Das VR-Lexikon von muthmedia

Unsere Gesellschaft entwickelt sich ständig weiter, neue Technologien, neue Prozesse und ein immenser zuwachs des Wissensbestands führen dazu, dass wir uns ständig weiterbilden müssen. E-Learning hilft uns neben dem klassischen „offline-lernen“ uns in speziellen Thematiken weiter zu qualifizieren und bringt dabei einige Vorteile mit sich.  Grundsätzlich bezeichnet E-Learning das elektronisch unterstütze Lernen. Digitale Medien werden also zur Unterstützung des Lernprozesses eingesetzt.  Das E-Learning-Lexikon von muthmedia hilft Ihnen dabei, die wichtigsten Begriffe rund um das Thema E-Learning zu verstehen.

360 Grad Kamera

Die 360 Grad Kamera, auch Omnidirektionale Kamera oder Vollsphärenkamera genannt, wird dazu verwendet, Bilder aus allen Richtungen sowohl horizontal als auch vertikal aufzunehmen. Diese Technik wird oft dazu verwendet, um Virtual Reality Produktionen zu realisieren. Der Betrachter hat bei den jeweiligen Videos oder Bildern, die mit einer VR-Brille ihre volle Wirkung entwickeln, das Gefühl, mitten im Geschehen zu sein. Oft ist eine Interaktion mit den Videos und Bildern für den Nutzer möglich. Viele Unternehmen setzen 360 Grad Aufnahmen auch gerne für Erklärvideos oder Imagefilme ein.

360 Grad Kameras mit einer Linse

Fisheye-Objektive krümmen den Winkel der Aufnahme, die so einen größeren Radius des Motivs abbilden kann. Das so entstandene Bildmaterial weist allerdings immer einen toten Winkel auf, da damit keine vollständigen Aufnahmen möglich sind.

360 Grad Kameras mit zwei Linsen

Zwei gegenüberliegenden Linsen nehmen einen vollen 360 Grad Winkel auf. Hierbei entstehen Bilder und Videos aus einem Winkel von etwa 180 Grad. Diese Bilder werden anschließend von einer speziellen Software zu einem 360 Grad Objekt konvertiert.  Beim sogenannten Stitching – dem Zusammenfügen der Bilder – können Fehler entstehen, die das Gesamtbild durch unregelmäßige Übergänge stören.

360 Grad Kameras mit mehr als zwei Linsen

Es gibt verschiedene 360 Grad Kamerasysteme, die mehr als zwei Linsen nutzen. Unter anderem gibt es sogenannte Kamera Rigs, ein System aus sechs verschiedenen Actionkameras, die in einem Würfel befestigt werden. Auch bei mosaikbasierten Kamerasystemen werden mehrere normale Kameras zusammengeschlossen. Diese nehmen jeweils nur Teile des gesamten Bereichs auf. Bei beiden Systemen werden die entstandenen Bilder im Anschluss zu einem Gesamtbild zusammengefügt. Hierbei ist die Brennweite der einzelnen Kameraobjektiven ebenso entscheidend wie der richtige Blickwinkel.

360 Grad Aufnahmen

Für 360 Grad Aufnahmen wie Panoramabilder benötigt es das richtige 360 Grad Kamerasystem. Bei einigen Systemen ist das sogenannte Stitching, das Zusammensetzen vieler Einzelbilder, nötig. Um mit 360 Grad Aufnahmen eine größtmögliche Immersion zu erzielen, wird das Ansehen über eine VR-Brille empfohlen. So können Betrachter mit den Bildern interagieren.

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3D Echtzeit

Als Echtzeit charakterisiert man die Darstellung computergenerierter Szenarien, die den Eindruck von realen Welten vermitteln und „live“ generiert werden. Das bedeutet, dass eine Aktion in der realen Welt möglichst auch eine in derselben Zeitspanne stattfindende Reaktion in der virtuellen Welt nach sich ziehen sollte. Durch abgestimmte Soft- und Hardware sollen eventuell auftretende Verzögerungen unterbunden werden. Da Vorgänge durch Computerberechnungen allerdings immer eine gewisse Verzögerung aufweisen, wird der Begriff Echtzeit im VR-Bereich verwendet, wenn ein System innerhalb eines vorgegebenen Zeitrahmens reagiert, in dem der Nutzer selbst keine Verzögerung wahrnimmt.

Motion Tracking / Motion Capture

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.

Omnidirectional treadmill

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.

Positional Tracking

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.

Presence / Telepräsenz

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.

Room Scale VR

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.

Virtual Reality

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.

Virtuelle Rehabilitation

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.

VR Brillen

Virtual Reality Produktionen benötigen VR Brillen, damit der Nutzer in die virtuelle Welt eintauchen kann. VR Brillen, oder auch Head-Mounted-Displays, sind die wichtigsten Komponenten, um die virtuelle Realität möglichst real werden zu lassen. Hierbei sind Blickwinkel der Person, der Avatar, die Bildwiederholrate, Motion Tracking und die Latenz wichtig, um eine größtmögliche Immersion für die Nutzer zu erzielen.

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