Virtualreality

Virtual and Augmented RealityInteraktionsparadigmen

Virtual and Augmented Reality

(1) Begriffe & Konzepte

(2) Historische Entwicklung

(3) Interaktion in der Virtual Reality

(4) VR-System & Standards

(5) AR-Systeme

Virtual Reality – Definitionen (1)

„ Virtual reality (VR) is a term that applies to computer-

simulated environments that can simulate places in the

real world as well as in imaginary worlds.“

[Wikipedia (1)]


„ The ultimate display would, of course, be a room within

wich the computer can control the existence of

matter. [… ] With appropriate programming such a

display could literally be the Wonderland into wich Alice

walked.“

[Sutherland 1965]

[TNG „ Hollow Pursuit“, Sternzeit: 43807.4]

Virtual Reality – Definitionen (3) [Brill 2009]

Virtuelle Realität meint neuartige Benutzeroberflächen die

Den Benutzer in einer simulierten Realität handeln lassen

Den Benutzer damit eine Anwendung steuern lassen

Sich im Idealfall konvergent zur bekannten realen Umgebung verhalten

Ziel ist eine möglichst voraussetzungslose Nutzung.

Virtual Reality – Definitionen (4) [Brill 2009]

Anwendungen im Kontext der VR sind multimodale

Software mit visuellen, akustischen und taktilen Aus-

und Eingabemöglichkeiten.

Ziel ist die Immersion


Anwendungsgebiete

Planung und Gestaltung

Simulation

Visualisierung

Telekommunikation/‐Kooperation

Spiele

Virtual Reality – Exkurs Immersion (1)[Brill 2009]

Immersion ist der Effekt einer VR-Anwendung bzw. das

Gefühl, der/das den Benutzer glaube lässt innerhalb

einer logischen, existierenden Umgebung zu agieren.

(Gefühl des „ beeing there “)

Virtual Reality – Exkurs Immersion (2)[Brill 2009]

Faktoren die zu Immersion führen sind

Übereinstimmung zwischen virtueller und realer Umgebung

Beeinflussbarkeit der virtuellen Umgebung

Echtzeit bei Ein- und Ausgabeaktionen

Positionierung und Orientierung im virtuellen Raum

Virtual Reality – Exkurs Immersion (3) [Pietschman 2009]

„ Presence Konzept “ beschreibt den psychischen Zustand einer Person während der Medienrezeption.

Presence beschreibt die Summe der Wahrnehmung der reale, der virtuellen und der imaginierten Umgebung.

Virtual Reality – Exkurs Immersion (4) [Pietschman 2009]

Presence

Spatial Presence Social PresenceSelf-Presence

Physischer KörperMentales Modell des Körpers

Virtueller Körper

Virtual Reality – Historische Entwicklung (1)

Der Ursprung der VR liegt in der Entwicklung mechanischer Simulatoren.

Erste computerunterstützte Systeme waren Flugsimulatoren.

Innovative VR-Systeme integrieren mehrere VR-Einzelkomponenten in einem Systeme.

Virtual Reality – Historische Entwicklung (2)

Meilensteine

1955 u. 1962 Sensorama (Morton Heilig)

1968 u. 1970 The Sword of Damocles (Ivan Sutherland)

1978 Aspen Movie Map (Andrew Lippman)

1992 CAVE

Interaktion in der Virtual Reality (1)

VR-Systeme weisen grundlegend andere

Interaktionsparadigmen auf als herkömliche Desktop-

Systeme.

Hauptunterschied ist die virtuelle Szene. Diese stellt eine

Ansammlung von Objekten und deren Beziehungen im

virtuellen Raum dar.

Weiterhin ist die Interaktion in VR-Systeme ausgeprägter.


VR-Systeme können auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden

Simulation

Projektionen

Avatare

Desktop-Anwendungen

„ True Immersive Virtual Reality“


Visuelle Ausgabe

Projektoren

Polarisations- oder Shutterbrillen

Head-Mounted-Display

Retinal Displays


Akustische Ausgabe

Stereo-Kopfhörer

Surround-Sound Systeme

Haptische Ausgabe

Rezeptoren und Aktoren („Force Feedback“)


Eingabe

Tracking-Systeme (mechanische, optische, elektro-magnetische, akustische Systeme)

Omnidirectional Treadmill

3D-Maus, „Wand“

Datenhandschuh, Datenanzug

Spracheingabe


[Wikipedia (2)]


[Wikipedia (2 u. 3)]


[Wikipedia (4)]

Virtual Reality – Systeme (1)

Sensorama

Das Sensorama von Heilig war der Entwurf eines System aus mehreren Projektonen. Er kombinierte räumliche Sicht, Ton, Wind und Gerüche.

In den 60er Jahren wurde dieses System teilweise realisiert.


[Sensorama]


CAVE (Cave Automatic Virtual Environment)

Vier Leinwände (C4) mit mehreren Rückprojektoren erzeugen eine virtuelle Szene die von mehreren Benutzern gleichzeitig genutzt werden kann.

Es existieren verschiedene Frameworks für die Entwicklung von Software für CAVE-Systeme: Beispielsweise: CaveLib oder VRJugger .

Die Interaktion durch verschiedene Modalitäten erfolgen.


Neuer Systeme verfügen über sechs Leinwände und nutzen pro Wand mehrere Projektoren für höher auflösende Darstellung und/oder Stereografik.

Man spricht dann von sogenannten Powerwalls.


[Wikipedia (5)]

Virtual Reality – Standards

CAVE-System ist ein de-facto Standard.

Die Virtual Reality Modelling Language (VRML) und deren Nachfolger X3D sind standardisierte Dateiformate zur Repräsentation von 3D-Objekten.

VR Juggler und CAVELib sind APIs die die Softwareentwicklung für CAVE-Systeme vereinfachen.

Des Weiteren sind gängige Standards der 3D-Programmierung relevant.

Augmented Reality – Definiton (1)

„ Augmented reality (AR) is a term for a live direct or

indirect view of a physical real-world environment

whose elements are augmented by virtual computer-

generated imagery.“

[Wikipedia (6)]


Augmented Realtity ersetzt, anders als Virtual Reality, nicht die reale, physische Umgebung.

Stattdessen wird die Umwelt mit weiterreichenden Informationen ergänzt.

Dies geschieht durch Kombination der realen Perspektive (View) des Nutzers mit virtuellen Inhalten in Echtzeit.


[Wikipedia (7)]


Anwendungsgebiete

Navigation

Arbeitsplatz

Medizin

Militär

Rettungskräfte

Augmented Reality – Interaktion (3)

Visuelle Ausgabe

Spezialisierte Systeme mit Head-Mounted-Displays

Head-Up-Displays

Mobile Endgeräte

Tracking

GPS

Augmented Reality – Systeme: AndAR (1)

AndAR

AndAR ist ein Softwareprojekt das AR auf dem Android-OS ermöglicht.

Ein realisiertes Projekt ist der AndAR Modelviewer, eine Software die virtuelle 3D-Modelle in die Kameraansicht von Smartphones integriert.

Augmented Reality – Systeme: AndAR (2)

Augmented Reality – Systeme: Navit (1)

Navit with Augmented Reality

Navit with Augmented Reality ist eine Software die AR-Elemente für die Navigationssoftware Navit bereitstellt.

Die Elemente sind Navigation, Tracking und Visualisierung.

Speziell für Fussgänger optimierte Navigationshilfen werden in eine Liveview integriert.

Die virtuellen Einblendungen passen sich der realen Geometrie, etwa Sichteinschränkung durch Häuser, an.

[Navit (2)]

[Navit (1)]

Augmented Reality – Systeme: AugSatNav (1)

Augmented Reality – Systeme: AugSatNav (2)

Augmented Reality – Systeme: Layar (1)

Layar

Layar ist eine Software die Kamera, GPS und Lagesensor mobiler Geräte nutzt um verschiedene ortsbezogene Informationen in eine Liveview einzublenden.

Die Informationen sind in sogenannten Layers gespeichert die frei erstellt werden können.

Literatur (1)

Brill 2009

Brill, Manfred, Virtuelle Realität, Heidelberg, 2009

Pietschmann 2009

Pietschmann, Daniel, Das Erleben virtueller Weltenm Boizenburg, 2009

Sutherland 1965

Sutherland, I.E, The ultimate display, in: Procedings of the IFIP Congress, Vol. 2, S. 506-508, 1965

Literatur (2)

New Scientist 06/2007

[http://www.newscientist.com/article/dn12169-tangible-display-makes-3d-images-touchable.html]

Literatur (3)

AndAR[http://code.google.com/p/andar/]

Layar[http://www.layar.com/]

Sensorama[http://design.osu.edu/carlson/history/images/small/sensorama

-1.jpg]

http://www.layar.com/

Literatur (4)

Navit

1: Navit with Augmented Reality[http://wiki.navit-

project.org/index.php/Navit_with_Augmented_Reality]

2: [http://wiki.navit-project.org/images/4/48/Navithero.jpg]

3:[http://wiki.navit-project.org/images/e/ef/Realityview.jpg]

4: Open-Source NavigationHaase, Thomas, Feilner, Markus, Richtungsweisend. Open-Source-

Navigation mit Navit, in: Linux Magazin, München, Ausgabe 7, 2010

Literatur (5)Wikipedia

1: Virtual Reality[http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_reality]

2: PowerGlove[http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nintendo_fighter.jpg]

3: Nintendo Fanboy[http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fanboy_Nintendo.jpg]

4: Treadmill[http://en.wikipedia.org/wiki/File:ARL_ODT.jpg]

5: CAVE-System[http://en.wikipedia.org/wiki/File:CAVE_Crayoland.jpg]

6: Augmented Reality[http://en.wikipedia.org/wiki/Augmented_reality]

7: Augmented Reality – Milgram[http://en.wikipedia.org/wiki/File:Milgram_Continuum.png]

http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_reality

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nintendo_fighter.jpg

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fanboy_Nintendo.jpg

http://en.wikipedia.org/wiki/Augmented_reality

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