory) experimentierten mit dem Prototyp der ersten HMDs sowie eines Datenhandschuhs.

1968: Ivan Sutherland baut das erste funktionsfähige HMD. Dieses MHD ist so schwer, dass es zusätzlich von der Raumdecke getragen werden musste.

1985: Am Ames Research Center (ARC), einem Forschungszentrum der NASA wurden Anwendungen für Virtual Reality entwickelt. Es entstand die Workstation “VIEW”.

1985: Vor allem militärische Entwicklungen, beispielsweise die des IHADSS (Integrated Helmet and Display Sight System) für den AH -64 Apache Helikopter. Diese System war in den Helm des Piloten integriert. Es war unter anderem ausgestattet mit einer Projektionsfläche vor dem rechten Auge, einem Nachtsichtgerät und einem Kopf/Sicht-Richtungssystem für die Bewaffnung des Helikopters.

1991: Der VRD (Virtual Retinal Display) wurde in den Human Interface Technology Lab (HIT) entwickelt.

1993: Forscher der Columbia State University nutzen einen Wearable Computer, der Informationen nicht auf einem Bildschirm, sondern auf einer Datenbrille zeigt.

1994: Steve Mann, Professor am MIT, experimentiert seit den 80ern mit Wearable Computers. Mitte der 90er verbindet er seinen Wearable Computer mit einer Webcam. Per Funk stellte er die entstehenden Bilder ins Internet. Dies kommentierte er mit den Worten: “It's fun being a cyborg.”

2000: Microvisionentwickelt für die Airforce einen HDTV (1920 x 1080 pixel) HMD.

2006: eMagin stellt ein neues HMD vor. Mit dem Namen Eyebud 800 ist es für den direkten Anschluss an den Apple iPod gedacht.

[Bearbeiten] Technik

Die Hauptkomponenten eines HMDs sind, eine Displayeinheit und eine HMD-Optik. Die Displayeinheit liefert das Bild durch eine angeschlossene Datenquelle. Dies kann ein Laptop, ein Pocket Computer oder auch ein Standalone Player sein. Die HMD-Optik leitet das Bild weiter und projiziert es vor das Auge.

Datenbrillen der ersten Generation waren mit zwei vor den Augen befestigten Kathodenstrahlröhren ausgestattet.

Heutige HMDs sind mit ein bis zwei LCD-Monitoren (Liquid Crystal Displays) ausgestattet. Diese sind in eine Brille oder einen Datenhelm integriert. Displays dieser Art haben im kommerziellen Bereich eine Auflösung von etwa 320 x 240 Pixel und in etwa die Größe einer 50-Cent-Münze.

Moderne HMDs sind mit einem Virtual retinal display (VRD) ausgestattet. Diese Technik projiziert ein Bild direkt auf die Netzhaut. Somit entsteht ein Bild, als ob die Daten vor dem Auge schweben würden. Zusammen mit einer transparenten bzw. transluzenten Brille kann das Auge die Umgebung sowie die Darstellungen der Brille gleichzeitig erfassen. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Bild skaliert werden kann und so das gesamte Blickfeld ausgenutzt wird.

Moderne HMDs sind bereits mit einer Auflösung von 1280 x 1024 Pixel erhältlich.

Ausgestattet mit einem Head Tracker (dt.: „Kopf-Verfolger“) kann das Bild an die Blickrichtung angepasst werden. Anhand von Referenzpunkten an dem HMD kann der Head Tracker die Kopfbewegung erfassen. Die gesammelten Daten können so das gesehene Bild in Echtzeit verändern. Somit entsteht auch bei Bewegung das Gefühl, Teil der Anwendung zu sein. Verzögerte und schlechte Darstellung kann zu unangenehmen Nebenerscheinungen wie der Simulator Sickness und einer Herabsetzung der Präsenz und/oder des Grades der Immersion führen.

Wichtigste technische Kenngröße ist neben Stereoskopie-Fähigkeit, Gewicht, Auflösung der Bildschirme usw. vor allem das Sichtfeld (engl.: Field of View, kurz FOV), das bei gut dokumentierten Geräten als horizontales und vertikales FOV angegeben wird.

[Bearbeiten] Anwendungsbereiche

[Bearbeiten] Virtual Reality (dtsch. Virtuelle Realität)

In der Virtual Reality kann eine opake Datenbrille oder -helm die Realität bestmöglich simulieren, da keine visuellen Einflüsse das Bild stören. Diese Fähigkeit wird vorwiegend in der Spieleindustrie und in der Realitätssimulation genutzt. Spieler fühlen sich damit und unter Hinzunahme eines realitätsnahen Eingabegerätes, wie einem Datenhandschuh oder eines Stiftes, besser in die Simulation integriert.

[Bearbeiten] Augmented Reality (dtsch. Erweiterte Realität)

Durch eine transparente Brille können der Realität Informationen zugefügt werden. Durch eine Kamera, die an der Brille befestigte ist, werden Gegenstände mit gespeicherten Referenzbildern aus einer Datenbank verglichen. Können diese erkannt werden, ist es möglich, Informationen darüber abzurufen. Für komplizierte Arbeitsvorgänge kann so die Brille zu Hilfe genommen werden. Diese erklärt einzelne Arbeitsschritte als visuelle Simulation und/oder auch durch erläuternden Lauftext.

[Bearbeiten] 3D Visualisierung

Die 3D Visualisierung macht es möglich, Videos und Bilder in großem Format zu sehen und zu bearbeiten. Besonders im Konsumer Bereich findet diese Art der Visualisierung Anklang. Durch die Augennähe wird ein großer Bildschirm simuliert. So simuliert beispielsweise eine Videobrille eine Bilddiagonale von etwa 120 cm.

[Bearbeiten] Verwendung

[Bearbeiten] Industrie

HMDs werden heute schon in verschiedenen Berufsfeldern eingesetzt

Medien, Kunst und Kultur: Arbeiten und Installationen können simuliert und beurteilt werden. Aber auch die HMD Simulation selbst kann zu einem Kunstobjekt werden.

Konstruktion: Augmented Reality macht es möglich, virtuelle Hinweise zur Verarbeitung zu bekommen. Schritt für Schritt kann so das Ergebnis in Form eines digitalen Handbuches erreicht werden. In der Automobilindustrie ist diese Hilfsmethode bereits etabliert.

Medizin: In der Medizin werden HMDs oft im Bereich der Ausbildung eingesetzt. Schwierige Eingriffe können so realitätsnah an einer 3D Simulation durchgeführt werden. Bei Operationen können Arbeitsschritte erst simuliert, dann real durchgeführt werden. Oft kommen dabei Geräte zur Verbesserung der visuellen Wahrnehmung zum Einsatz, wie bei der Operationsmikroskopie. Mit einer Darstellung auf einem HMD kann so vergrößert operiert werde.

Tourismus: Mit Hilfe von Augmented Reality werden den Touristen über ein HMD zusätzliche Informationen zu Sehenswürdigkeiten eingeblendet. Dieses kann mittels Text geschehen oder durch eine virtuelle Vervollständigung, beispielsweise bei verfallenen Gebäuden.

Rettungsdienste: Hilfstechnik wie Nachtsichtgeräte oder Wärmebildkameras können Rettungskräfte in Echtzeit hilfreiche Bilder liefern und die eigenen Sinne unterstützen.

Militär: Gefahrensituationen können zunächst simuliert werden, bevor Menschenleben aufs Spiel gesetzt werden muss. Teure Lehrgänge an Fahr- und Flugzeugen werden kostengünstig simuliert.

Architektur: Planungen/Zeichnungen können virtuell umgesetzt/realisiert werden. Realitätsnahe Echtzeitbegehungen werden dadurch simuliert.

Ausbildung: Die Ausbildung von Arbeitskräften kann über virtuelle Lehrgänge ortsungebunden stattfinden. Auch sind für Einweisungen weniger Arbeitsmaterialien nötig.

[Bearbeiten] Privat

Spiele: Im privaten Bereich wird ein HMD hauptsächlich für Spiele genutzt, da hierbei besonderer Wert auf Realitätsnähe gelegt wird.

Heimkino: Ein HMD kann aufgrund seiner virtuellen Bildgröße ab 120 cm das Heimkino simulieren.

iPod: eMagin stellt ein neues HMD vor. Mit dem Namen Eyebud 800 ist es für den direkten Anschluss an den Apple iPod gedacht. Eyebud 800 beinhaltet einen Videodekoder, der das Videosignal aus dem iPod in ein S-Video-Signal umwandelt. Das HMD basiert auf einem Organischen Display (OLED) mit einer Auflösung von 800 x 600 pixel. Bei der Veröffentlichung im Herbst 2006 soll eine Bilddiagonale von 2,67 Metern erreicht werden.