Das VR-Lexikon von muthmedia

Das Motion Tracking, auch Motion Capture genannt, bedeutet übersetzt Bewegungserfassung. Der Begriff bezeichnet das Tracking-Verfahren, mit dem jede Art von Bewegung eines Nutzers erfasst werden kann. Die Bewegung wird dabei in ein computerlesbares Format umgewandelt, analysiert und aufgezeichnet.

Beispiele für Motion Tracking sind Head-Tracking und Eye Tracking. Mit der Weiterentwicklung des Motion Trackings, der Performance Capture-Methode, kann sogar die menschliche Gesichts- und Fingerbewegung sowie Mimik und Gestik erfasst werden.

Mit den Daten des Trackings können Bewegungsabläufe in Virtual Reality Produktionen übertragen werden, durch die der Nutzer mit den Anwendungen interagieren kann. Gerade im Gaming Bereich, etwa mit der Kinect oder PlayStation Move, sind solche Systeme zunehmend integriert.

Motion Tracking mit Marker

Beim optischen Tracking sind Kameras die maßgeblich genutzte Komponente, um die Bewegung der erfassten Personen oder Gegenstände (Controllern) zu verfolgen. Hierbei müssen Nutzer oder passive Marker mitführen, die von den Kameras verfolgt werden. Anhand der Markerbewegung wird anschließend die Position in 3D berechnet.

Motion Tracking ohne Marker

Hierbei wird zwischen der Mustererkennung und der Silhouettentracking unterschieden. Bei der Mustererkennung wird das getrackte Objekt über mehrere Kamerapositionen, die im Raum verteilt werden, erkannt. Bei Silhuoettentracking wird auf 3D-Bewegungserfassung zurückgegriffen. Dabei werden Silhouetten durch bildverarbeitete Algorithmen aus dem Raum extrahiert und in virtuelle Modelle übertragen, um die Gelenkpositionen zu erfassen. Dadurch werden sogenannte kinematische Parameter berechnet. Die Erfassung bedarf wesentlich weniger Aufwand und bietet kaum Fehlerpotential durch Marker, wie etwa Fehlplatzierung oder ungenaues Aufbringen auf der zu trackenden Person.

Motion Capture in der Filmindustrie

In Animationsfilmen sind komplexe Bewegungsabläufe wie Laufen oder Tanzen ein interessantes Feature. Sie sind allerdings nur schwer und mit großen Kosten am Computer nachzustellen. Die Bewegung einer Person ist durch Motion Tracking und entsprechende Technik allerdings auf virtuelle Skelette übertragbar, die die Bewegungen der realen Person nachahmen. Dadurch lassen sich Animationen einfacher und kostensparend umsetzen.

Durch Omidirektionale Laufbänder (ODT) haben Virtual Reality Nutzer die Möglichkeit, sich während der Nutzung frei zu bewegen. ODTs erlauben dem Nutzer eine 360 Grad Rundumbewegung innerhalb eines Spiels oder einer Virtual Reality Produktion. Das System überträgt die Laufbewegung möglichst ohne Verzögerung in Echtzeit in die virtuelle Realität.

Dadurch wird die Immersion des Nutzers deutlich erhöht, da ein komplettes Eintauchen in die virtuelle Realität durch den Bewegungsablauf noch intensiviert wird.

Um ein möglichst reales VR-Erlebnis zu erschaffen, ist das Positional Tracking des Nutzers und seines VR-Head-Mounted-Displays im Raum unumgänglich. Positional Tracking, also Bewegungserkennung, ist nötig, um die genaue Position des Headsets, von Controllern, Objekten oder Körperteilen im Raum zu bestimmen. Das System erkennt über externe, optische Sensoren und Marker Bewegungen die Art der Bewegungen, beispielsweise eine Rotation. Die gesammelten Informationen werden anschließend zum entsprechenden Computer transferiert und in die virtuelle Realität übertragen. Um das Virtual Reality Erlebnis für den Nutzer möglichst lebensecht zu halten, ist es nötig, dass die Bewegungsübertragung möglichst ohne Verzögerung geschieht. Durch verzögerungsfreies Positional Tracking steigt gleichzeitig auch die Immersion für den Nutzer.

Kabelloses Positional Tracking

Verschiedene Ankerpunkte werden beim kabellosen Tracking um das Zentrum des zu trackenden Gebietes herum positioniert. Oft wird dieses System auch als „indoor GPS“ bezeichnet. Die Präzision beim kabellosen Positional Tracking ist für gewöhnlich sehr hoch.

Optisches Positional Tracking

Das System basiert auf dem Grundprinzip der menschlichen Wahrnehmung und nutzt dafür verschiedene Kamerasysteme. Dabei existieren zwei verschiedene Systeme, das Inside-out Tracking und das Outside-in Tracking. Beim Inside-Out Tracking werden die Sensoren am zu trackenden Gerät (meistens der VR-Brille) befestigt, um die Position des Nutzers im Raum zu bestimmen. Beim Outside-In Tracking ist es genau umgekehrt – die Kameras und Sensoren werden stationär im Raum positioniert und die Infrarot Marker werden am zu trackenden Objekt befestigt.

Virtuelle Realität lebt durch die simulierte Präsenz ihrer Nutzer und die damit einhergehende Interaktivität. Im Bereich VR beschreibt der Begriff Presence den Zustand, den Nutzer erfahren, sich in einer entfernten Umgebung anwesend zu fühlen. Dabei ist der Grad der Immersion entscheidend. Je größer dieser ausfällt, desto mehr fühlt sich der Benutzer in der entfernten Umgebung anwesend. Um dieses Gefühl der Telepräsenz hervorzurufen, wird der Nutzer in der jeweiligen Zielumgebung durch einen sogenannten Teleoperator vertreten. Der Teleoperator repliziert die Kopfbewegungen des Benutzers und überträgt die Kamerabilder des Teleoperators aus der Sicht des Benutzers anschließend auf ein Head-Mounted-Display. Dadurch wird der Nutzer in die Umgebung hineinversetzt.

Bewegungen in der Telepräsenz

Damit der Nutzer nicht nur durch Kopfbewegungen in der entfernten Umgebung interagieren kann, werden verschiedene fahrtüchtige Roboter verwendet. Damit können die Nutzer über Eingabegeräte wie Joysticks oder Controller die Roboter steuern und sich so weiträumig in der entfernten Umgebung bewegen.

Wird die Steuerung der Roboter durch eigene Bewegung des Nutzers hervorgerufen, handelt es sich um weiträumige Telepräsenz. Dadurch wird die Gefahr der Simulationskrankheit verringert und außerdem die natürliche Navigationsfähigkeit des Menschen genutzt.
Da der Aktionsrahmen der Nutzer in der realen Welt oft begrenzt ist, können Geräte wie ein zweidimensionales Laufband genutzt werden, um uneingeschränkte Bewegung zu ermöglichen.

Um Virtual Reality nutzen zu können, bedarf es ein entsprechendes Setup. Ein Room Scale Setup erlaubt es dem Nutzer, sich frei in einem bestimmten Bereich eines Raumes zu bewegen. Ein herkömmliches VR Setup besteht aus einem Computer, einer VR-Brille und Motion Sensoren, um den Raum und die Bewegung des Nutzers zu erfassen, sowie Motion Controller. Je nach Bedarf und Nutzungswunsch von Virtual Reality können die jeweiligen Komponenten angepasst werden. Wenn eine absolute Immersion angestrebt wird, ist die Nutzung eines zweidimensionalen Laufbandes in Kombination mit einer VR-Brille besonders zielführend. Dadurch kann der Nutzer noch intensiver in die virtuelle Welt eintauchen.

Die virtuelle Realität (VR) bezeichnet die Darstellung und Wahrnehmung einer computergenerierten Wirklichkeit.

Über VR-Brillen verschiedener Systeme, Motion Tracking, Eye Tracking, Controllern und anderen Hilfsmitteln kann der Nutzer ganz in die virtuelle Welt eintauchen. Wird der Gedanke an die reale Welt immer weiter in den Hintergrund gedrängt, nennt sich dieser Effekt Immersion. Virtuelle Realität wird nicht nur für Spiele und Unterhaltung genutzt, sondern bietet Unternehmen auch viele Möglichkeiten, um ihre Produkte auf einzigartige Weise zu präsentieren, etwa in einem Werbevideo oder Produktvideo, oder interaktiv zu erklären, zum Beispiel in einem Erklärvideo. Geschäfte können beispielsweise virtuell vorgestellt und Produkte vor der Veröffentlichung erlebt und begutachtet werden.

Risiken bei der Nutzung von Virtual Reality

Durch die Nutzung von virtueller Realität erleiden einige Benutzer die sogenannte Simulator-Krankheit. Oft geht diese mit Symptomen wie Schwindel, Übelkeit und Erbrechen einher – ähnlich wie die Auswirkungen der Seekrankheit. Treten solche Symptome auf, sollte die Nutzung sofort eingestellt werden.

Virtual Reality bietet nicht nur die Möglichkeit, mit atemberaubend gestalteten virtuellen Welten beim Zuschauer zu punkten – längst wurden auch die Möglichkeiten der Technik für andere Bereiche erkannt. Bei der virtuellen Rehabilitation geht es darum, die virtuelle Realität dazu zu verwenden, psychologische, physiologische, neurologische oder kognitive Erkrankungen zu therapieren.

Die Virtuelle Rehabilitation bietet hierbei einige Vorteile gegenüber herkömmlichen Behandlungsmethoden. Dank der Technik lassen sich die Fortschritte der Patienten direkt aufzeichnen und zur Auswertung nutzen. Außerdem steigt die Motivation zur Teilnahme dank der fortschrittlichen Technik und ermöglicht, dass Patient und Therapeut örtlich voneinander getrennt sein können (Teletherapie; Telepräsenz). Die Therapieform ist wandelbar, auf die Bedürfnisse des jeweiligen Patienten anpassbar und wird stetig weiterentwickelt. Gerade Patienten im Bereich der Psychotherapie können bereits in den USA von den Methoden der Behandlung profitieren und zum Beispiel posttraumatische Belastungsstörungen mithilfe von Virtual Reality bekämpfen. Auch Meditationen oder 360 Grad Videos zur Entspannung werden bereits eingesetzt, um das Stresslevel von Patienten zu reduzieren. Hierbei werden Head-Mounted-Displays oder VR-Brillen, verwendet, um die virtuelle Realität für die Patienten einzusetzen.