Virtuelle Welten ohne Grenzen
November 13, 2017
Von der Exkursion zur Y&R Group Switzerland im Rahmen des CAS Disruptive Technologies berichtet Max Keller.
Um sich durch die Strassen von New York zu bewegen, müssen wir heutzutage einen ca. 9 Stunden langen Flug auf uns nehmen, die Vorbereitungen und Anreise zum Flughafen nicht eingerechnet. Es reichen aber auch eine kleine Investition sowie wenige Handgriffe, um eine VR-Brille zu erwerben und aufzusetzen und schon lassen sich beliebige Orte auf der Weltkarte (zumindest visuell und virtuell) flexibel erkunden. Der Blick vom Empire State Building, nur wenige Klicks entfernt. Der Mount Everest, locker aus dem eigenen Wohnzimmer erklommen. Einem Wal in tausend Meter Tiefe von Angesicht zu Angesicht begegnen, unproblematisch. Virtuelle Realitäten und Co wurden zwar erst mit der Gründung von Oculus Rift im Jahr 2012 wieder professionell angegangen, bieten aber heute bereits sehr umfangreiche Einsatzmöglichkeiten im Privaten und Beruflichen. Von diesen berichtete und überzeugte uns Elias Zurbuchen von Y&R. Für mich persönlich ein erkenntnis- und erlebnisreicher Samstagnachmittag.
Abgrenzungen
Bevor es in die vertieften Einblicke der Technologien geht, gilt es wichtigste Begriffe abzugrenzen. VR bedeutet «Virtual Reality» und der Name hat auch Bedeutung, denn bei VR taucht man in eine computer-simulierte Umgebung ein, die entweder der richtigen Welt entnommen ist (Google Earth) oder eine künstliche Welt darstellt. Bei AR (Augmented Reality) hingegen wird die reale Welt um visuelle Informationen oder virtuelle Objekte erweitert. Das beste Beispiel dafür dürfte der Emulator «Pokémon GO» für Smartphones sein, welcher im Jahr 2016 einen Hype erfahren hatte. Der winzige, jedoch bedeutende, Unterschied zu MR (Mixed Reality) besteht darin, dass bei MR die Informationen und Objekte in die Umwelt integriert sind. Das nachfolgende Bild verdeutlicht die Abgrenzung.
Historische Entwicklung
Die Entwicklung von VR begann im Jahr 1956 mit «Sensorama». Diese fixe Einrichtung, die einem Arcade-Automaten gleicht, bot dem Benutzer weitwinklige 3D-Bilder, Stereo-Sound und Gerüche (Erlebnis-Theater). Mit dem «Sword of Damocles» wurde 1966 die erste Technologie entwickelt, die ein HMD (head-mounted display system) nutzte und dem Benutzer damit eine gewisse Flexibilität bot. Verschiedene Gründe (Rechenleistung, Flexibilität, aufwändiger Aufbau) führten dazu, dass VR erst im Jahr 1995 durch Nintendo wieder neu aufgerollt wurde. Der «Virtual Boy» war eine Videospielkonsole, die zwar 3D-Effekte erzeugen konnte, jedoch auf einem Stativ fixiert war und den Nutzer deshalb in seiner Bewegungsfreiheit einschränkte. Ausserdem führten längere Spielzeiten zu Kopfschmerzen, weshalb weltweit auch nur 150’000 Exemplare verkauft wurden. Das Platzen der Dotcom-Blase führte dazu, dass sich in den nachfolgenden Jahren keiner an die VR-Technologie traute – bis 2012, dem Gründungsjahr von Oculus VR. Im Rahmen einer Kickstarter-Kampagne (Crowdfunding) sammelte Oculus rund 2.5 Mio. USD und konnte damit die Entwicklung von VR und HMD vorantreiben, bis Facebook das Unternehmen im Jahr 2014 für 2.3 Mrd. USD übernahm. Seit 2014 schafften immer mehr Big Player wie Sony (PlayStation VR), HTC (Vive), HP, ACER und andere den Markteintritt. Mittlerweile hat sich VR, dank der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten, zu einer milliardenschweren Industrie entwickelt, die in 2017 ca. 7 Mrd. USD Umsatz generierte, welcher sich bis 2021 verzehnfachen soll.
Die Entwicklung rund um AR und MR begann etwa in den Fünfzigern (Head-up-Displays in Flugzeugen). Der bedeutendste Meilenstein wurde jedoch im Jahr 1997 mit dem «Mobile Augmented Reality System» (MARS) erzielt. An der Columbia University in New York entwickelt, konnte MARS Gebäudeinformationen anhand von GPS-Daten in einem mobilen HMD anzeigen. Die Rechenleistung dafür stammte aus einem Laptop, der in einem Rucksack auf dem Rücken getragen wurde. In 2012 stellte Google zum ersten Mal das «Google Glass» vor, welches in 2014 zu Testzwecken in einer Beta-Version veröffentlicht wurde. In 2015 stoppte Google die Produktion von Google Glass, unter anderem aufgrund Datenschutzbedenken. Microsoft hingegen, hat es in 2015 mit «Hololens» geschafft, eine Mixed-Reality-Brille zu entwickeln, die zwar schwer, kaum ergonomisch und teuer ist, dafür aber diverse Einsatzmöglichkeiten bietet (z.B. im Engineering oder Kriminalermittlung) und sich mit Sprachbefehlen, Gesten oder Kopfbewegungen steuern lässt. Diverse AR und MR-basierte Apps, vor allem Pokémon GO, verdeutlichten jedoch, dass es nicht immer eines HMD als Ausgabegerät bedarf, sondern auch Smartphones dafür genügen. Der wohl grösste Entwicklungsschritt soll aber erst in 2018 durch «Magic Leap» erfolgen. Das Start-up hat jetzt schon grosse Investoren wie Google oder J.P. Moran von der stets noch geheimen Innovation überzeugt (Investitionsvolumen von 4.5 Mrd. USD). Diverse Demos lassen sich über den Youtube-Channel von Magic Leap bestaunen.
Hardware
Für die Nutzung von VR, AR und MR wird meistens ein HMD verwendet. Die aktuell verfügbaren HMDs lassen sich in die Qualitätsklassen «gering», «mittel» und «hoch» einteilen.
Cardboards bzw. minderwertige VR-Brillen weisen meist eine geringe Qualität auf. Diese werden meistens in grossen Stückzahlen hergestellt und sind günstig erwerbbar oder werden bei Aktionen und Messen verschenkt. Die eingebauten Linsen sind meisten minderwertig. Zudem sind diese Brillen auf die Hardware des Kunden angewiesen, weshalb die Qualität der Bilder zusätzlich auch von der Qualität des Smartphones abhängt. Die Bedienbarkeit ist gleich Null, denn das Smartphone muss stets aus der Brille entnommen werden, um z.B. ein neues Video zu starten.
Auf die mittlere Qualitätsstufe sind die VR-Brillen von Samsung (Gear VR) und Google (Daydream View) zu finden. Auch diese sind auf die Smartphones des Benutzers angewiesen. Gear VR (von Oculus mitentwickelt) ist dabei nur mit den Samsung-Geräten kompatibel, während Daydream View auch mit anderen Smartphone-Marken genutzt werden kann. Da die Smartphones von Samsung meist eine hohe Auflösung haben, ist die Bildqualität von Gear VR erstaunlich gut. Dasselbe gilt für Googles Produkt. Bei beiden Geräten besteht ferner eine Abhängigkeit vom Android-Betriebssystem. Damit sind die Anwendungsgebiete auch nur auf die im PlayStore verfügbaren VR-Apps beschränkt. Da die Apps meist enorme Datenmengen übertragen, wird eine angemessene Breitbandverbindung benötigt. Die dadurch benötigte Rechenleistung resultiert in einem erhöhten Energiebedarf (Akku reicht für ca. zwei Stunden) und in einer starken Erhitzung der Smartphones. Zum Zwecke der besseren Bedienung ist bei beiden Hersteller ein Remote Controller im Bundle enthalten.
Die obere Qualitätsstufe müssen sich zurzeit die Hersteller Oculus (Oculus Rift) und HTC (Vive) teilen. Ergänzend zur VR-Brille gehören je zwei Controller zum Gesamtpaket, die vor allem für Benutzerfreundlichkeit sorgen. In beiden VR-Brillen ist je Auge ein hochauflösendes Display (1080×1200), mit einer Bildwiederholrate von 90Hz und einem Sichtfeld von 110° verbaut. Es bedarf zwar keines Smartphones, jedoch auf jeden Fall eines leistungsfähigen Rechners, mit einer zeitgemässen Grafikkarte. Die Anwendungen für Vive sind auf der Softwareplattform «Steam» von Valve erhältlich. Oculus ist zwar auch mit Steam kompatibel hat aber zusätzlich eigene Anwendungen und eine eigene Community auf Oculus Home.
Die Bildwiederholrate und die Latenz (Inputlag bzw. Zeit zwischen den Bewegungen des Benutzers und der Anpassung des virtuellen Bildes) sind wichtige Merkmale von VR-Brillen, um die so genannte «motion sickness» bzw. «virtual reality sickness» (ähnlich der Seekrankheit) zu vermeiden. Hochqualitative VR-Brillen weisen eine sehr geringe Latenz (near-zero latency) auf. Dennoch gibt es Menschen, die lange Zeiten in der virtuellen Realität schlechter vertragen als andere.
Ein weiterer wichtiger Punkt bei der Qualität von VR- bzw. AR-Brillen ist das Tracking. Beim Outside-in Tracking bzw. room scaling wird die Postion des HMD von extern installierten Sensoren bestimmt. Dies gibt dem Nutzer eine Bewegungsfreiheit in virtuellen Räumen. Diese ist zurzeit auf 25 Quadratmeter begrenzt, soll aber künftig weiter ausgebaut werden. Die Inside-out Tracking Methode erfolgt anhand einer Kamera, die im HMD verbaut ist. Diese versucht, die Positionsänderungen in Relation zur Umgebung festzustellen und diese in VR nachzuahmen. Zurzeit hinkt das Inside-out dem Outside-in Tracking hinterher. Vor allem wenn es um die Genauigkeit von Positionsänderungen geht, was in einer höheren Latenz resultiert.
Diverse Anbieter wie HP, DELL oder ACER sind in 2017 ebenfalls in den VR-Markt eingestiegen. Ihre Produkte bewegen sich zwischen der mittleren und hohen Qualitätsstufe.
Pimax 8K VR ist ein Projekt, welches sich zurzeit durch eine Kickstarter-Kampagne finanziert. Mit zwei 4K-Displays und einem Sichtfeld von 200° wird die VR-Brille bereits jetzt schon als Benchmark für alle anderen Hersteller gesehen.
Software
Zur Entwicklung (Live-Rendering) der VR-, AR- und MR-Anwendungen (Content) kommen meist Gaming Engines (vor allem Unreal Engine und Unity Game Engine) zum Einsatz. Mit Oculus Story Studios hat Oculus ebenfalls eine Plattform für die Entwicklung von VR-Anwendungen geschaffen. Je nach Engine können die Entwickler auf 3D-Modelle zugreifen, die von der Community entwickelt wurden. Im Bereich AR haben sich Apple (ARKit) und Google (ARCore) mit den sich zurzeit in der Beta-Phase befindenden Software Development Kits (SDK) positioniert, die dem Nutzer umfangreiche Möglichkeiten zur Entwicklung von VR-Apps bietet.
Anwendungsgebiete
Die Anwendungsgebiete von VR, AR und MR sind sehr vielfältig. Ob in der Unterhaltungsindustrie (Gaming, VR-Filme etc.), im Gesundheitswesen oder im Bildungswesen. Die Technologien bieten umfangreiche Möglichkeiten, die künftig verstärkt zunehmen werden. Am besten lässt man bewegte Bilder für sich sprechen:
An dieser Stelle ein herzliches Dankeschön an Elias und Y&R für die interessanten Einsichten.
Y&R ist ein Marketing-, Werbe- und Kommunikationsberatungsunternehmen, welches sich unter anderem auf Soziale und Digitale Medien (so auch VR-Kampagnen) spezialisiert hat.