Virtual-Reality-Brillen - Technik - Wie funktioniert eine VR-Brille

Virtual-Reality-Brillen - Technik - Wie funktioniert eine VR-Brille?

© Oculus VR, LLC

Virtual-Reality-Brillen - Technik - Wie funktioniert eine VR-Brille?

Virtual Reality ist in aller Munde. Die wichtigsten Punkte zur Technik und was bei Virtual-Reality-Brillen oder einer VR-Brille beachtet werden sollte im folgenden Artikel

Virtual-Reality-Brillen

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Der nächste Boom am Technik-Horizont soll die Virtual Reality sein. Aber was bedeutet eigentlich Virtual Reality? Gibt es dafür eine genaue Definition? Wie funktionieren die Technologie und die dazugehörigen Brillen? Wichtig ist es, dass man weiß dass es grundlegende Unterschiede zwischen einer VR-Brille und einem normalen Display gibt, wie wir es vom Smartphone oder TV her kennen:

  • Danke der stereoskopischen Illusion entsteht ein 3D-Eindruck
  • Beim Sichtfeld gibt es keine erkennbaren Grenzen

Durch diese beiden Punkte entsteht beim Betrachter, dass er sich im Bild befindet oder eben in einer Virtuellen Realität. Hierbei verschwimmen die Grenzen zwischen echter Umgebung und der Virtuellen.

Die Virtuelle Realität oder auch Virtual Reality (VR) - Was ist das? Definition

Der Begriff Virtual Reality wird in der Regel mit den beiden Buchstaben VR abgekürzt. Im deutschen sagt man auch virtuelle Realität. Hiermit bezeichnet man ein Abbild einer virtuellen Welt, die von einem Computer generiert wird. Oft wird diese an unsere normale Umwelt angelehnt, kann aber auch vollkommen verfremdet werden.

Die Virtual Reality simuliert, dass man sich in solch einer Welt befindet und kann unterschiedliche Sinneseindrücke darstellen. Hierzu gehören auch Geräusche, Gerüche, Berührungen oder das Sehen.

Bereits bei einem normalen Videospiel kann der Eindruck einer Virtual Reality dargestellt werden. Ein Beispiel hierfür ist das Force Feedback von Gamepads oder Joysticks. Damit wird ein taktiles Empfinden in einer virtuellen Welt simuliert.

Trotz allem ist die Virtuelle Realität sehr eng mit einer VR-Brille und dadurch mit dem Begriff Immersion verbunden. Wenn solch eine Brille zum Einsatz kommt, steht einem ein 3D-Bild zur Verfügung und ist auf einen Monitor nicht mehr angewiesen. Die virtuelle Welt kann man beobachten, indem man seinen Kopf in verschiedene Richtungen dreht.

Die Grundlage für 3D Effekte ist ein stereoskopisches Sehen

Dem Mensch ist es aufgrund seiner beiden Augen möglich räumlich zu sehen. Damit unterscheidet sich der Winkel zu einem betrachteten Gegenstand leicht: Durch den Augenabstand kann das rechte Auge mehr von der rechten Seite sehen und das Linke eben etwas mehr von der anderen Seite. Wenn man zum Test die Hand etwa 20 cm von der Nase weghält und dann abwechselnd ein Auge schließt wird man feststellen, dass der Seheindruck unterschiedlich ist.

Aus diesem Unterschied kann unser Gehirn eine räumliche Beschaffenheit berechnen. Dieses Phänomen nennt man "stereoskopisches Sehen". Im Grunde bedeutet es nichts anderes als doppeltes Sehen. Dies ist auch die Grundlage für ein räumliches Sehen oder auch 3D Sehen.

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Die Virtuelle (visuelle) Realität

Aber wie funktioniert eine VR-Brille? Vom Prinzip her ist dies ganz einfach: Vor den Augen befinden sich zwei Display-Bilder, die leicht unterschiedlich sind. Damit wird die Illusion des 3D-Sehens geschaffen. Vom Computer wird nun die stereoskopische Differenz simuliert und unserem Gehirn vorgespielt, dass wir uns in einem dreidimensionalen Raum befinden.

Die VR-Brille und ihre Linse

Damit man mit solch einer VR-Brille auch ein scharfes Bild betrachten kann, benötigt diese auch eine Linse. Da sich das Bild nur in einem Abstand von wenigen Zentimetern vom Auge befindet, schaffen diese es nicht dieses scharf zu stellen. Das funktioniert trotz der Akkommodation nicht.

Aus diesem Grund verfügt jede Virtual-Reality-Brille über eine Linse, die das Bild des Displays so bricht, dass es als scharfes Bild auf der Netzhaut abgebildet wird. Das gleiche Prinzip wird bei einer starken Brille verwendet.

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VR-Brille trotz Fehlsichtigkeit?

Theoretisch ist es auch möglich durch ein Austauschen der Linse eine Fehlsichtigkeit zu korrigieren. Man benötigt also unter der Virtual-Reality-Brille nun keine normale Brille, sondern mit Hilfe der eingebauten Linse korrigiert man die Fehlsichtigkeit. Eine normale Brille verfügt allerding über eine deutlich bessere Korrekturqualität.

Die Qualität des Bildes bei einer VR-Brille

Es gibt zwei Faktoren, die für die Qualität der Virtuellen Realität sehr wichtig sind:

  • Das Bild und seine Auflösung
  • Die Bilddarstellung und dessen Frequenz

Das Sichtfeld und dessen Breite

Das Display-Bild kann danke der Linse relativ breit sein. Dadurch entsteht der Eindruck, dass das breite Sichtfeld weder in der horizontalen noch in der Vertikalen eine Begrenzung hat. Mit der Breite des vorhandenen Sichtfelds hängt auch die Qualität der VR-Brille zusammen. Bei den einfachen Modellen beträgt die Breite des Sichtfeldes lediglich 30 - 40°. Dadurch werden die äußeren Bildkanten sichtbar, so als wenn man auf eine Kino-Leinwand von hinten schaut.

Virtual-Reality-Brille mit mittlerer Qualität besitzen ein Sichtfeld von 40 - 60°, wie die Sony HMZ-T2

Das beste Sichtfeld ergibt sich ab 80° und mehr wie bei der Oculus Rift. Bei diesen Brillen gibt es ab diesem Sichtfeld keine Grenzen mehr die man erkennen kann. Somit befindet man sich mitten in der Virtuellen Realität.

Allerdings unterscheidet sich das Gesichtsfeld oder auch das Sichtfeld ein wenig vom Blickfeld. Der visuelle Bereich wird vom Sichtfeld beschrieben, solange noch einzelne Bewegungen erkennbar sind. Dabei spielt es keine Rolle, ob diese unscharf sind. Selber kann man das einfach testen, wenn man seine Hand von hinten her vorsichtig ins Gesichtsfeld führt.

Als das Blickfeld wird der Bereich bezeichnet, indem man nur durch seine Augenbewegungen die Dinge scharf sehen kann, ohne dabei den Kopf zu bewegen.

Die Frequenz der Bilder

Im Normalfall kann das menschliche Auge nur maximal 35 Bilder pro Sekunde verarbeiten. Für die rückenfreie Darstellung bei Videospielen ist die optimale Frequenz 120 MHz oder auch mehr. Möglich wäre dies, wenn innerhalb von nur 20 Sekunden die virtuellen Zwischenbilder vom PC auf die VR-Brille übertragen werden. Diese Frequenz wird aber auch von den heute erhältlichen Top-Modellen nicht erreicht. Diese schaffen ca. 60 MHz, was etwa 40 ms bedeutet.

Besonders dann wenn man den Kopf bewegt, machen sich diese langsamen Taktraten im Vergleich zu einem PC-Display bemerkbar. Hier zeigt das Bild dann bei schnellen Bewegungen Unschärfe und Schlieren.

Zwischen der visuellen Darstellung und der Bewegung führen diese Verzögerungen bei einigen Menschen zu einer sogenannten Simulator-Krankheit. Bei den Betroffenen entsteht das Gefühl einer Seekrankheit, ihnen wird übel.

Die Auflösung einer VR-Brille

Die Auflösung ist für die Qualität der VR-Brille entscheidend. Selbst bei der Oculus Rift, die ein sehr guten Modell ist, können bisher nur Auflösungen von etwa 800 x 600 Pixel dargestellt werden. Diese entsprechen etwa einem Smartphone-Display.

Dadurch kommt es dazu, dass in den fokussierten Bereichen noch ein Gitternetz oder die Pixelstrukturen erkennbar sind. ies ist noch keine wirkliche virtuelle Realität.

Dies liegt aber zu Zeit noch an der Rechnerleistung, da ein in einer besseren Auflösung ein ruckelfreies Bild inklusive der Kopfbewegung auf einer VR-Brille noch nicht darstellbar ist. Aber da die Technik immer weiter voranschreitet, kommt es auch hier zu immer größeren Verbesserungen bei der VR-Brille.

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Smartphone-Variante oder eine echte VR-Brille?

Im Prinzip kann man die beschriebene Funktionsweise einer VR-Brille mit drei Typen erzeugen:

  • Die Virtual-Reality-Brillen inklusive Display für den Anschluss an den PC
  • Die Virtual-Reality-Brillen, die als Halterung für ein Smartphone dienen und mit den Apps die Bilder generieren
  • Die Virtual-Reality-Brillen, die den Rechner integriert haben (noch nicht erhältlich)

Was kosten denn VR-Brillen?

Natürlich sind Virtual-Reality-Brille die über kein eigenes Display verfügen deutlich günstiger und kosten zwischen 10 und 100 Euro. Hier spielt der Tragekomfort eine wesentliche Rolle beim Preis.

Zwischen 500 und 2000 Euro kosten Virtual-Reality-Brillen, die über ein eigenes Display verfügen. Hier sind die Displays-Bauteile für den Preis relevant.

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Technologie und Virtual-Reality-Brillen im Überblick

Bald werden wohl die ersten Virtual-Reality-Brillen auf den Markt kommen, die sich zurecht auch so nennen dürfen. Die Oculus Rift wird unter anderem ein Modell sein, welches dem Namen VR-Brille auch gerecht wird. Auch Morpheus müsste bald in den Laden kommen. Was den Tast- und Geruchssinn angeht, werden wir uns wohl noch ein wenig gedulden müssen, denn im Focus stehen zurzeit die Virtual-Reality-Brillen bei den Entwicklern. Auch Laufbänder oder- Ställe werden noch ein paar Jahre benötigen, werden dann aber besonders interessant.

An Games und Software gibt es bereits ein paar Titel auf dem Markt, wenn auch bisher in geringer Stückzahl.

Eine günstige Alternative ist im Moment Google Cardboard und lohnt definitiv zum Testen.

VR Brillen mit Display

VR Brillen Details Auflösung Framerate (fps) Sichtfeld Gewicht (Gramm)
Oculus Rift
  • Besonderheiten:   Vorreiter im Bereich VR Brillen
  • Display:   State of the art display
  • Sound:   3D Sound
  • Korrektur:   3 Linsensätze + verstellbares Display
  • Anschlüsse:   Windows, Mac, Linux / HDMI, DVI
  • Erscheinungstermin:   Q1 2016
  • 2160x1200
  • 60
  • 110°
  • 369
Avegant Glyph
  • Besonderheiten:   Projektion direkt auf die Netzhaut
  • Display:   Virtual Retinal Display
  • Sound:   Premium Stereo
  • Korrektur:   -8 bis +2 Dioptrien
  • Anschlüsse:   HDMI, MHL, Klinkenkabel
  • Erscheinungstermin:   Bereits auf dem US-Markt
  • 1280x720
  • 120
  • 45°
  • 450
InfinitEye
  • Besonderheiten:   riesiges Display bei kleinem Gewicht
  • Erscheinungstermin:   keine Angaben
  • 1280 x 800
 
  • 210°
  • 490
Sulon GVX
  • Besonderheiten:   Die eigene Umgebung wird in die Spielewelt einbezogen
  • Display:   Touchscreen mit Parallaxen-Technologie für 3D Inhalte
  • Anschlüsse:   Standalone Anwendung (Android)
  • Erscheinungstermin:   keine Angaben
  • 1920x1080
 
  • 160°
 
Sony Morpheus
  • Besonderheiten:   Social Screening geplant
  • Display:   LCD Display
  • Sound:   3D Sound
  • Anschlüsse:   HDMI + USB
  • Erscheinungstermin:   Q1 2016
  • 1920x1080
  • 120
  • 100°
 
Oculus Rift Crescent Bay
  • Besonderheiten:   Rund um die Brille leuchtende Trackingpunkte
  • Display:   OLED Display
  • Sound:   3D Sound
  • Korrektur:   verstellbares Display
  • Anschlüsse Windows, Mac, Linux / HDMI, DVI
  • Erscheinungstermin:   keine Angaben
  • mehr als 2160x1200
  • 60
   
Silicon Micro Display
  • Besonderheiten 10% Transparenz
  • Framerate : 240 fps sequenzielle Farbe
  • Display:   LcoS Sound:   24 bit stereo Audio
  • Korrektur:   von 60mm bis 70mm IPD Adjustment
  • Anschlüsse:   HDMI, PS3, iPhone, Droid X, iPad, Blu-Ray player
  • 1920x1080
  • 240
  • 45°
  • 180
Epson Moverio – BT-100
  • Besonderheiten:   Halbtransparente Gläser
  • Display:   LCD Bildschirm
  • Sound:   Surround Sound
  • Anschlüsse:   USB
  • 960x540
 
  • 23°
  • 240
Sony HMZ-T3W
  • Display:   OLED Displays
  • Sound:   7.1 Surround Sound
  • Korrektur:   keine
  • Anschlüsse:   Drahtlos, HDMI
  • 1280x720
  • 24
  • 45°
  • 320
Sony HMZ-T2
  • Besonderheiten:   Clear Modus gegen Bewegungsunschärfen
  • Display:  OLED Displays
  • Sound:   Kopfhörer zum Wechseln, Surround Sound
  • Korrektur:   keine
  • Anschlüsse:   HDMI
  • 1280x720
  • 24
  • 45°
  • 330

VR Brillen Headsets für Smartphones

VR Brillen Details Sichtfeld Gewicht (Gramm)
Google Cardboard VR
  • Besonderheiten: Günstige VR-Brille zum Selberbasteln
  • Anschlüsse: kein Anschluss
  • Korrektur: keine Dioptrieneinstellung möglich
  • Erscheinungstermin: Bereits auf dem Markt
  • 100°
  • 107
Zeiss VR One
  • Besonderheiten: Eigene Brille unter dem VR-Headset möglich
  • Anschlüsse: Smartphones mit einer Displaygröße von 4,7 bis 5,2 Inch
  • Korrektur: keine Dioptrieneinstellung möglich
  • Erscheinungstermin: Bereits auf dem Markt
  • 100°
  • 499
Durovis Dive
  • Besonderheiten: Kopfhalterung für Smartphones mit 3D Inhalten
  • Anschlüsse: kein Anschluss
  • Korrektur: keine Dioptrieneinstellung möglich
  • Erscheinungstermin: Bereits auf dem Markt
  • 90°
  • 150
Samsung Gear VR
  • Besonderheiten: nur in Kombination mit Samsung Galaxy Note 4
  • Anschlüsse: microUSB 1.1-Verbindung zum GALAXY Note 4
  • Korrektur: Scharfsstellung über Rad an der VR-Brille
  • Erscheinungstermin: Bereits auf dem Markt
  • 96°
  • 321

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