Auf dem Weg zu den VR-Anwendungen der Zukunft
Lange war die virtuelle Realität vor allem eins: pure Science-Fiction. Inzwischen hat sich dies geändert: Dank VR-Brillen und Augmented-Reality-Programmen auf Rechner oder Smartphone kann man visuell und akustisch in imaginäre Welten eintauchen. Wissenschaftler suchen jedoch nach Wegen, um die virtuelle Welt noch umfassender und lebensechter zu machen.
Bisher können wir meist nur über Kopfbewegungen und Handcontrollern mit der virtuellen Welt interagieren. Und auch die Avatare der VR- und AR-Anwendungen sind meist standardisiert und nur eingeschränkt personalisierbar. Doch all dies soll sich in naher Zukunft ändern. Schon jetzt arbeiten Wissenschaftler unter anderem im Rahmen mehrerer EU-Projekte daran, die virtuelle Welt noch immersiver und greifbarer zu machen.
Wohin geht die Entwicklung in VR und AR?
Ob das Holodeck des Raumschiffs Enterprise in der „Star Trek“-Reihe oder die komplett simulierte Welt aus den „Matrix“-Filmen: Die voll interaktiven, alle Sinne umfassenden und gleichzeitig faszinierend realistischen Simulationen in diesen fiktionalen Geschichten kommen ohne jede Hilfsmittel wie Brillen, Handschuhe oder ähnliches aus – scheinbar aus dem Nichts erzeugen Computer die virtuellen Umgebungen.
Was geht schon?
In der Realität ist ein solches vollständiges und alle Sinne umfassendes Eintauchen in eine simulierte Welt jedoch noch nicht machbar, die VR-Technologie steckt noch in ihren Kinderschuhen. Aber die Anfänge sind bereits gemacht. Auch wenn es noch nicht ohne VR-Brillen oder spezielle Augmented-Reality-Programme geht, sind Ausflüge in die virtuelle Welt bereits möglich – vor allem im Rahmen von Computerspielen.
Die meisten großen Spieleanbieter und Computerfirmen, aber auch viele kleinere und mittlere Unternehmen im Gaming-Sektor haben über die vergangenen zehn Jahre mal mehr, mal weniger erfolgreich mit VR-Technologien experimentiert. Bisher machen VR-Spiele jedoch nur einen kleinen Teil der Spieleveröffentlichungen aus und die virtuelle Realität ist noch weit davon entfernt, zum Standard zu werden.
Das wird sich jedoch ändern. Experten erwarten, dass Forschung und die Gaming-Industrie als kommerzieller Treiber der Technologie schon in den kommenden Jahren weitere Innovationen hervorbringen könnte. Unternehmen und Forschende suchen bereits nach Technologien, die die virtuelle Realität noch verlockender, immersiver, attraktiver, zugänglicher und vor allem kostengünstiger für Spielende machen, beispielsweise durch die Einführung kleinerer, weniger klobiger Headsets und völlig neuer Geräte, die ein echtes Berührungsgefühl in Umgebungen virtueller Realität ermöglichen.
Und was kommt?
Aber auch jenseits der Spiele könnten sich VR-Anwendungen und ihre Geschwistertechnologie die erweiterte Realität (AR) schon bald in unserem Alltag wiederfinden, so die Prognose. Schon jetzt haben VR-Anwendungen in verschiedensten Bereichen einen ganz praktischen Nutzen: In der Chirurgieausbildung lernen angehende Mediziner in der sicheren VR-Umgebung, Operationen am offenen Herzen durchzuführen. Ingenieure verfeinern Konstruktionen mithilfe virtueller dreidimensionaler Modelle und AR-Displays helfen Technikern bei komplexen Wartungsarbeiten.
Auch in Freizeit, Kultur und sogar der Politik könnten VR-Anwendungen bald mehr Raum gewinnen. So können Museen und Kunstgalerien VR-Rundgänge anbieten und realistische VR-Avataren helfen uns dabei, bei einem Online-Einkauf die richtige Größe und den passenden Stil für uns zu finden. Und sogar im politischen und sozialen Bereich können VR-Anwendungen hilfreich sein, beispielsweise wenn es darum geht, VR-Umgebungen als neutrale gemeinsame Basis für den Vertrauensaufbau und die Versöhnung nach Konflikten oder einer tiefen politischen Polarisierung zu nutzen.
Der realistische Avatar –
Basteln am virtuellen Spiegelbild
In den meisten Online-Rollenspielen kreieren wir unsere Avatare losgelöst von unserem tatsächlichen Aussehen. Das verleiht uns die Möglichkeit, in fremde Rollen und Identitäten zu schlüpfen. Doch es gibt VR-Anwendungen, in denen es vorteilhaft wäre, wenn unser Avatar ein realistisches Abbild unserer Selbst wäre – beispielsweise bei virtuellen Treffen oder dem virtuellen Anprobieren von Kleidung.
Realistisch statt generisch
An der nötigen Technologie, um möglichst schnell und einfach virtuelle Versionen unserer Selbst zu erzeugen, arbeiten gleich mehrere EU-Projekte. Eines davon ist das Projekt Didimo, an dem unter anderem das gleichnamige portugiesische Unternehmen mitwirkt. Didimo hat ein neues System konzipiert, um solche digitalen Doppelgänger in nur 90 Sekunden anhand eines einfachen Fotos zu erstellen.
„Beim virtuellen Einkaufen von Kleidung stellt sich die Kundschaft normalerweise zwei Fragen: Sieht dieser Artikel gut an mir aus und passt er mir? Anwendungen zum virtuellen Anprobieren wären dafür eine Lösung, allerdings scheiterten sie bisher meist, da sie Kompromisse eingehen mussten“, erklärt Jim Franzen von Didimo. Kunden können bisher meist nur zwischen einigen vorgegebenen Körperformen auswählen, die aber nicht die individuelle Größe und Gestalt wiedergeben. Auch wichtige persönliche Merkmale und Eigenheiten spiegelt der Avatar nicht wider.
Bei Avataren für virtuelle Treffen ist der Stand der Dinge kaum besser. Nicht nur ähneln diese oft als Trickfiguren dargestellten Avatare der echten Person in keinster Weise, sondern diese Systeme bieten auch keine detailgetreuen Darstellungen des Mienenspiels und der Emotionen des Nutzenden – obwohl diese Aspekte für produktive menschliche Interaktionen unerlässlich sind. Franzen erklärt: „Wenn ich vermitteln will, dass ich fröhlich bin, bleibt mir bisher oft nichts anderes übrig, als meine Figur auf und ab springen zu lassen. Oder einen Tanz aufführen zu lassen“, erklärt Franzen. „In echten Geschäftstreffen würde ich mich aber niemals so verhalten.“
Vom Foto zum Avatar in 90 Sekunden
Ziel des Teams von Didimo war es daher, realistischere und emotional detailgetreuere digitale Darstellungen zu erschaffen. Dafür haben sie eine cloudbasierte Plattform sowie Unterstützungsinstrumente entwickelt, mit denen lebensähnliche digitale Menschen erstellt werden können. Mithilfe dieser Plattform können alle in nur 90 Sekunden eine vollständige 3D-Darstellung ihrer Person – ein Didimo – anhand eines Fotos erstellen.
„Jetzt bekommen Nutzende einen Avatar, der ihnen zum Verwechseln ähnlich sieht“, erklärt Veronica Orvalho von Didimo. „Wir sind bereits sehr gut im Erstellen von Gesichtern und Köpfen und arbeiten noch an der Darstellung von Körpern. Unser Ziel ist, detailgetreue digitale Menschen zu gestalten, die ihrem Vorbild eins zu eins entsprechen.“ Das Unternehmen arbeitet bereits eng mit Online-Plattformen wie Amazon, Sony, Altice, Ceek, Soliel, Atom Republic und anderen zusammen, um die Konzepte an deren jeweilige Anforderungen anzupassen. „Wir konzentrieren uns besonders auf die Branchen für Gaming, Modeeinzelhandel, Kommunikation und erweiterte Realität“, sagt Franzen.
Avatar-Aktion im Team
Einen ähnlichen Weg geht das EU-finanzierte Projekt VRTogether. Auch in diesem wollen Forschende erreichen, dass Nutzer in VR-Erfahrungen genauso aussehen können wie in der echten Welt. Dabei liegt der Schwerpunkt auf sozialen Zusammenhängen wie virtuellen Treffen oder der virtuellen Zusammenarbeit im Team. „Wir haben uns bei unserer Arbeit darauf konzentriert, die nötigen Instrumente zu erschaffen, um mehrere Anwender gleichzeitig in Echtzeit als volumetrische Videoinhalte zu erfassen und sie in virtuelle Umgebungen zu verfrachten“, erklärt Sergi Fernandez von i2CAT und Koordinator von VRTogether.
Dafür hat das Team neue Techniken der 3D-Erfassung und virtuellen Rekonstruktion von Menschen als Punktewolke entwickelt, aber auch Lösungen, um eine geringe Latenz sicherzustellen, Bandbreite einzusparen, Inhalte in Echtzeit zu übertragen sowie Protokolle, die Interaktionen mit Objekten und anderen Personen synchron und realistisch gestalten.
Das Projektteam hat auf Basis dieser Entwicklungen drei inhaltsorientierte Pilotprojekte entwickelt, um die Möglichkeiten der Technologie vorzustellen. In diesen Pilotvorführungen können die Nutzenden an einer Mordermittlung teilnehmen. „Es handelt sich um eine dreiteilige Geschichte mit einem Kapitel pro Pilotvorführung“, erklärt Fernandez. „Die Teilnehmenden müssen herausfinden, wer das Verbrechen verübt hat, und in Sechsergruppen zusammenarbeiten, um auf dem Polizeirevier Verdächtige zu vernehmen, an einer Fernsehshow teilzunehmen und einen Tatort zu untersuchen.“
Mehr Haptik für die virtuelle Welt –
Virtuelles Greifen und tragbare VR-Technologien
Damit die virtuelle Welt realistisch und interaktiv wird, müssen wir die Objekte in der VR-Umgebung anfassen, bewegen und anderweitig manipulieren können. Diese Interaktion zwischen Hand und Objekt ist jedoch technisch noch ein große Herausforderung für VR-Anwendungen. Bisher ist sie weit davon entfernt, sich so natürlich wie in der realen Welt anzufühlen.
Keine realistische Interaktion
Einer der Gründe: Bei den meisten VR-Anwendungen benötigt man Controller, um virtuelle Objekte manipulieren zu können. Dies schränkt die Möglichkeiten der Interaktion schon vor vornherein ein – man klickt oder bewegt die Controllerstäbe hin und her, statt zu greifen wie im normalen Leben. Ein zweites Problem: Derzeit muss schon bei der Entwicklung einer VR-Anwendung für jede mögliche Interaktion im Voraus definiert werden, wie ein Objekt gegriffen und manipuliert werden kann, bevor diese Greifarten manuell animiert werden.
Dies setzt der Interaktion grundsätzliche Grenzen: Objekte können nur in vorgegebener Weise verwendet werden, alle anderen Aktionen gehen ins Leere. Hinzu kommt, dass es enorm zeitaufwendig ist, im Vorhinein alle nötigen Greifweisen zu ermitteln und dann einzuprogrammieren.
Diese Einschränkungen kommen nicht nur bei VR-Spielen zum Tragen, noch gravierender sind sie, wenn VR-Umgebungen der Ausbildung oder Rehabilitation dienen. „Teilnehmende von VR-Trainings verwenden hauptsächlich Handsteuerungsgeräte“, erklärt Jakob Way vom VR- und Robotertechnik-Start-up Gleechi. „Aber sie müssen in der Lage sein, die natürliche Handinteraktion zu erleben, um neue Fähigkeiten zu entwickeln und das Selbstvertrauen zu haben, diese in der realen Welt anzuwenden.“
Besserer Griff für Reha-Patienten
An diesem Punkt kommt das das Projekt VirtualGrasp ins Spiel. In ihm entwickeln Forschende gemeinsam mit Unternehmen eine Lösung auf Basis künstlicher Intelligenz, durch die die Interaktion mit Objekten automatisiert digitalisiert werden kann. Dabei kommt eine Kombination von maschinellem Lernen und prädiktiven Algorithmen zum Einsatz, um mithilfe von Datenhandschuhen beispielsweise typische Greifbewegungen zu erkennen.
Einer der ersten schon im Test befindlichen Anwendungsbereiche ist die Rehabilitation von Schlaganfallpatienten. „Aufgrund der eingeschränkten Beweglichkeit in den Händen und Fingern macht ihnen oftmals die erforderliche Präzision beim Greifen zu schaffen. Durch die Vorhersage dieser Greifarten hoffen wir, den Rehabilitationsprozess mithilfe von visueller Verstärkung zu beschleunigen“, erklärt Way.
Konkret nutzen die Projektforscher ein lernfähiges System, das anhand von Videoaufnahmen und den Daten echter Anwender darauf trainiert wird, die typischen Greifarten solcher Patienten zu erkennen und diese in VR-Interaktionen umwandeln. Die ersten Ergebnisse waren ermutigend: „Die Patienten waren in der Lage, Rehabilitationsübungen in einer VR-Umgebung durchzuführen, in der sie motivierende Aufgaben wie Spiele spielen oder Blumen pflanzen durchführten“, berichtet Way.
VR-Interaktion in der Medizin-Ausbildung
Ein zweites großes Anwendungsgebiet ist die VR-gestützte Ausbildung, beispielsweise in der Industrie. Hier kann VirtualGrasp die Nutzung virtueller Werkzeuge oder medizinischer Instrumente realistischer gestalten, indem das System zuvor ein fundiertes Verständnis davon entwickelt, wie jedes Objekt gehalten und verwendet wird. Erste Testanwendungen damit laufen bereits: „SAAB Aeronautics testet VirtualGrasp aktiv für ein erweitertes VR-Training, bei dem Teilnehmende während des Montageverfahrens die Verwendung spezieller Werkzeuge und Ausrüstung erlernen“, sagt Way.
Ein weiterer Test läuft mit einem Ausbildungsdienstleister, der Arbeitskräfte für das Gesundheitswesen schult. „Das Training setzt das sorgfältige Hantieren mit komplexen medizinischen Instrumenten und Ausrüstung voraus, während die nachfolgenden Verfahren essenziell sind, um eine sterile Umgebung zu erhalten“, so Way. „Durch die Möglichkeit zur natürlichen Interaktion können Teilnehmende praktische Erfahrungen in Bereichen entwickeln, in denen der Zugang zu realen sterilen Umgebungen für Trainingszwecke problematisch ist.“
Tragbare Interaktionsflächen und semivirtuelle Kleidung
Nach einer weiteren Möglichkeit, VR-Erlebnisse noch immersiver und natürlicher zu machen, suchen Forschende im Projekt WEARTUAL. Ziel ist es, durch tragbare Technologien aus Körpern Benutzeroberflächen zu machen oder sogar semivirtuelle Kleidung zu erzeugen. Angelehnt ist diese Technik an die „Motion Capture“-Anzüge, mit deren Hilfe die Bewegungen von Schauspielern für Filme mit Computeranimationen digitalisiert werden.
„Wir konzentrieren uns dabei auf drei verschiedene Gebiete. Bei einem unserer Konzepte erkunden wir, wie unser Körper als Gerüst dienen kann, um hängende, schwebende und berührbare Benutzeroberflächen und somit realistischere und immersivere Erfahrungen zu erschaffen“, erklärt Oguz Buruk von der Universität Tampere. „Eine weitere konkrete Anwendung ist virtuelle Kleidung. Es gibt bereits mehrere Modemarken, die in virtuellen Umgebungen tragbare Kleidung verkaufen.“ Die Forschenden wollen demnächst erste Prototypen ihrer Technologien abschließen und diese unter anderem in Museen testen.
Neue Einsatzbereiche für die VR –
Hilfe bei PTSD, Vorurteilen und Konflikten
Während VR- und AR-Technologien bisher vor allem im Rahmen von Spielen genutzt werden, gehen ihre Anwendungsmöglichkeiten weit darüber hinaus. Erste Studien demonstrieren, dass die virtuelle Realität beispielsweise in der Medizin, aber auch in der Psychologie und in sozialen Fragen wertvolle Dienste leisten kann.
VR gegen Übergewicht und PTSD
Ein Beispiel: Ein Avatar kann Übergewichtigen dabei helfen, eine Diät durchzuhalten und an Gewicht zu verlieren. So zeigen Studien, dass beispielsweise der Anblick eines dicklichen Avatars auf dem Laufband Menschen eher dazu motiviert, selbst den für das Abnehmen wichtigen Sport zu treiben. Auch der Anblick des persönlichen Avatars bei gesunder Ernährung oder dem kalorienbewussten Einkaufen zeigte positive Ergebnisse.
Eher um die mentale Gesundheit geht es dagegen einem Team um Albert Rizzo von der University of Southern California. Sie haben eine VR-Anwendung entwickelt, die Soldaten nach einem Kriegseinsatz gegen Posttraumatische Belastungsstörungen (PTSD) helfen soll. Die Patienten durchleben dabei eine Reihe von virtuellen Szenarien, die auf Schilderungen des realen Kriegsumfelds beispielsweise in Afghanistan beruhen.
Die multisensorische und immersive Auseinandersetzung mit den potenziell traumaverursachenden Situationen trägt dazu bei, dass die Soldaten ihre Erfahrungen verarbeiten. Ein Test ergab, dass 80 Prozent der Patienten nach der VR-Therapie weniger unter Angst und Depressionen litten und dass auch ihre für PTSD typischen Flashbacks zurückgingen.
Virtueller Körpertausch mindert Vorurteile
Gezielte VR-Anwendungen können aber auch im sozialen Bereich nützlich sein – beispielsweise um Vorurteile abzubauen und Konflikte zu schlichten. Wie das geht, zeigt unter anderem ein Experiment von Manos Tsakiris von der Royal Holloway University in London und seinen Kollegen. Sie haben ihre Probanden virtuell in fremde Körper gesteckt – beispielsweise weiße Europäer in den Körper eines dunkelhäutigen Migranten. Konkret erreichten sie dies, indem die Testpersonen einen entsprechenden Avatar in der virtuellen Realität bekamen, der sich synchron mit ihnen bewegte.
Jeweils vor und nach diesen Körpertausch-Experimenten untersuchten die Wissenschaftler mit einem standardisierten Test, welche Einstellungen die Probanden gegenüber den jeweils anderen hatten. Dabei zeigte sich: Bei den weißen Testpersonen, die sich vorübergehend wie im Körper eines Schwarzen fühlten, nahmen die vorher existierenden Vorurteile tatsächlich ab.
Virtuelle Vermittlung im Nordirland-Konflikt
Ebenfalls um den Abbau von Vorurteilen und Konflikten geht es im EU-Projekt contactVIRT. In diesem soll eine Begegnung in der virtuellen Realität die verhärteten Fronten im Nordirland-Konflikt aufweichen. Dafür befinden sich die Avatare von Teilnehmen beider Gruppen in einem Raum und sollen gemeinsam einfache Aufgaben lösen wie das Beschriften von Bildern oder das Ausfüllen von Lückentexten.
Der Clou dabei: Die VR-Umgebung vermittelt widersprüchliche Botschaften über die Gruppenzugehörigkeit: „Wenn zum Beispiel eine katholische Person protestantische Menschen als Mitglieder der Fremdgruppe versteht, sind ihre jeweiligen Avatare in den traditionellen Farben der beiden Gemeinschaften gekleidet – grün für Katholiken, orange für Protestanten“, erklärt Salvador Alvídrez von der Queen’s University Belfast. „Über den Köpfen der beiden schwebt jedoch ein Token, der angibt, dass sie zur selben virtuellen Gruppe gehören.“
Das gemeinsame Handeln in der virtuellen Welt und die Kategorisierung der eigentlich verfeindeten Lager als eine Gruppe sollen dazu beitragen, ein Gemeinschaftsgefühl zu stiften. Darüber hinaus bietet die VR-Begegnung auch die Chance, in einem sicheren Umfeld über Probleme und Streitpunkte zu diskutieren. Zurzeit führt das Forschungsteam erste Testdurchläufe mit Freiwilligen durch, um verschiedene VR-Strategien zu erproben.
Quelle:
Foto: Noch ist das freie, multisensorische Interagieren mit virtuellen Welten eher Zukunftsmusik. © gremlin/ Getty image
https://www.scinexx.de/dossierartikel/neue-einsatzbereiche-fuer-die-vr/
