VIRTUAL REALITY von Malte Paetsch Hochschule für Gestaltung Lorenzstraße Karlsruhe 2004

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1 VIRTUAL REALITY von Malte Paetsch Hochschule für Gestaltung Lorenzstraße Karlsruhe 2004

2 1. Definition der Virtuellen Realität 2. Projektionen-Kommunikation 2a. Beispiel: Habitat Inhaltverzeichniß 3. Projektion-Wissenschaft 3a. Beispiel: Numerische Berechnungsverfahren 4. Projektion-Unterhaltung 5. Kommunikation mit der virtuellen Realität / Techniken des Daten- in/outputs 6. Der Wunsch der Schöpfung / der Geist in der Maschine 7. Grundgedanken der VR / Gefahren / Droge der Zukunft a. Bioadapter: b. Cyberpunk: 8. Pioniere der Virtual Reality: a. Jaron Lanier b. Ivan Sutherland c. Scott S. Fischer: 9. Verschiedene Arten von VR Systemen: a. Desktop VR Systeme b. Video Mapping c. Immersive Systeme d. Telepräsenz e. Mixed Reality f. Fish Tank VR 10. Drei Stufen von Virtual Reality (VR) können unterschieden werden a. Passiven Ebene b. Aktiven Ebene c. Interaktiven Ebene 10a. Zusatz a. Spaceball b. 3-D-Maus c. Datenhandschuh 11. Zu den wichtigsten Ausgabe- oder Darstellungsgeräten von VR Systemen zählen a. 3-D-Ton- und Musikausgabe: b. Stereodarstellung: c. Head Mounted Display: d. Verarbeitung haptischer Informationen:

3 12. Werkzeuge zur Visualisierung 12a. 1.Stereoskopische Helme: a. die Shutterbrille: b. Sichtgeräte der NASA c. UNC-Monitor: d. Eyephone von VPL: e. CAE-faseroptisches System: f. Die Cave Automatic Virtual Environment (CAVE) 2. Monukolare Systeme: a. Das Privat Eye 3. Freie Monitore: a. Sutherlands Damoklesschwert b. BOOM (Binukolar Omni Orientation Monitor) : 13. Wichtige Punkte zur Verstärkung der Immersion a. Das Gesichtsfeld: b. Die Bildwechselrate: c. Blickortung: 14. Räumliche Ortung / Tracking a. Mechanische Ortung b. Magnetische Ortung c. Ultraschall-Ortung d. Optische Ortung e. Ortung durch Bildauszug 15. Haptische Systeme 1. Die Mechanorezeptoren 2. Die Propriozeptoren 15a. Kraftrückkoplungsgeräte: a. Der ARM b. Das TeleTact - Rückkoplungssystem c. Der Portable Dextrous Master d. Das Tini Alloy Rückkopplungsystem 16. Akustische Richtungsbestimmung / virtueller Sound a. Interauraler Zeitunterschied b. Interaurale Lautstärke c Schallschatten d. Echoortung

4 17. 3D -Ton / Virtueller Klang 1. System 2.System 18. Werkzeuge zur Eingabe a. Tastaturen b. 2-D-Maus c. 2-D-/6-D- Maus d. Der Spaceball e. Datenhandschuh f. Der DataGlove g. Der PowerGlove h. Körpereingabe 19. Künstler /künstlerische Anwendungen der VR: Pioniere der VR-Kunst a. Nicole Stenger b. Matt Mullican 19b. Home of the brain (1991/92) 19c. Perceptual Arena (1993) 19d. Dancing with the Virtual Dervish Virtual Bodies (1994) 20. Künstlerische CAVE Anwendungen a. Crayoland (1995) b. Inside out (1999) c. PAAPAB (2000) d. Citycluster (2002) e. Auqaricon (2001) 21. Anmerkung 22. Anhang 23. Quellen

5 Virtual Reality Referat von Malte Paetsch 1. Definition der Virtuellen Realität Vor knapp 200 Jahren definierte der Philosoph Friedrich Bouterwek die Realität als lebendige Kraft. Weil eine Kraft aber immer eine Gegenkraft braucht, um mit ihr in ein gegenseitiges Verhältnis treten zu können, und die Realität sich nicht selbst entgegensetzen kann, definiert Bouterwek diese Gegenkraft als Virtualität. Bei dieser Denkweise, der miteinander ringenden Kräfte, kam Bouterwek zu der Erkenntnis, daß die Wirklichkeit nicht als statische Gegebenheit zu betrachten sein sollte. Mit der modernen Physik des frühen 20. Jahrhunderts, also mit der Relativitäts- und Quantentheorie und der nichtlinearen Dynamik, beschreibt man die Virtualität als einen vorübergehenden Zustand. Man könnte sagen, als einen fünften Aggregatzustand. Ein physikalisches System (die Virtualität) wird nun mit physikalischen Mitteln (einer alles berechnenden Maschine) geschaffen. Virtualität ist also kein übergreifendes Verhältnis, wie bei Bouterwek, sondern ein aus berechneten Bausteinen bestehendes System, daß von der Wirklichkeit getrennt gehalten werden sollte. Der Begriff "Virtuelle Realität" verbindet aber diese getrennt zu haltenden Aspekte wieder. Daraus läßt sich schließen, daß in der virtuellen Realität die Wirklichkeit in den Zustand der Virtualität übergeht. Für einen Gegenstand ist diese Denkweise noch gut nachvollziehbar. Seine Form, Farbe und materielle Eigenschaften werden in die Virtualität übertragen und dort ebenso abgebildet. Versucht man aber sein eigenes Ich / Denkmuster in die Virtualität zu spiegeln, ergibt sich die Vorstellung von geklonter Intelligenz, die nun in der virtuellen Realität weiter lebt. Dirk Vaihinger : "Virtualität ist die Objektwelt, die verspricht Wirklichkeit zu sein, ohne es zu müssen." 1 Von der technischen Seite her betrachtet ist VR eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, also ein Interface ähnlich einer Mouse oder Tastatur. Sie ermöglicht dem Benutzer den optimalsten Informationsaustausch und die bestmöglichsten Steuerung der Maschine. Ziel der Nutzung von VR als Interface ist die Verbesserung der Wirksamkeit und Wirkungskraft des Benutzers. Man kann aber nicht einfach nur von einer Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine sprechen, denn der Benutzer ist aktiver Teil der generierten Welt. Für ihn ist VR eine dreidimensionale Simulation, in die er alles gewünschte hinein projizieren kann und dadurch einen größeren Handlungsfreiraum und Möglichkeiten als in der realen Welt erhält.man kann die virtuelle Realität in drei Arten gliedern. In der passiven VR erhält der Benutzer nur Einsicht (und "Einfühl") und kann in keiner Weise agieren. Bei der aktiven VR kann der Beobachter sich frei nach den Gegebenheiten der jeweiligen künstlichen Welt bewegen und umschauen. Er hat die Möglichkeit, Gegenstände genauer zu betrachten oder sich um sie herum zu bewegen. Diese Gegenstände verschieben oder mit anderen Benutzern der künstlichen Welt zu kommunizieren ist in der interaktiven VR möglich. Hier sind quasi alle Freiheiten der "wahren" Realität vorhanden und, je nach Beschaffenheit der virtuellen Welt, auch darüber hinaus. 1 Holger Krapp, Künstliche Paradiese-Virtuelle Realitäten, Seite 23, München 1997

6 Die virtuelle Realität ist nicht materiell existent, das heißt man kann sie nur mit entsprechenden Hilfsmitteln sehen, anfassen oder betreten. Die Qualität, mit der sie die künstlichen Welt darstellen, läßt sich anhand der Immersion und Interaktion messen und beschreiben. Unter Immersion versteht man den Grad der Wahrnehmung des Benutzer, der die künstliche Umwelt erlebt. Das heißt: Wie echt sind die Sinneseindrücke? Ein Bild das nur mit eine Farbtiefe von 256 Farben dargestellt wird, hat eine deutlich niedrigere Immersion, als das Selbige mit 16 Millionen Farben. Die Interaktion umschreibt die Möglichkeiten des Benutzers auf die künstliche Umgebung, möglichst in Echtzeit ("What you see - is what you get"/das Prinzip der der direkten Manipulation), einzuwirken. Zum Beispiel bei einem Film im Fernsehen kann man nichts wesentliches beeinflussen. Bei einem Film der von einem Videorekorder abgespielt wird, läßt sich die Wiedergabegeschwindigkeit einstellen und man kann zumindest vorspulen! Für die künstlichen Welt bedeutet das -- je höher die Immersion und je höher die Interaktivität -- desto näher befindet sie sich an der Virtuellen Realität. Immersion und Interaktion sind nicht unabhängig voneinander. So erhöht eine natürliche Steuerung (Interaktion) die psychische Eingebundenheit (Immersion). Wenn man also in einem Immersion-Interaktivität-Diagramm auf den Punkt der höchstmöglichen Immersion und Interaktivität schaut, kann man dort die Virtuelle Realität (und Realität!) einzeichnen. Howard Rheingold: "Stellen wir uns ein Bildsystem vor, das uns völlig umschließt und dreidimensionale Bilder erzeugt, mit scheinbar vorhandenen Objekten, die wir anfassen und manipulieren sowie mit Händen und Fingern spüren. können. Stellen wir uns weiter vor, wir würden in diese künstliche Welt eintauchen und sie aktiv durchstreifen, statt sie nur von einem festem Standpunkt aus auf einer flachen Leinwand, einem Fernsehschirm oder Computerdisplay anzustarren. Denken wir uns, wir wären zugleich die Schöpfer und die Konsumenten unserer künstlichen Erfahrungen. Wir selbst können die Welt, die wir sehen, hören und fühlen, mittels einer Geste oder eines Wortes umgestalten..." 2 2 (Quelle: H.Rheingold, Virtuelle Welten. Reisen im Cyberspace. Reinbeck bei Hamburg 1995, S.15)

7 Man kann also sagen: Die Virtualität umschreibt den Zustand, in dem sich ein Objekt oder eine Person befindet. Die Virtuelle Realität ist der "Ort". Verbindet man einen virtuellen "Ort" mit vielen Anderen, entsteht ein Netzwerk aus virtuellen "Orten". Zwischen diesen verknüpften Welten können nun Informationen ausgetauscht werden. Es entsteht eine riesige Kommunikationsplattform, die man als Cyberspace bezeichnet. Der Cyberspace ist also ein Netzwerk aus virtuellen Realitäten, in dem sich die Benutzer treffen und Daten austauschen können. 2. Projektionen-Kommunikation Grundlage für eine Kommunikation ist das Vorhandensein einer Verbindung zwischen den Kommunikationspartnern. Für die Virtualität bedeutet das Cyberspace. In den Cyberspace wird eine Kommunikationsplattform hineinprojiziert, die je nach technischen Gegebenheiten völlig unterschiedliche Funktionalitäten besitzen kann. Weit verbreitet sind zum Beispiel Chaträume, die ausschlieslich auf Textkommunikation beruhen. Hier ist das Interface zwischem dem Benutzer und dem Cyberspace ein Computer, der die Eingabe und Ausgabe von geschriebener Sprache ermöglicht und mit anderen Computern vernetzt ist. In diese Chaträume wird nun jeder einzelne Teilnehmer ebenfalls projiziert, um für die anderen Benutzer sichtbar zu sein. Das heißt, man benötigt vorerst eine Oberfläche oder Umgebung, in der sich die Kommunikationspartner treffen können. Da diese Umgebung kein wirklich vorhandener Raum ist, muß sie erst in der Virtualität geschaffen werden. Der Benutzer wird in der Virtualität durch einen Avatar, eine Art Icon, vertreten. Unter einem Avatar versteht man einen Repräsentanten dieser Person. Einen Avatar benötigt man um sich in einer virtuellen Welt bewegen und interagieren zu können. Die meisten Avatare werden durch ein einfaches Bild (meistens wird nur der Kopf der Person gewählt) und eine Beschreibung der Person (Charakteristiken, Hobbies, usw.) dargestellt. In manchen virtuellen Welten wird der Avatar durch eine komplexe dreidimensionale Person repräsentiert. Hierzu wird allerdings ein leistungsfähiger Rechner und ein schneller Netzzugang benötigt. 2a. Habitat Habitat wurde 1984 für den C64 entwickelt, und kam aufgrund seiner reduzierten Grafik mit der sensationellen Bandbreite von 300 Baud aus. Es gilt als das erste grafische Echtzeit-Kommunikationssystem. Habitats Welten sehen aus wie Zeichentrickfilme oder Jump&Run-Videospiele. Belebt werden diese Welten von animierten Figuren, die von ihren Benutzern vor gemalten Hintergründen gesteuert werden. Die Steuerung erfolgt per Kommando-Eingabe über die Tastatur, sehr ähnlich den ersten grafischen Adventure Games, aber eben Online, also vernetzt mit der Absicht, in diesem System zu kommunizieren. Die Benutzer bilden sich ab, sie hinterlassen Spuren, sie erkennen sich und andere wieder, und instinktiv werden Begriffe wie Besitz und Verantwortung projiziert. Habitat (wie auch die LambdaMOO) haben eigene Gesetze, Benimmregeln, Ordnungshüter und eine Art basisdemokratisches Rechtssystem. Gleichzeitig haben die Entwickler von Habitat auch den nötigen Humor bewiesen, den man benötigt, wenn man keine digitale Schrebergartensiedlung produzieren möchte. Das beliebteste Sammlerstück in Habitat ist der Kopf eines anderen Benutzers. 3 3 Ole Lütjens, Habitat->WorldsAway+Club Caribe, in: Rendezvous im Drahtrahmengarten,

8 World Chat ist ein Online-Dienst, der von Worlds Inc. mit Unterstützung von IBM, Steven Spielberg und Visa den Internetbenutzern zur Verfügung gestellt wird. Das Konzept hinter der Applikation basiert auf einer Raumstation. Die Benutzer müssen sich, bevor sie sich verbinden können, einen zweidimensionalen Avatar auswählen. Sie geben sich einen Namen, der auf den Köpfen ihrer Avatare zu sehen ist.navigiert wird mit der Tastatur und die Kommunikation findet durch Eintippen des Textes statt. Durch Anklicken eines anderen Benutzers sind auch private Unterhaltungen möglich. Man kann das Szenario als visualisiertes Multi-User-Dungeon bezeichnen; der Unterschied zu MUDs ist jedoch, das es keine Hintergrundgeschichte in dieser Welt gibt. Es ist eigentlich nichts weiter als ein optischer Chatraum. Alphaworld basiert auf dem Idee von World Chat, jedoch steckt hier ein Konzept dahinter. Das Ziel bei Alphaworld ist es, "Cyberground" zu errichten. Die Benutzer haben die Aufgabe, sich ihr eigenes Besitztum aufzubauen. Alphaworld basiert auf VRML+, einer Weiterentwicklung von VRML. 4 Activeworlds, The Palace.com, 3. Projektion-Wissenschaft In vielen Gebieten der Wissenschaft, Design und Industrie kommt die Virtualität zum Einsatz. So lassen sich Autoprototypen, Anatomie des Menschen, Möbel und Architektur, Geographie und Wetter, Lehrmittel, Landkarten sowie komplexe physikalische oder chemische Prozesse in die Virtualität projizieren. Die so vorhanden Informationen lassen sich aus beliebigen Perspektiven betrachten oder bearbeiten. Man kann Daten überlagen und vergleichen und und so Statistiken erstellen, zum Beispiel die Veränderung des Klimas im Verlauf von 100 Jahren. Es ist durch den Einsatz der Telepräsenz möglich, chirurgische Eingriffe aus großer Entfernung durchzuführen. Der Arzt überträgt die Bewegung seiner Hände in die Virtualität, dort wird sie zum Ort des Patienten weitergeleitet und von einem Roboterarm ausgeführt. Die Bewegung des Armes wird sozusagen über den Cyberspace auf den künstlichen Arm projiziert. Eine ähnliche Übertragungsweise könnte/kann auch das Militär nutzen, z.b. indem ein Pilot in einem Simulator sitz und ein virtuelles Flugzeug steuert. Dessen Flugdaten werden auf ein reales Flugzeug übertragen und der Pilot geht für sich keinerlei Risiko ein. Nützlich wäre ein derartige Steuerung auch bei Forschungsarbeiten (z.b. Flug durch eine Gewitterwolke). In der Designindustrie wird bereits die dreidimensionale Darstellungsweise genutzt. Hier wird zum Beispiel ein Auto am Computer entworfen und in eine 3-D-Umgebung projeziert. Nun kann der Entwickler oder Betrachter in die 3-D-Umgebung eintreten und das Objekt genau studieren und verändern. Diese Produktionsweise ist sehr Kosten sparend und die Entwickler können etwaige Design- oder Sicherheitsmängel frühzeitig entdecken. 4 Home of the 3D Chat, Virtual Reality Building Platform, in: activeworlds,

9 3a. Beispiel: Numerische Berechnungsverfahren zur Vorhersage des Crashverhaltens einer Fahrzeugkarosserie haben im Laufe der letzten Jahre sowohl in ihrer Komplexität als auch in der Prognosesicherheit ihrer Ergebnisse zugenommen. Im Fall der Crashberechnung lassen sich die traditionellen Methoden des Postprozessing durch den Einsatz von Techniken der virtuellen Realität signifikant verbessern. In einem "Virtuellen Crash Labor" besteht die hauptsächliche Zielsetzung darin, die Kommunikation innerhalb des Entwicklungsteames zu vereinfachen sowie ein schnelleres Problemverständnis zu ermöglichen. Der Einsatz von sogenannten Finite Elemente-Berechnungsmethoden in der Fahrzeugentwicklung soll möglichst frühzeitige Aussagen zum Crashverhalten und den Gesamtfahrzeugeigenschaften im Bereich der passiven Sicherheit ermöglichen und zugleich die Aufwände für reale Versuchsträger minimieren. Zur Ermittlung und Optimierung des Crashverhaltens und der Gesamtfahrzeugeigenschaften im Bereich der passiven Sicherheit kommt bei der BMW AG u.a. das FEM Paket PAM-CRASH zum Einsatz. Die großen numerischen Ergebnisse führen zu FE-Modellen, die im allgemeinen aus bis zu Elementen bestehen. Der Crashvorgang selbst wird unterteilt in bis zu 60 Zeitschritte. Um diese riesigen Datenmengen optimal zu nutzen bedarf es ebenfalls eines VR-Systemes. Auf Basis der Geometriedaten sowie der berechneten physikalischen Größen wie Spannungen, Verschiebungen, Beschleunigungen und Kräfte wird eine Echtzeitanimation des Fahrzeugverhaltens im Zusammenspiel mit Insassen, Airbag, Rückhaltesystemen und anderen Komponenten für unterschiedliche Lastfälle wie etwa Frontal- oder Seitenaufprall projiziert. Der Benutzer kann sich in diese virtuelle Umgebung hineinbegeben, eine beliebige Betrachterposition innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs einnehmen, die Animation direkt kontrollieren und mit beliebigen Fahrzeugkomponenten interagieren. Das Virtual Crashtesting Environment ist eine für den Anwender immersive Umgebung. Als Interaktionsgeräte können ein Fakespace BOOM 3C und ein CyberGlove verwendet werden, alternativ stehen eine Großbildprojektion und eine 3-D Maus zur Verfügung. Der zeitliche Ablauf des Crashvorgangs und der Karosserieverformung läßt sich in Echtzeit kontrollieren. Beliebige Fahrzeugkomponenten können selektiert werden, um sie einer Detailuntersuchung zu unterziehen. Objekte, die sich gegenseitig verdecken, können entfernt oder transparent gemacht werden. Des weiteren steht dem Anwender ein virtuelles Werkzeug in Form einer Schnittebene zur Verfügung. Diese Schnittebene ist beliebig positionierbar und ermöglicht dynamische Schnitte durch beliebige Fahrzeugkomponenten. 4. Projektion-Unterhaltung Die virtuelle Realität beginnt nicht, wie oft angenommen, erst mit einem Cyberhelm, einem Cyberhandschuh mit haptischer Ausgabe oder gleich einem ganzen Datasuit. Sie beginnt vielmehr schon bei jedem Spiel, welches wir am Computer oder auf einer Konsole spielen. Diese vermitteln uns genau wie der Cyberspace, nur auf eine andere Art und Weise, eine andere Welt. Diese können wir oftmals mit Hilfe eines Helden betreten, um dann gegen ausserirdische Wesen oder dämonische Monster anzutreten, welche mittlerweilse über eigene primitive Intelligenzen (KI) verfügen. Und dies alles, um die Welt vor schlimmeren zu retten. Die heutige Spiele - und Konsolenwelt hält uns auch die Möglichkeit offen, unsere eigenen Welten zu bauen, um uns dann später liebevoll um deren Bewohner zu kümmern oder ihr Dasein zu beenden. All dies sind Projektionen fiktiver, virtueller Realitäten. In wie weit wir uns selbst in diese Szenerie zu

10 projizieren vermögen, hängt von dem jeweiligen Benutzer ab. Im allgemeinen kann man jedoch sagen, daß ein gutes Spiel mit einem hohen Realitätsgrad, jeweils bezogen auf die in ihm dargestellte Szenerie, auch eine nicht zu verachtene Immersion auf den Spieler ausübt. Die Immersion der virtuellen Realität hängt eben auch davon ab, in wie weit sich der Benutzer auf die ihm vorgeführte Projektion einlässt, in welchen Maß er bereit ist, sein "Ich" in diese Welt hinein zu projizieren. Somit wird die Projektion zu einem Kreislauf. Erst das Verschmelzen beider Projektonsebenen ergeben die virtuelle Realität. Aber warum versucht der Mensch sich in eine andere Realität zu projizieren? Auf diese Frage gibt es eine Menge Antworten. Eine davon wäre der Gedanke der Realitätsflucht. Stellen wir uns einen üblichen Arbeitstag vor: Acht Stunden harte körperliche Arbeit, meist mit einem unausstehlichen Vorgesetzten, aufgebauter Frust und Wut. Was wäre also besse als ein paar Stunden Krieg zu spielen. Zum Held zu avancieren, der die Welt vor dem Untergang rettet. Oder das innere Gefühl, etwas erschaffen zu müssen. Warum nicht seine eigene kleine Welt, in der man gottgleich über dessen Bewohner richten kann. Spiele und Simulationen stellen eine Pforte zu einer anderen Welt dar, in der man ungestraft töten, Gott spielen oder sein Lieblingswagen, den man sich im wirklichen Leben niemals leisten könnte, zu Schrott fahren dürfte. Und dies so oft man möchte. Man könnte sagen, dass die Unterhaltungsindustrie in diesem Fall uns ein Stück Kindheit zurück gegeben hat. Mit ihrer Hilfe ist es endlich möglich, all die Dinge zu tun, von denen man schon immer geträumt hat, bevor die harte Realität uns unserer Träume berauben und weismachen wollte, dass all die Dinge, an die man als Kind glaubte, unmöglich seien. Und genau aus diesem inneren Verlangen nach der virtuellen Entspannung erlebt diese Branche auch einen beachtlichen Aufschwung. 5. Kommunikation mit der virtuellen Realität / Techniken des Daten- in/outputs : Da die Unterhaltungsindustrie eine Massenproduktmaschinerie darstellt, versucht sie ihre "virtuellen Welten" auch für jederman zugänglich zu machen. Dabei benutzt sie eine optische Ausgabe, über die fast alle Haushalte verfügen, den Fernseher. Als Eingabemittel werden sogenannte Gamepads bzw. Joysticks benutzt, welche von Konsole zu Konsole verschieden sind. Ähnlich verhält es sich auch bei den Computern. Dort ist die Software zumeist auf PC-User zugeschnitten, da ein herkömmlicher PC wesentlich günstiger ist als ein gleichwertiges Produkt von Apple. Auch hier gibt es eine Vielfalt von Eingabegeräten, die denen der Konsolen aber stark ähneln, wenn nicht teilweise sogar baugleich sind. Seit ein paar Jahren beschäftigt sich die Unterhaltungsindustrie damit, dem Spieler Kräfte mit Hilfe von sogenannten Rumblepacks, welche zusätzlich an die Gamepads angeschlossen werden können, oder Force Feedback - Joysticks zu suggerieren. Somit wird jede Maschinengewehrsalve, deren Rückschlag man hautnah zu spüren bekommt, oder die holprige Straße, über die man in seinem Porsche mit 180 Kmh hinwegschießt, wesentlich realistischer. Es ist auch vorstellbar, daß in naher Zukunft die Nerven- und Sinneszellen des Benutzers direkt mit elektrischen Impulsen stimuliert werden. Der dadurch erreichbare Immersionsgrad wäre extrem hoch und dem der wirklichen Realität gleich zu setzen. Mit dieser Technik könnte man perfekte Illusionen, Gefühle, Rauschzustände projizieren. Der Benutzer wäre vollkommen in die Virtuelle Realität integriert. Sogar Zeitreisen und Identitätsänderungen wären denkbar.

11 6. Der Wunsch der Schöpfung / der Geist in der Maschine : Seit dem es Menschen gibt, werden sie durch den Wunsch des Erschaffens beflügelt. Dieser mag, je nach Religion und Lebensraum, durch unterschiedliche Gründe und Absichten hervorgerufen werden, er hat jedoch schon manches Mal Unvorstellbares hervorgebracht. Der Mensch versucht, über sich hinaus zu wachsen. Man könnte beim Anblick dieses Bestrebens von einem göttlichen Instinkt sprechen. Er bewirkt den Wunsch nach dem Erschaffen oder der bedingungslosen Vernichtung. Es ist dem menschlichen Sein inne, die Welt nach seinen Vorstellungen zu verändern, welches widerum durch "heilige Schriften"gerechtfertigt wird. Damit war es nur eine Frage der Zeit, wann der Mensch beginnen würde, seine eigene Welt nach seinen Vorstellungen von Grund auf neu zu erschaffen. Der Schlüssel hierzu scheint die Virtuelle Realität zu sein. Dabei wird die totale Projiktion des "Ichs", geistig wie körperlich, angestrebt. Durch optisch, haptische und audiovisuelle Projektionsmethoden versucht er sich in die eigene, selbstkreierte Realität zu transferieren. Und dies gelingt, bedingt durch den raschen Fortschritt der Technik, erstaunlich gut. So könnten Zukunftsvisionen, wie sie in dem Film " Der Rasenmähermann " bereits angedacht wurden, bald schon Realität sein. In " Der Rasenmähermann " transferierte sich Jobe, einer der Hauptakteure des Films, mittels spezieller Geräte seinen Geist in die Maschine. Dort wurde er zu Cyberjobe, einem Wesen, welches aus binärischen Zahlen bestand. Cyberjobe war in dieser Welt Gott, da er sie mit einem bloßen Gedanken nach seinen Vorstellungen verändern konnte. Dies mag vielleicht heutzutage noch nicht realisierbar sein, aber dennoch gibt es medizinische Arbeiten auf dem Gebiet der VR, die einigen Grundgedanken dieses Filmes schon sehr nahe kommen. So gibt es bereits Schnittstellen, welche Gehirnströme messen und diese als Steuereinheit für Rechner verwenden. Dies wird möglich durch die Tatsache, dass unser Gehirn eigentlich nur ein großer "Superrechner" ist, welcher mit Synapsen und Botenstoffen arbeitet. Dies geschieht ebenfalls auf einem elektromagnetischem Wege. Dementsprechend verändern sich auch unsere Hirnströme, wenn wir an bestimmte Dinge denken. Diese Veränderung kann man sich als Eingabedaten zunutze machen, um Rechner zu steuern. Viele Anhänger der virtuellen Realität träumen bereits von Datenbuchsen, welche in das Rückenmark implantiert werde könnten. Über diese, so die Idee, könnte man dann in direkten Kontakt mit dem Rechner treten und seine Gedanken direkt in die Maschine projizieren, um sie dort Wirklichkeit werden zu lassen. Dies wäre eine Weiterentwicklung des "Tagträumens", da der Rechner anhand der gelieferten Daten wiederum Synapsen stimulieren könnte, und somit die Gedanken mit dem Gefühl der körperlichen Empfindung unterstreichen könnte.weiterhin könnten Informationen, welche wir als "Wissen" bezeichnen, einfach in unser Gehirn hochgeladen werden. Bis dahin ist es allerdings noch ein weiter Weg der Erforschung des neuralen Netzes unseres Gehirns. Ebenso wären Rechner mit enormer Rechenleistung von nöten, welche vielleicht mit dem Erscheinen des ersten "Atomcomputers" in greifbarer Nähe kämen. 7. Grundgedanken der VR / Gefahren / Droge der Zukunft : Die VR ist der Schlüssel zu einer neuen Dimension. In ihr ist alles möglich, alles machbar. Der eigene Geist ist die Grenze. Andere Grenzen gibt es nicht. Jede Art der körperlichen Grenzen werden hier spielend überwunden. Der Mensch gelangt durch den Cyberspace, durch die perfekte selbstgeschaffene Simulation, und somit auch die perfekte Projektion, auf eine neue, höhere Ebene des eigen Ichs. Die Welt nach seinen Wünschen zu formen zu erbauen, um dann in ihr zu leben, sie zu erleben, dass hat einen göttlichen Beigeschmack.VR ist eine hochkomplexe Art der Bewusstseinserweiterung. So ist es

12 auch nicht weiter verwunderlich, dass viele Pioniere dieser Technik Patrone und Anhänger der Drogenkultur der 60ger Jahre waren und sogar Begründer der sogenannten Tripp Festivals waren. Dennoch wird es nach Aussagen einiger Kritker niemals den "perfekten Cyberspace" geben, da die "wirkliche Realität" so komplex und unberechenbar sei, daß sie aus eben aus diesen und aus chaostheoretischen Gründen niemals in dem Maße von einer Maschine berechnet werden könne. Im Gegenzug dazu könnte man sagen, dass der Mensch auch nur eine bestimmte Grenze an Auffassungsgabe besitzt und somit bestimmte Dinge, wie z.b. die Schmetterlingstheorie nicht berechnet werden bräuchte. Es handelt sich hier außerdem um eine völlig neue Welt, mit anderen physikalischen Gesetzen, Umgebungen und Lebewesen. Da in naher Zukunft die Rechnerleistung im privaten Haushalt weiter steigen wird und moderne Grafikkarten eine verblüffend reale Umgebung schaffen können wird der Unterschied zwischen virtueller und realer Welt immer fließender. Dadurch wird der Trip in den Cyberspace mehr als nur eine Betrachtung einer anderen Welt. Der Benutzer hat das Gefühl mit ihr zu verschmelzen und es besteht die Gefahr sich in ihr zu verlieren. Dadurch geht die eigene Identität verloren oder der Benutzer weiß nicht mehr was real und was virtuell ist. Er leidet unter Realitätsverlust. Weiterhin kann er in der virtuellen Welt sich hinter einer Maske verstecken und sich eine "Wunsch"-Identität aufbauen, aus der er einfach nicht mehr aussteigen möchte. Oder das Gefühl in der Virtuellen Welt ist so überwältigend (der Benutzer nimmt die Identität eines Vogels, Dämons, Gebäudes etc. an), daß er psychisch abhängig wird. Die virtuelle Realität könnte sich zu einer unkontrollierbaren Droge entwickeln, zumal es vielleicht möglich sein wird herkömmliche Rauschzustände durch neurale Stimulation, hervorzurufen und zwischen diesen Rauschzuständen nach Belieben zu wechseln.in einer Virtuellen Realität, die eine identische Kopie der Realität wäre, könnte man davon ausgehen, daß auch alle realen Probleme in die Virtualität projiziert würden. 7a. Bioadapter: Oswald Wiener beschreibt in seinem Text "Bioadapter" seine Vision der perfekten Symbiose von Mensch und Maschine. Der sogenannte Bioadapter stellt hierbei die perfekte Schnittstelle dar, mit welcher der Mensch in den wiederum vom Bioadapter geschaffenen virtuellen Raum eintauchen kann. Um diese totale Immersion zu erfahren, muss der Nutzer des Bioadpters allerdings in eine vollkommende Symbiose mit der Maschine eingehen, wodurch er ohne die Maschine nicht mehr lebensfähig ist. Oswald Wieners Vision des Bioadapters sowie dessen unterschiedlichen Adaptionsstufen sind im Anhang aufgeführt. 7b. Cyberpunk: Der Cyberpunk ist eine Literatur- und Kulturform, die in der erste Hälfte der achtziger Jahre entstand. William Gibson gilt mit seinen Kurzgeschichten "Johnny Mnemonic" und "Burning Chrome" sowie mit seinem Buch "Neuromancer" als Begründer dieser Gattung. Auch der Film "Blade Runner" hat geholfen, die Regeln für den Cyberpunk festzulegen. Meist ist die Handlung der Geschichten in der Mitte des einundzwanzigsten Jahrhundert angelegt. Diese nahe Zukunft wird eher düster und chaotisch gezeichnet. Die Umwelt ist stark geschädigt, die alten Gesellschaftsstrukturen sind zerstört und die meisten Menschen leben in Sprawls. Das sind riesige, geschlossen besiedelte Ballungsräume, die sich über hunderte von Kilometern ausbreiten können. Die Macht der Staaten ist völlig ausgehöhlt und liegt nun in der Hand einiger gigantischer Firmen. In der Regel gilt Firmenrecht vor Staatenrecht. Die Instanzen des Staates

13 sind nur noch Erfüllungsgehilfen der Unternehmen, die aber auch eigene Armeen unterhalten, um ihre Interessen so durchsetzen. Die Hauptrolle in den Geschichten spielen Cyberspace-Cowboys. Ihre Heimat ist die Matrix. Das ist eine virtuelle Welt, in der Daten als geometrische Formen zu erkennen sind. Mit der Hilfe von implantierten Chips wird bei den Hackern die Illusion erzeugt, sich direkt in ihr zu bewegen. Hat man keine Zugangsberechtigung, sieht man nur die Formen. Die Daten sind aber durch Sicherheitsprogramme geschützt, die EIS (Elektronisches Invasionsabwehr-System) genannt werden. Die Hacker kämpfen sich mit Hilfe ihrer Computer und darauf gespeicherter Programme durch dieses EIS, um an die gewünschten Informationen zu gelangen. Oft riskieren sie dabei ihr Leben, da die Programme durchaus nicht nur in der Matrix ihre Wirkung entfalten. Es gibt drei verschiedene Arten von EIS, die nach dem Umfang ihrer Wirkung und Gefährlichkeit für den potentiellen Eindringling unterteilt sind. Das weiße EIS ist eher harmlos, es kann weder dem Hacker noch seiner Ausrüstung schaden. Das Graue hingegen ist schon gefährlicher. Kann man es nicht überwinden, wird zumindest die Technik stark beschädigt sein. Scheitert man hingegen am schwarzen EIS, ist das eigene Leben auf jeden Fall in Gefahr. Die Idee der Matrix basiert sicher auf den Computernetzwerken, die es schon in den achtziger Jahren in großer Zahl gab. Auch das EIS scheint wie eine gedanklich logische Weiterentwicklung der heutigen Sicherheitsprogramme. Seitdem Computer vernetzt wurden, gab es immer Probleme, sie vor Eingriffen von Außen zu schützen Pioniere der Virtual Reality: 8a. Jaron Lanier Jaron Lanier wurde 1960 geboren. Lanier ist vermutlich bestens bekannt für seine Arbeit auf dem Gebiet der virtuellen Realität. Er prägte die Bezeichnung "Virtual Reality".In den frühen achtziger Jahren war er an der Entwicklung des ersten Cyberhandschuhs für die Kommunikation in der virtuellen Welt beteiligt und war der erste, der dir Interaktion mit virtuellen Gegenständen untersuchte.in den späten 80er leitete er die Gruppe, die die ersten Implementierungen der virtuellen Welten für mehrere Personen, basierend auf Cyberbrillen, entwickelte. Er war ebenfalls an der Entwicklung der ersten Anwendungen der virtuellen Realität in den Bereichen der chirurgischen Simulation, des Prototyping der Innenausstattung von Fahrzeugen und in anderen Gebieten beteiligt.seine 1983 gegründete Firma VPL Research war die erste Firma, die Produkte für die virtuelle Realität einführte.vpl stellte die ersten kommerziellen Cyberhandschuhe (1984), Cyberbrillen (1987) und vernetzten virtuellen Systeme vor (1989). 6 8b. Ivan Sutherland Ivan Sutherland, geboren am 16.Mai 1938, Hastings, Nebraska (USA), ist ein Pionier der Computergrafik. Sein Programm Sketchpad (TX2), das er im Rahmen seiner Doktorarbeit 1963 am MIT entwickelte, gilt als eine der ersten interaktiven Grafikanwendungen. Er entwickelte zudem auch das erste Head Mounted Display und den Cohen-Sutherland-Algorithmus. Ivan Sutherland erhielt 1988 den Turingpreis. Wichtige Stationen seiner Karriere waren das Programm Sketchpad (1963), welches auf einem TX-2 Computer lief und der von ihm 1996 entwickelte erste HMD (Head Mounted Display) namens Damoklesschwert. 7 5 Volker Krüßel, Hacker im Cyberpunk, Jahr 2000, 6 Jaron Lanier, What remains to be done with Virtual Reality, lanier.html, ABOWD Team, Biography of a Luminary,

14 8c. Scott S. Fischer: Scott S. Fischer ist ein Medienkünstler und Interaktionsdesigner, dessen Arbeit sich hauptsächlich auf immersive Umwelten und Technologien der Echttzeit fokussiert. S.Fischer ist Präsident von Telepresence Research,Inc., eine Produktionsfirma, welche sich auf die Kunst und das Design eben dieser Schwerpunkte fokussiert hat. Wichtige Stationen: VIEW: Von 1985 bis 1990 war S. Fischer Direktor und nebenbei auch Gründer des Virtual Environment Workstation Projekts (VIEW), welches von der NASA finanziert wurde. Ziel dieses Projektes war der Bau eines multisensorischen virtuellen Raumes, welcher in "Space Station teleoperation", "telepresence" und "automation activities" seine Anwendung finden sollte. Das Design und die Technik des "goggle and glove" Systems, welches aus "VIEW" hervorging, war wegweisend und inspirierend für viele weitere VR-Systeme, welche HMDs, Datagloves und 3-D-Sound beeinhalten. Virtual Explorer: Von1997 bis 1999 war S. Fischer Leiter und Gründer des Virtual Explorer -Projektes. "the Virtual Explorer" versucht, eine interaktive virtuelle Umgebung zu schaffen. Eine immersive Wissenschaft, die Erfahrungen lehrt, die unmöglich mit Lehrbüchern zu vermitteln wären. Das jetzige System stellt alle wichtigen Themen auf Basis der grundlegenden Immunologie dar. Studenten navigieren durch den Blutkreislauf, das Lymphensystem, das erkrankte Gewebe eines Patienten und erleben aus der Ich-Perspektive die jewiligen zugeteilten Aufgaben und Funktionen des Immunsystems. Dies dient zum besseren Vertsändnisses dieses komplexen Systems. "The Virtual Explorer" simuliert den viewscreen eines nanobots, der in einen menschlichen Körper eingespritzt worden ist. Es schließt ausführliche, biologisch genaue Modelle von Zellen und Eiweißen vom Immunsystem und dem Blutkreislauf mitein, die in Echtzeit während der Simulation gerendert werden Verschiedene Arten von VR Systemen: 9a. Desktop VR Systeme Die Verwendung eines konventionellen Computermonitors zur Darstellung virtueller Welten nennt man Desktop VR- oder 'Window on World Systeme' (WoW). Diese am häufigsten verwendete Darstellungsform für VR wurde bereits 1965 von I. Sutherland definiert. 9b. Video Mapping Die auch unter 'Artificial Reality' bekannte Variation des WoW-Systems verbindet die Aufzeichnung des Video Mapping Benutzers mittels Video mit einer 2-D-Computergrafik. Der Benutzer dieses Systems kann so am Bildschirm seine Interaktion mit der virtuellen Welt sehen. 8 Autor unbekannt, Scott Fischer Biography, Jahr unbekannt

15 9c. Immersive Systeme Die 'state of the art' VR-Systeme verschieben den Sichtpunkt (Viewpoint) des Benutzers komplett in das Innere einer virtuellen Welt. Diese VR-Systeme sind häufig mit einem Visualisierungshelm (Head Mounted Display) ausgerüstet. Eine Variation von immersiven Systemen stellt der 'Cave' dar. Ein Cave ist ein Raum, an dessen Wänden virtuelle Bilder projiziert werden. Innerhalb dieses Raumes hat man das Gefühl sich in der realen Welt zu befinden. 9d. Telepräsenz Telepräsenz ist eine weitere Variation der Visualisierung von computergenerierten Welten. Diese Technologie verknüpft einen Sensor der realen Welt mit den Sinnen eines menschlichen Operators. Beispielsweise können Kampfpiloten ferngesteuerte Flugzeuge benutzen, um sehr gefährliche Situationen zu meistern oder Chirurgen benützen sehr kleine, mit Video ausgerüstete Instrumente, um Operationen durchzuführen. 9e. Mixed Reality Wenn Telepräsenz und Virtual Reality Systeme zusammen genutzt werden, spricht man von Mixed Reality. Ein Beispiel dafür ist, dass einem Kampfpiloten die computergenerierten Landschaften und Daten direkt in seinen Helm oder auf das Cockpit-Display projiziert werden. 9f. Fish Tank VR Fish Tank VR kombiniert die stereoskopische Darstellung durch LCD-Shutter-Brillen mit einem mechanischen Positionstracker. Man spricht hier auch von einem Stereo-WoW-System. 10(a-c). Drei Stufen von Virtual Reality (VR) können unterschieden werden: In einer passiven Ebene kann der Benutzer sehen, hören und evtl. fühlen, was um ihn herum passiert. Die künstliche Welt bewegt sich und läßt den Benutzer glauben, er bewege sich in ihr, sie ist aber nicht steuerbar. In der aktiven Ebene kann der Benutzer den Raum um sich herum erkunden. Er sieht z.b. nicht nur einen Tisch im Raum stehen, sondern kann auch um ihn herumgehen. In der interaktiven Ebene ist der Raum um den Benutzer interaktiv veränderbar. Der Tisch kann also an eine andere Stelle verschoben werden. Für all diese Szenarien benötigt es leistungsstarke Hard- und Softwarekomponenten die im folgenden beschrieben werden. Die Hardwarekomponenten zur Bildgenerierung stehen im Mittelpunkt eines jeden VR-Systems. Die Darstellung virtueller Szenen muß eine möglichst verzögerungsfreie und realitätsnahe Darstellung der virtuellen Welt ermöglichen. Um dies zu erreichen sind dedizierte Grafiksubsysteme erforderlich. Die hohen Bildwiederholraten werden durch Grafikalgorithmen wie Transformation, Projektion, 'Clipping', etc. erreicht, die direkt auf der Hardware implementiert sind. Zur VR Hardware zählen zudem die speziellen Ein- und Ausgabegeräte, um diese virtuellen Welten besonders realitätsnah begehbar zu machen. Zu den wichtigsten Eingabegeräten zählen:

16 10a/a. Spaceball Dieses 3D Eingabegerät erlaubt das Navigieren des Begehens der virtuellen Welt (Walk- Throughs) in sechs Freiheitsgraden. 10a/b. 3-D-Maus Die 3-D-Maus ist wie der Spaceballs zur Navigation von Walk-Throughs in sechs Freiheitsgraden geeignet, besitzt aber zusätzlich ein Positionstracker. 10a/c. Datenhandschuh Mit dem Datenhandschuh sind Zeige- und Haptik-Funktionen auf Objekte in der virtuellen Welt möglich. Damit in einem 3D Raum etwas korrekt gefasst werden kann, wird ein Positionstracker verwendet. 11. Zu den wichtigsten Ausgabe- oder Darstellungsgeräten von VR Systemen zählen: 11a. 3-D-Ton- und Musikausgabe: Zur Unterstützung der Interaktion mit virtuellen Umgebungen ist der Einsatz von akustischen Signalen unabdingbar. Diese können in Form von Sprache, Musik, Ton oder Geräuschen präsentiert werden. Mittels audiogestützter Interaktion mit der virtuellen Welt wird eine verbesserte Wahrnehmung von visuell dargestellten Informationen erzielt. 11b. Stereodarstellung: Ausgabegeräte wie Stereo Display/Brille unterstützen eine Auflösung von bis zu 1280x1024 Bildpunkten und sind mit einer Infrarotsteuerung für die Stereobrille ausgerüstet. 11c. Head Mounted Display: Das Head Mounted Display ist ein Monitorhelm, der die Bilder von hochauflösenden Kathodenstrahl-Röhren (CRT) oder Flüssig-Kristall Anzeigen (LCD) direkt vor die Augen projiziert. Dieser Visualisierungshelm, der oft mit einem Positionstracker ausgerüstet ist, erlaubt das komplette Eintauchen (Immersion) in virtuelle Welten. 11d. Verarbeitung haptischer Informationen: Die Systeme zur Verarbeitung von haptischen (Kraft- und taktile Rückkopplung) Informationen sind bis heute meist nur als Forschungsprototypen verfügbar. 12. Werkzeuge zur Visualisierung (optische Geräte / Hardware) Optische Geräte im Bereich der virtuellen Realität machen sich die Netzhautdisparität unserer Augen zu nutzte. Aus den von unseren Augen in 2-D aufgenommenen Informationen generiert unser Gehirn ein dreidimensionales Abbild unserer Umgebung. Diese Fähigkeit zum räumlichen Sehen nennt man auch Stereopsis. Der Beginn der virtuellen Realität war somit auch der Beginn der ersten beweglichen Stereogramme.

17 Bei diesen optischen Geräten unterscheidet man unter drei grundsätzlichen Methoden: 1. Stereoskopische Helme 2. Monukolare Helme 3. Freie Monitore 12a. 1. Stereoskopische Helme: a. die Shutterbrille: Die Shutterbrille, auch LCD-Brille genannt, ist im engeren Sinne kein Helm, war und ist aber denoch ein gutes Beispiel für die Benutzung beweglicher Stereogramme. Die erste dieser Brillen wurde von Lenni Lipton erfunden und nannte sich Crystal Eyes. Sie funktioniert wie folgt: Die Darstellung der Daten erfolgt wie gewohnt über einen Monitor. Die Gläser der Brille sind durch kleine LCD (Liquid Cristal Display)-Glasfenster ersetzt worden, welche die Sicht für nicht genutzte Bilder für das jeweilige Auge blockieren können. Dabei wird auf dem Monitor jeweils ein Bild für das linke, dann für das rechte Auge dargestellt. Parallel dazu wird jeweils das ungenutzte Auge durch das LCD abgedunkelt, die Sicht wird blockiert. Die Synchronisation mit dem Computer erfolgt über ein Kabel bzw. über eine Infrarotschnittstelle. Wie genau funktioniert aber so ein LCD? Ein LCD besteht aus zwei kleinen Glasscheiben zwischen denen sich unzählige Zellen (Pixel) befinden, welche mit einer FLüssigkristalsubstanz gefüllt sind. Durch kleine Stromstöße können diese in ihrer räumlichen Ausrichtung manipuliert werden und Licht kann durch das Pixel fallen. Das gleiche Prinzip wird auch bei LCD-Displays verwand. Diese haben zusätzlich aber noch Farbfilter zwischen den Glasscheiben liegen, um alle RGB-Werte darstellen zu können.weiterhin wird das durchfallende Licht durch einen phosphorisierenden Hintergrund ersetzt. Der Vorteil solcher Displays liegt zum einen im Kostenpunkt, denn sie sind erheblich günstiger als Kathodenstrahlröhren (bekannt aus Fernsehern), zum anderen in ihrer einfachen Handhabung bzw. Einsatzmöglichkeit. Weiterhin brauchen LCDs erheblich weniger Energie als eine Kathodenstrahlröhre. Diese produziert ihr eigenes Licht, indem durch eine Vakuumröhre ein Elektrodenstrahl geschossen wird, welcher dann, nachdem er mehrmals durch Magneten abgelenkt wurde, Leuchtpunkte auf einem mit Phosphor beschichteten Schirm (Mattscheibe) sichtbar macht. Die Elektronen legen etwa eine Strecke von 650 Metern in der Sekunde zurück und erzeugen damit eine wesentlich höhere Auflösung als ein LCD-Display. Shutterbrille

18 b. Sichtgeräte der NASA: 1984 bauten Wissenschaftler der NASA unter Leitung von Scott Fischer einen VR-Helm aus zwei kleinen LCD-Fernsehern oder besser gesagt, aus deren LCD-Displays und deren phosphorisierenden Rückbeleuchtung. Diese produzierten eine Auflösung von immerhin Pixel, was allerdings entscheidend zu wenig für eine scharfe Darstellung ist. Eine weitere Verschlechterung der Bildqualität brachte die Montage der LCDs nahe der Augen mit sich, denn je geringer der Abstand zwischen den Augen und den Bildschirmen ist, desto sichtbarer werden die einzelnen Pixel und damit verschlechtert sich logischerweise auch die Schärfe bzw. die Detailtreue des Bildes. Man stellte fest, dass ein geeigneter Abstand von ca. 50 cm vonnöten ist, damit die einzelnen Pixel zu einem scharfen Bild zusammenfließen. c. UNC-Monitor: UNC steht für die Universität von North Carolina. Dort entwickelte man 1989 einen ganz besonderen Helm in Zusammenarbeit mit der amerikanischen Luftwaffe. Das Grundgerüst zu diesem Helm lieferte ein ordinärer Fahrradhelm, welcher mit zwei LCDs, fluoreszierenden Hintergründen und Speziallinsen ausgestattet wurde. Das besondere an diesem Helm war die Tatsache, dass die LCDs schräg angebracht wurden. Dies geschah, damit der Benutzer genug Platz für seine Nase hatte. Die dadurch erzeugt Verzerrung wurde mit Hilfe einer Speziallinse wieder korrigiert. Einige Jahre später wurde das System weiterentwickelt.die LCDs wurden nun waagerecht in Höhe der Augenbrauen angebracht (man kann sich das wie hochgeklappte Sonnengläser vorstellen). Das Bild wurde nun mit Vergrößerungsgläsern abwärts auf halbversilberte Spiegel projiziert, welche in einem 45-Gradwinkel zu den Augen des Benutzers angebracht wurden. Somit konnte der Betrachter zum einen das computererzeugte Bild als auch die reale Umgebung wahrnehmen. Dies nennt man auch das Sutherlandsche Prinzip, auf das ic nachher noch näher eingehen werde.

19 d. Eyephone von VPL: VPL, gegründet von Jaron Lanier, bekannt als ein Pionier der virtuellen Realität, war die erste Firma, welche stereoskopische Helme zur kommerziellen Nutzung herausbrachte. Das Eyephone überzeugte durch seine farbigen Displays, welche immerhin eine Auflösung von 320 x 240 Pixel schaften. Ebenfalls neu, obwohl eigentlich sehr simpel, war das Aussehen des Eyephones. Es glich mehr einer Taucherbrille als einem Datenhelm. Diese Form wurde gewählt, damit diffuses Licht nicht in den Helm dringen konnte.kurze Zeit später erschien die Visette von W-Industries, welche noch heute in VR- Cafés eingesetzt wird. Eyephone e. CAE-faseroptisches System: Die Firma CAE brachten den ersten Datenhelm heraus, welcher nicht mit LCD-Displays, sondern mit Kathodenstrahlröhrren arbeitete. Die Bilder, welche die Röhren erzeugten, wurden mit Hilfe von Glasfaserbündeln zum Helm transportiert, durchliefen dort ein spezielles Linsensystem und wurden letztlich auf halbversilberte Spiegel projiziert. Somit konnte der Betrachter genau wie bei

20 dem UNC-Helm zum einen das Computerbild, zum anderen die "wirkliche Umgebung" wahrnehen. Neu bei diesem System war zum einem die Verwendung von Glasfaserbündeln als auch die Benutzung von Eyetracking. Eine Infrarotkamera innerhalb des Helmes trackte die Bewegung der Augen. Anhand dieser Daten wurden nur die Objekte bzw. Bilder, welche mit dem Auge direkt fokussiert wurden, scharf dargestellt. Dadurch erreichte man eine erheblich Rechenauslastung der Computer. CAE System f. Die Cave Automatic Virtual Environment (CAVE) Ein Cave Automated Virtual Environment (CAVE) ist ein Raum zur Projektion einer dreidimensionalen Illusionswelt der virtuellen Realität. Das NCSA definiert CAVE als "an immersive virtual reality facility designed for the exploration of and interaction with spatially engaging environments". Die Bezeichnung "Cave" rekurriert bewußt auf das Höhlengleichnis in Platons Republik, das sich mit dem Verhältnis von Wahrnehmung und Erkenntnis sowie Realität und Illusion beschäftigt. Der Prototyp eines Geräts zur Echtzeit-Visualisierung in Kunst und Wissenschaft für mehrere Menschen in einem Raum wurde von dem Kunstprofessor Daniel Sandin und den Computerwissenschaftlern Tom DeFanti und Carolina Cruz-Neira an der University of Illinois in Chicago entwickelt und 1992 auf der SIGGRAPH vorgestellt. Im Ars Eletronica Center in Linz ist eine solche CAVE seit September 1996 installiert und der Öffentlichkeit zugänglich. Neuere vergleichbare VR-Systeme sind ImmersaDesk und der IWall. Der CAVE erlaubt die Echtzeitvisualisierung von interaktiven, hochkomplexen Grafikdaten in einem begehbaren Raum. Die Grafikdarstellung erfolgt durch Rückwandprojektion auf vier Projektionswände mit je 2,5m x 2m Größe. Zentraler Bestandteil des Systems ist ein SGI Origin 3800 Superrechner, der es erlaubt, Grafikdaten in Echtzeit unter der interaktiven Kontrolle des Benutzers zu verarbeiten und auf den Leinwänden darzustellen. Dadurch entsteht für den Benutzer der Eindruck, sich in einer virtuellen Welt zu bewegen. Die Cave Automatic Virtual Environment (CAVE) ist 1991 von der EVL entwickelt worden. Der VR-Raum bringt den Anwendern eine Reihe von Vorteilen gegenüber bisherige Displaytechniken. Simultan erhält eine Gruppe von Betrachtern die Möglichkeit zum kompletten Eintauchen in virtuelle Realitäten, die mit hoher Auflösungsqualität dargeboten werden. Zudem erhalten die Akteure die Freiheit ohne belastende Displaygeräte zu agieren. Die 4-Seiten-CAVE besteht aus 3 Seitenwänden und einer Bodenfläche. Ein LCD-Projektor für jeden Screen projiziert ein Stereobild des virtuellen Geschehens durch Rückprojektion auf die Seitenwände (Höhe zwischen 2,40 m und 3,00 m) und durch

21 Aufprojektion auf den Boden (Grundfläche des Raumes 3 x 3 m). Alle Wände sind simultan aktiv. Gewöhnlich führt einer der CAVE-Besucher die Bilddarstellung. Der Guide trägt eine getrackte, von Positionssensoren vermessene Stereobrille (Shutter-Glasses). Ein Grafiksupercomputer von Silicon Graphics generiert in Echtzeit die virtuellen Bildwelten entsprechend der Blickrichtung. Die restlichen, mit sensorlosen Stereobrillen ausgestatteten Betrachter verfolgen das Geschehen unbehindert und mit hoher Auflösungsqualität (1250 x 512 Pixel bei 120 Hz (stereo)). 9 CAVE 2. Monukolare Systeme: 2a. Das Privat Eye : Das wohl bekannteste monukolulare System ist das "Private Eye" von Reflection Technologies. Monukolar bedeutet "einäugig", das heißt, daß die Daten auf nur ein Auge des Betrachters projiziert werden, man also keine stereoskopischen Bilder benutzt. Das Private Eye ist nur 3,0x3,3x8,9 cm groß und wird mit Hilfe eines Stirnbandes am Kopf befestigt. Es projeziert einen etwa 30 cm großen Bildschirm auf die Netzhaut. Dies geschieht auf folgendem Wege: Das Privat Eye verfügt über 280 kleine Leuchtdioden, welchen gegenüber ein Spiegel angebracht ist. Dieser dreht sich sehr schnell hin und her. Bei jeder Drehung flackert jede Diode über 720 mal auf. Dadurch werden 280 waagerechte und 720 senkrechte Pixelspalten simuliert. Auch beim Privat Eye setzte man auf eine virtuelle Überlagerung. Das heisst, dass sowohl die virtuelle Realität als auch die wirkliche Außenwelt wahrgenommen wird. 9 Dave Pape, The CAVE Virtual Reality System, July 2001