Schritt für Schritt in virtuelle Welten

Ohne eine Virtual-Reality-Brille vor den Augen sieht das Holodeck 4.0 des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen eigentlich ziemlich unspektakulär aus. Eine große, fast leere graue Halle mit 1.400 Quadratmetern am Rande der Nürnberger Nordstadt. Mit einer Oculus-Rift vor den Augen ändert sich das von seiner Sekunde zur nächsten. Dann erstrecken sich vor einem virtuelle Welten, die darauf warten, erkundet zu werden.

Auf einer weitläufigen, scheinbar in der Luft schwebenden Plattform entdeckt man linker- und rechter Hand unterschiedliche virtuelle Räume. Frei von Verkabelung, nur mit einer Virtual-Reality-Brille auf dem Kopf, kann man sie betreten. Glasvitrinen, mit metallic-glänzendenden Beinen, stehen in der Mitte des einen Raums. Täuschend echt mutet die Optik der Materialität an. Nur wer einmal um die Vitrinen herum geht und dabei gezielt die Schatten fokussiert, bemerkt den Trugschluss. Die Schatten bewegen sich nicht. „Sie sind gebacken“, wie Dr. Stephan Otto vom Fraunhofer-Institut IIS erklärt. Sie bleiben starr und unbeweglich, auch wenn sich die Perspektive des Betrachters ändert. Für Ralf Peter Knobloch, Geschäftsführer des Architektur-Büros Plan2Plus, ist Licht allerdings ein wichtiges Gestaltungselement. Und in der virtuellen Welt, die sein Büro gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut IIS, im Holodeck 4.0 umgesetzt hat, daher unverzichtbar.

Hohe Rechnerleistung

VR-Simulation Plan2Plus. Quelle: Plan2Plus

Mit „gebacknenen“ Schatten, die sich nicht verändern: Die VR-Simulation Plan2Plus. Quelle: Plan2Plus

„Am Anfang waren noch gar keine Schatten drin, weil das eine hohe Rechnerleistung erfordert“, erklärt Knobloch. Dann wurde nachjustiert. Insgesamt drei Tage hat das Fraunhofer-Team an der Simulation gearbeitet. Erstellt wurde sie mit der in der Games-Branche gängigen Software Unity 5. Knobloch ist mit dem Ergebnis durchaus zufrieden. Das international arbeitende Architektur-Büro legt bei der Innenausstattung seiner Hotels, Bars und Shops großen Wert auf Details und hochwertige Materialien. Beim ersten Versuch ein Virtual-Reality-Setting umzusetzen hat Knobloch allerdings bewusst auf eine eher nüchterne Ausstattung gesetzt. „Wir haben uns für ein Showroom-Setting entschieden. Bei einem ganzen Hotelzimmer wäre die Detailtiefe zu groß gewesen und damit auch die Datenmenge“, sagt Knobloch.

Das Fraunhofer-Institut IIS beschäftigt sich seit viereinhalb Jahren mit dem Thema Virtual Reality (VR). Das Holodeck 4.0, dessen Name inspiriert vom Holodeck aus Star-Treck ist, gibt es seit eineinhalb Jahren. Zuvor arbeitete Ottos VR-Team im Nürnberger Stadion. Großes Potenzial im VR-Bereich sieht Otto gerade für die Bereiche Games und Entertainment. „Die Interaktion wird verbessert, wenn man rumgehen kann. Das ist etwas ganz anderes, als wenn man nur am PC sitzt“, führt Otto seine Einschätzung aus. Die meisten VR-Simulationen schaffen es bislang noch nicht, das freie Gehen zu erlauben. Die User können meist nur sitzen oder sich sehr eingeschränkt ein paar Schritte zur Seite bewegen. „Das ist absolut neu, dass man sich hier frei bewegen kann“, sagt Stefan Minack von der Regensburger VR-Firma Vuframe Lab bei einem Besuch im Holodek im Herbst 2015, der vom MedienNetzwerk Bayern organisiert wurde.

Schnell anwendbar

Dr. Stephan Otto im Holodeck 4.0. Foto: Franziska Baur

Nach nur wenigen, einführenden Worten von Dr. Stephan Otto kann der User im Holodeck 4.0 selbst die VR-Welt erkunden. Foto: Franziska Baur

Ausgespielt wird die VR-Welt im Holodeck 4.0 über ein Smartphone, das in einer Oculus-Rift steckt. „Wir benutzen ganz normale, handelsübliche Smartphones. Die Performance ist hier nicht so hoch, wie bei Rendering auf High-End PCs“, sagt Otto. Aber dafür könne man ohne größere Vorbereitungen direkt in die Simulation starten. Ein Funksensor an der Brille und zwölf Empfänger an den Wänden und der Decke sorgen dafür, dass jede Bewegung des Users in die virtuelle Welt übertragen wird und sich die Optik dementsprechend anpasst. Ein wichtiger Faktor, damit die virtuelle Perspektive mit den realen Bewegungen übereinstimmt. „Es ist wichtig, dass das, was ich fühle und das was ich sehe, zusammenpasst!“, sagt Otto. Sonst werde die Immersion geschwächt – also das Eintauchen in die virtuelle Welt.

Deswegen wird die Welt bei jedem User neu kalibriert, bevor er im Holodeck 4.0 losmarschieren darf. Kommt es dennoch zu Komplikationen, bekommt das der User schnell zu spüren. „Ich fühle mich ein bisschen wie betrunken“, sagt ein User während eines Tests und bleibt ein bisschen unsicher auf den Beinen stehen. Ein Helfer aus Ottos-Team steht helfend zur Seite. Aber noch andere kuriose Situationen können sich in einer VR-Simulation ereignen, wenn die Kalibrierung nicht richtig gemacht wird. Etwa, dass ein User zwar nach vorne läuft, sich die virtuelle Optik vor seinen Augen jedoch so verändert, als bewege er sich rückwärts. „Dieser Sensor-Drift ist ein Problem“, erklärt Otto. Er resultiert aus kleinen Fehlern, die sich über die Zeit aufsummieren.

Olfaktorische Zukunft

Weitere Pläne, verrät Otto, gehen in die Richtung, VR-Erlebnisse auszubauen – und zwar mit Geruchssimulation und eingebundener Akustik. Dann könnte ein User in einem virtuellen Wald die Bäume nicht nur sehen, sondern auch riechen und hören, wie zwitschernde Vögel vorbeifliegen. Soweit in der Zukunft liegt diese Vision gar nicht. Denn an der ergänzenden 3D-Akustik arbeitet bereits ein Team in Erlangen, das auch an der Entwicklung des mp3-Formats beteiligt waren. Einen integrierten Prototypen soll es Ende 2015 geben.

"Holodeck 4.0": Wandern durch die virtuelle Realität

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