Magazin Denkausbruch

Inhalt

1 Einführung/Realitätsbegriff
1.1 Was ist Realität?

2 Physiologische Grundlagen
2.1 Wahrnehmung und menschliche Informationsaufnahme
2.2 Das menschliche Auge
2.3 Das menschliche Ohr
2.4 Haptisches Wahrnehmungssystem

3 Virtuelle Realität/Virtual Reality
3.1 Was ist Virtuelle Realität?
3.2 Die drei „I´s“ der Virtuellen Realität
3.3 Komponenten einer virtuellen Umgebung
3.4 Charakteristische Merkmale von VR-Systemen
3.5 Arten von virtuellen Umgebungen

1 Einführung/Realitätsbegriff

• Wirklichkeit, tatsächlich existierende Welt.
• Gesamtheit der materiellen Welt unabhängig vom menschlichen Bewußtsein und seinen Vorstellungen davon.
• Bezeichnung für die Welt der Gegenstände, Zustände und Ereignisse, auch der durch den Menschen hergestellten Dinge und in Gang gesetzten Entwicklungen, im Unterschied zu den "im Denken" oder "in der Einbildung" vorgestellten (virtuellen) Gegenständen, Zuständen und Ereignissen. Als Realität gilt, was unabhängig von Vorstellungen und Wünschen bzw. den Bedingungen der Wahrnehmung, der Erfahrung und des Denkens besteht bzw. wirklich ist.

1.1 Was ist Realität?

Um zu verstehen, was die Begriffe „Virtual Reality“ oder „Augmented Reality“ bedeuten, ist es zunächst sinnvoll, den Begriff „Realität“ bzw. „Reality“ zu klären. So einfach diese Frage auch klingt, so schwer ist es, eine Antwort darauf zu finden. Die Philosophie hält verschiedene, sich teilweise mit anderen Theorien widersprechende, Erklärungen bereit. Im Grunde geht es um die Frage, „ob den Gegenständen des menschlichen Erkennens, Wollens und Handelns ein Ansichsein abgesehen von ihrer bewusstseinsmäßigen Reflektiertheit zugesprochen werden kann“, was soviel bedeutet wie: Ist unsere Umwelt tatsächlich so, wie wir sie erleben oder ist es nur unsere Einbildung?

2 Physiologische Grundlagen
2.1 Wahrnehmung und menschliche Informationsaufnahme
2.2 Das menschliche Auge
2.3 Das menschliche Ohr
2.4 Haptisches Wahrnehmungssystem

2 Physiologische Grundlagen

2.1 Wahrnehmung und menschliche Informationsaufnahme

Die Wahrnehmung ist der erste Schritt in der Kette der menschlichen Informationsverarbeitung und dient der Aufnahme von Information. Diese Aufnahme erfolgt über die Sinnesorgane. Umgangssprachlich ist von fünf Sinnen die Rede, in Wirklichkeit sind es einige mehr. Jedes dieser Sinnesorgane ist auf eine ganz bestimmte Wahrnehmungsart - die sog. Modalität - spezialisiert, d.h. es kann ganz bestimmte Reize in einem ganz bestimmten Intensitätsbereich in Empfindungen umsetzen.

2.2 Das menschliche Auge

Nachdem das Licht durch die Linse und durch den Glaskörper (eine gallertartige Substanz im Inneren des Auges) gelangt ist, trifft es auf die Netzhaut (Retina). Das örtliche Abtastraster der ca. 120 Mio. Sehzellen (Stäbchen und Zapfen) ist nicht gleichmäßig verteilt. An der Stelle schärfsten Sehens (Fovea), die im Zentrum der Netzhaut liegt, beträgt der Abstand der Rezeptoren etwa eine Bogenminute. Am Sichtrand fällt der Abstand auf weniger als ein Zehntel ab. Deshalb ist das Bild in der Mitte des Sichtfeldes wesentlich schärfer als am Rand.

2.3 Das menschliche Ohr

... ist in drei Bereiche eingeteilt:
- das Außenohr (Muschel und Gehörgang),
- das Mittelohr mit Trommelfell und Übertragungsknöchelchen (Hammer, Amboß und Steigbügel),
- das flüssigkeitsgefüllte Innenohr in Form einer Schnecke.

Der Mensch kann Frequenzen zwischen 1,5 Hz bis 16 kHz wahrnehmbar, wobei das Gehör jedoch für die Frequenzen < 16 Hz unempfindlich ist (Infraschall). Das menschliche Ohr ist in der Lage, sehr geringe Frequenzunterschiede wahrzunehmen – ein Ton von 1000 Hz kann von einem 1003 Hz Ton unterschieden werden (ein Unterschied von nur 0,3 %).

2.4 Haptisches Wahrnehmungssystem

Haptisch bedeutet „tastend, Leistungen beim Greifen, bei denen im wesentlichen eine Zusammenarbeit von Druck- (taktilem) und Kraftsinn in Frage kommt, haptisch und taktil ist also nicht indentisch“. Demnach kann
das haptische Wahrnehmungssystem als ein Zusammenspiel mehrerer (taktiler und kinästhetischer) Rezeptorsysteme betrachtet werden.

3 Virtuelle Realität/Virtual Reality
3.1 Was ist Virtuelle Realität?
3.2 Die drei „I´s“ der Virtuellen Realität
3.3 Komponenten einer virtuellen Umgebung
3.4 Charakteristische Merkmale von VR-Systemen
3.5 Arten von virtuellen Umgebungen

3 Virtuelle Realität/Virtual Reality

• Die Virtuelle Realität (VR) ist eine computergenerierte Welt, die ein Betrachter mit seinen natürlichen Sinnen als real erlebt und mit der er interagieren kann.
• Unter Virtueller Realität (VR) wird die "Wirklichkeit" verstanden, die mit einem Computer erzeugt wird. Die vom Computer simulierte Welt kann nicht nur betrachtet werden, sondern man kann auf die simulierte Umwelt auch reagieren.
• Virtual Reality (VR) ist blickpunktabhängige Echtzeitberechnung, die es Nutzern ermöglicht, mit Hilfe einer Mensch-Maschine-Schnittstelle durch eine computergenerierte räumliche Umgebung zu navigieren und mit dieser zu interagieren.

Der Begriff „Realität“ bis heute noch nicht eindeutig geklärt. Deshalb ist es wohl auch leicht nachzuvollziehen, dass es für den Begriff „Virtuelle Realität“ bzw. „Virtual Reality“ keine eindeutige Definition gibt. Für den Begriff Virtuelle Realität werden häufig synonym die Begriffe „Virtuelle Umgebung (Virtual Environment)“, „Synthetische Umgebung (Synthetic Environment)“, „Künstliche Realität (Artificial Reality)“ oder „Cyberspace“ benutzt. Hierbei muss gesagt werden, dass die englisch/amerikanischen Begriffe in der Fachliteratur bevorzugt benutzt werden.

3.2 Die drei „I´s“ der Virtuellen Realität

In der Virtuellen Realität werden Computer bzw. deren Graphik dazu benutzt, eine realistisch wirkende Welt zu „produzieren“. Diese synthetische Welt ist jedoch, entgegen der aus dem Kino bekannten, visuellen und auditiven Umgebung (die materiell nicht existiert) nicht statisch – sie reagiert (in Echtzeit) auf benutzerspezifische Reaktionen und kann somit beeinflusst werden (Interaction).
Die Interaktion mit dem Computer in Zusammenhang mit graphischen, auditiven und anderen Reizen auf den Menschen erlauben ihm, in diese synthetische Welt „einzutauchen“. Unter Immersion wird deshalb der möglichst natürliche Umgang des Menschen mit der virtuellen Umgebung definiert. Hierbei handelt es sich um eine zweidimensionale Funktion, die sowohl durch die Wahrnehmungsdimension des Benutzers, als auch durch die virtuelle Umgebungsdimension bestimmt wird.
Der Grad, in welchem sich der Mensch einer solchen künstlichen Umgebung hingibt und wiederfindet, ist jedoch immer von der Vorstellungskraft und –willen eines einzelnen abhängig, was allgemein mit Imagination bezeichnet wird.

3.3 Komponenten einer virtuellen Umgebung

Um einen möglichst realistischen Eindruck der virtuellen Welt zu realisieren, müssen die Sinnesorgane des Menschen angesprochen werden. Hierbei sollten die dazu ausgewählten Geräte bestimmte, erforderliche Parameter aufweisen, um bestimmte Wahrnehmungsqualitäten zu erreichen (z.B. Auflösung der Geräte zur Graphikdarstellung). Durch möglichst umfassende Stimulierung der o.g. menschlichen Sinne kann eine hohe Immersion erreicht werden. Eine verbesserte Wahrnehmungsgüte ist durch eine Erhöhung der angesprochenen Sinnesorgane (Wahrnehmungskanäle) zu erreichen.

3.4 Charakteristische Merkmale von VR-Systemen

• Interaktion
– freie Beweglichkeit in der virtuellen Welt
– Manipulation virtueller Gegenstände
– Interaktion in Echtzeit
• natürliche, intuitive Schnittstelle
– dreidimensionale Ein- und Ausgabe
– Einbeziehung mehrerer menschlicher Sinne (visuell, akustisch, haptisch)
• Immersion

3.5 Arten von virtuellen Umgebungen

Virtuelle Umgebungen lassen sich in verschiedene Arten einteilen. Einige wichtige Merkmale werden im folgenden kurz aufgeführt:
Realitätsbezogene virtuelle Umgebungen: Datenwelten, die in der im Rechner dargestellten Form eigentlich auch real existieren könnten.
Skalierte virtuelle Umgebungen: real existierende Welten, die vom Menschen jedoch nur durch eine Modellvorstellung verstanden und erklärt werden können.
Entfernte virtuelle Umgebungen: real existierende Welten, die aus Entfernungs- oder aus Gefahrengründen nicht begehbar sind.
Phantasiebezogene virtuelle Umgebungen: aus der menschlichen Phantasie entstandene Welten.
informationsbezogene virtuelle Umgebungen: zur Visualisierung von abstrakten Daten.

Überarbeiteter Auszug aus: 11. Lehreinheit Virtual/Augmented Reality I, Lehrstuhl und Institut für Arbeitswissenschaft der RWTH Aachen, www.iaw.rwth-aachen.de