Bei der Idee, mit Hilfe von digitalen Werkzeugen interaktive virtuelle Umgebungen begehbar zu machen, deren Darstellung mit gleichzeitiger Wahrnehmung verknüpft ist, handelt es sich schon lange um kein reines Wunschdenken mehr. Durch den immer weiter vordringenden technologischen Fortschritt und den Einzug rechenstarker Computerkomponenten (bspw. Grafikkarten) in die Wohnungen der Menschen, ist es möglich, virtuelle Welten von zu Hause aus begehbar zu machen. Auch viele Großunternehmen machen sich das neuartige Medium zu Nutze und setzen es zu Marketingzwecken ein. Zudem werden auch in der Bildung, der Wissenschaft und der damit einhergehenden Wissensgenerierung Technologien der Virtual Reality eingesetzt.

Um das zu zeigen, besuchte am 30. November 2022 der ehemalige Leiter des regionalen Rechenzentrums Köln Herr Prof. Dr. Ulrich Lang das Colloquium in Digital Cultural Heritage des Instituts für Digital Humanities und Archäologischen Instituts und gab den Studierenden einen Einstieg in das Thema Virtual Reality. Dabei zeigte er auch Möglichkeiten des Einsatzes von Virtual-Reality-Technologien im Kontext der Universitätslehre und möglichen Forschungszwecken.

Was ist Virtual Reality und wie komme ich überhaupt da hinein?

Der Begriff Virtual Reality wurde im späten 20. Jahrhundert durch verschiedene Science-Fiction-Romane geprägt und bezeichnet die Darstellung und gleichzeitige Wahrnehmung einer scheinbaren Wirklichkeit in einer in Echtzeit computergenerierten, interaktiven virtuellen Umgebung. Sie unterscheiden sich dadurch von reinen Computersimulationen, da in Simulationen das Eintauchen, die Immersion, nicht stattfindet. Die reale Welt wird durch eine künstliche Welt aus dem Computer ersetzt und im Gegensatz zur Animation passiert hier alles in Echtzeit, d. h. jede Reaktion wird sofort in den virtuellen Raum umgesetzt. Stichwort ist hierbei die Immersion, welche oft mit dem Begriff „Präsenz“ verbunden wird und bedeutet, dass die Rezipienten beim Eintauchen in die virtuellen Welten alles um sich herum vergessen und das Geschehen in diesen Welten und Umgebungen und die Interaktion mit ihnen als real empfinden.

Um Immersion innerhalb der Virtual Reality zu erreichen, verwendet man unterschiedliche Methoden. Am häufigsten werden Head-Mounted-Displays verwendet, die im allgemeinen als VR-Brille bezeichnet werden. Das Head-Mounted-Display wird dann wie eine Brille oder ein Helm mit Visier getragen und zeigt computergenerierte Bilder auf einem Display direkt vor den Augen des Anwenders. Der Bildschirm wird dabei auf zwei Hälften aufgeteilt, sodass jedes Auge sein eigenes Bild erhält. Auf diese Weise wird das Sichtfeld der Nutzenden wesentlich abgedeckt, die reale Umgebung ausgeblendet und durch digitale Inhalte ersetzt. Durch die Projektion auf beide Augen wird die visuelle Wahrnehmung auf die Welt und das Geschehen innerhalb der Virtual Reality beschränkt. Darüber hinaus verwenden moderne VR-Brillen Motion Tracking um die Bewegungen des Nutzenden zu erfassen und Head Tracking zum Erkennen der Blickrichtung und der Kopfneigung. Mit Hilfe von Gyro-Sensoren oder Kameras, die im Raum platziert werden, kann die Position des Anwenders im Raum erkannt und Bewegungsänderungen gemessen werden. Durch das Tracking werden in Echtzeit die ermittelten Positions- und Bewegungsdaten des Nutzenden in die VR-Anwendung übersetzt. Um zusätzlich mit dem virtuellen Raum bzw. der virtuellen Welt interagieren zu können, werden meist zusätzlich zwei Bedienelemente verwendet (Controller), die per Hand gesteuert werden und als natürliches Bedienelement, je nach Ausführung, mit Touchpad, Trackpad, Buttons und Joysticks ausgestattet sind. Und damit der Nutzende auch Feedback für seine Handlungen innerhalb der virtuellen Welt bekommt, verfügen die Controller über Vibrationsfunktionen, die bspw. ausgelöst werden, wenn etwas „berührt“ wird. Bei den neusten Modellen, wie beispielsweise der Meta Quest 2, kann sogar auf den Einsatz von Controllern verzichtet werden, da diese auch Hand- und Gesten-Tracking unterstützen.

CAVE – Die Höhlenmenschen der Zukunft

Ein Nachteil, der bei der Benutzung von VR-Brillen entsteht, ist die Tatsache, dass immer nur ein Nutzender in die virtuelle Welt eintauchen kann. Zwar ist es möglich, das Geschehen auf einen weiteren Bildschirm zu übertragen, jedoch ohne den gewünschten Effekt der Immersion zu erreichen und Teil des Geschehens zu sein. Gelöst werden kann dies durch den Einsatz einer CAVE. Cave steht für Cave Automatic Virtual Environment und ermöglicht den Eintritt in die virtuelle Realität für mehrere Personen gleichzeitig. Um ein CAVE-Modell für Forschungszwecke nutzen zu können und den Studierenden neue Forschungsperspektiven zu ermöglichen, ließ das Rechenzentrum der Universität zu Köln eine CAVE bauen, welche 2022 eröffnet wurde und anhand der Beschreibung, die auf der Homepage zu finden ist, wie folgt eingesetzt werden kann: Die CAVE ist ein Raum, dessen Wände, Böden und Decke Projektionsflächen sind, die stereoskopische Darstellungen unterstützen.

Durch den Einsatz von VR-Brillen, bzw. Stereobrillen, haben Personen im CAVE den Eindruck, sich in einer dreidimensionalen rechnergenerierten Umgebung zu befinden. Dadurch können räumliche Strukturen und Zusammenhänge erfasst und besser verstanden werden. Dabei werden die menschlichen Fähigkeiten genutzt, sich durch komplexe räumliche Strukturen zu bewegen, Abstände und Proportionen einzuschätzen und zeitliche Veränderungen zu beurteilen. Wissenschaftliche Erkenntnisse können so effizienter gewonnen werden. Dies lässt sich in allen Wissenschaftsbereichen einsetzen, in denen räumliche Organisationsprinzipien gelten.

Die CAVE der Universität zu Köln ist ein 3 x 3 Meter großer Raum, der circa 10 Personen gleichzeitig aufnehmen kann. Die Wände, die Decke und der Boden werden mit Rückprojektion in Stereo betrieben. Durch die Projektoren wird eine Auflösung von 1600 x 1600 Pixel ermöglicht. Mit vier Tracking-Kameras in den oberen vier Ecken der CAVE werden die Positionen und Orientierung einer Stereobrille, sowie eines Interaktionsgeräts erfasst, wodurch die weiteren Personen im CAVE ebenfalls den selben visuellen Eindruck wie die getrackte Person erhalten. Auf diese Weise dient die CAVE als Kommunikations- und Lehrplattform für die Forschenden. Ein Ersteindruck lässt sich in Form eines kurzen Videoclips hier finden.

Grenzenlose Freiheit (mit kleinen Einschränkungen)

Auch wenn die Technik hinter der Virtual Reality noch nicht ganz ausgereift ist bzw. der Zugang noch teilweise eingeschränkt ist, bspw. durch die hohen Anforderungen an die Rechenleistung von Computern und dem benötigten Platz, der zur uneingeschränkten Nutzung notwendig ist, ist der Einsatz von Virtual Reality in der Gesellschaft angekommen. Aufgrund der vielseitigen Verwendungszwecke, ob bei der Verwendung zu Unterhaltungszwecken im eigenen Haus, zu Marketingzwecken von Unternehmen oder bei der Forschung, um Zusammenhänge besser zu verstehen, sich auszutauschen und Dinge sichtbar zu machen, die ohne den Einsatz von virtueller Realität erheblich mehr Aufwand erfordern würden, wird deutlich, dass Virtual Reality enorme Perspektiven für jedermann bietet. Es bleibt also spannend, ob und wie sich Virtual Reality und insbesondere der Zugang dazu in den nächsten Jahren verändern wird. Die Wunschvorstellung ein Holodeck wie aus Star Trek zu begehen, liegt möglicherweise nicht mehr in allzu weiter Ferne.

Zum Autor: Julian Klink studierte Medienkulturwissenschaften mit dem Schwerpunkt Medieninformatik im Bachelor und studiert derzeit Informationsverarbeitung im Master an der Universität zu Köln. Seine Interessensschwerpunkte im Studium beziehen sich auf Spieleentwicklung, Game Studies und Virtual Reality.

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