Funktionsweise VR-Brille
Wie funktioniert eine VR-Brille? Zwei grundlegende Effekte unterscheiden den visuellen Eindruck einer VR-Brille von dem eines normalen Displays (TV, Smartphone etc.):
- 3d-Eindruck dank stereoskopischer Illusion.
- Weites Sichtfeld ohne erkennbare "Grenze"
Dadurch entsteht ein Gefühl, als sei man "im Bild" (Immersion) - oder anders gesagt: man ist in der virtuellen Realität, wodurch die Grenze zwischen virtuell und echt verschwimmt.
Stereoskopisches Sehen als Grundlage für 3d Effekte
Dank zweier Augen kann ein Mensch räumlich sehen. Der Winkel auf einen Gegenstand unterscheidet sich leicht: das rechte Auge sieht ein wenig mehr von der rechten Seite eines Gegenstandes, das linke Auge sieht ein wenig mehr von der linken Seite. Man kann das im Selbstversuch gut testen, indem man die Hand etwa 15 cm vor die Nase hält und dann abwechseln ein Auge schließt. Der Seheindruck ist eindeutig verschieden.
Das Gehirn kann aus der Differenz die räumliche Beschaffenheit berechnen. Man nennt dieses Phänomen "stereoskopisches Sehen", also "doppeläugiges Sehen". Diese Funktionsweise ist Grundlage des räumlichen Sehens, auch dreidimensionales Sehen (3d) genannt. (Zum Thema "Räumliches Sehen" gehören weitere Aspekte wie z.B. die Perspektive).
Virtuelle (visuelle) Realität
Wie funktioniert nun eine VR-Brille? Ganz einfach: das visuelle Bild sind zwei Display-Bilder vor den Augen, die sich leicht voneinander unterscheiden: es ist die Illusion des d3-Sehens. Die stereoskopische Differenz wird von einem Computerprogramm simuliert, so dass das Gehirn aus den beiden leicht verschiedenen Bildern einen dreidimensionalen Eindruck errechnet. Die folgende Grafik veranschaulicht die Funktionsweise einer VR-Brille:
Die Linse in der VR-Brille
Damit man mit einer VR-Brille ein scharfes Bild sehen kann, benötigt die Brille noch eine Linse. Denn das Bild in der Brille ist nur ca. 5-8 cm vom Auge en tfernt - in dieser Distanz schafft das Auge trotz Akkommodation nicht, das Bild scharf zu erkennen.
Daher enthält die VR-Brille eine Linse, die das Display-Bild so bricht, dass es auf der Netzhaut als scharfes Bild abgebildet wird. Im Grunde wie eine sehr starke Lesebrille. Siehe dazu: wie funktioniert eine Brille?
VR-Brille mit Fehlsichtigkeit?
Durch Austauchen der Linse kann man theoretisch eine Fehlsichtigkeit korrigieren. Man trägt also unter einen VR-Brille keine Sehstärken-Brille, sondern korrigiert die Fehlsichtigkeit mithilfe der VR-Brillenlinse. Allerdings ist die Korrekturqualität bei weitem nicht so gut wie bei einer normalen Brille.
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Qualität des visuellen Bildes einer VR-Brille
Für die Qualität der visuellen virtuellen Realität sind zwei weitere Faktoren wichtig:
- Die Frequenz der Bilddarstellung
- Die Auflösung des Bildes
Die Breite des Sichtfeldes
Dank der Linse kann das Display-Bild davor relativ breit sein. Dadurch entsteht ein breites Sichtfeld, dass weder horizontal noch vertikal eine Begrenzung hat. Die Qualität einer VR-Brille hängt entscheidend mit der Breite des Sichtfeldes zusammen. Bei einfachen Modellen beträgt diese Breite nur ca. 30 - 40° (z.B. Zeiss Cinemizer OLED). Dadurch entsteht ein Seheindruck, als wenn man von hinten auf eine Kino-Leinwand schaut, Die äußeren Bildkanten sind sichtbar.
Mittelgute Modelle haben ein Sichtfeld von 40 - 60° (z.B. Videobrille HMZ-T2 von Sony).
Am besten ist ein Sichtfeld ab ca. 80° aufwärts (z.B. Oculus Rift). Bei diesen VR-Brillen gibt es keine sichtbare Grenze mehr, man befindet sich quasi "mitten in der (virtuellen) Realität.
Hinweis: das Sichtfeld oder auch Gesichtsfeld ist etwas anderes als das "Blickfeld". Das Sichtfeld beschreibt den visuellen Bereich, in dem man noch Bewegungen erkennen kann - auch wenn sie gänzlich unscharf sind. Sie können das selber testen, indem sie mit die HAnd von hinten langsam ins Gesichtsfeld führen.
Das Blickfeld ist der Bereich, in dem man - ohne den Kopf zu bewegen - nur durch Augenbewegung noch Dinge scharf erkennen kann.
Frequenz der Bilder
Normalerweise kann ein menschliches Auge nicht mehr als 35 Bilder pro Sekunde verarbeiten. Optimal für die ruckelfreie Darstellung von Videospielen sind ca. 120 Mhz und mehr. Das wäre dann möglich, wenn die virtuell errechneten Zwischenbilder innerhalb von 20 Millisekunden vom rechner auf die VR-Brille übertragen und dargestellt würden. Allerdings schaffen auch die Top-Modelle nicht diese Bildfrequenz. Die meisten VR-Brillen liegen heutzutage bei etwa 40 ms, was einer Frequenz von etwa 60 Mhz entspricht.
Gerade bei Kopfbewegungen macht sich diese - im Vergleich zu PC-Displays - langsame Taktrate bemerkbar: das Bild zeigt bei schnellen Bewegungen Schlieren und Unschärfen.
Diese zeitlichen Verzögerungen zwischen Bewegungen und visuellen Darstellung (Latenz) führen bei manchen Menschen zur sog. Simulator-Krankheit. Betroffenen wird bei der längeren Benutzung übel - so, als wäre man seekrank.
Die Auflösung der VR-Brille
Entscheidend für die visuelle Qualität ist die Auflösung. Selbst die sehr guten Modelle wie die Oculus Rift können bislang nur Auflösungen darstellen, die etwa einem Smartphone-Display entsprechen (umgerechnet etwa 800 x 600 Pixel).
Das führt dazu, dass man in den Bereichen, die man fokussiert, noch Pixelstrukturen und eine Art Gitternetz erkennen kann. Eine echte visuelle virtuelle Realität ist das noch nicht.
Das liegt aber vor allem an der Rechnerleistung: Ein ruckelfreies Bild mit Umrechnung der Kopfbewegungungen ist zur Zeit noch nicht in besserer Auflösung darstellbar. Aber wie bei jeder technischen Neuerung verschieben sich Hardwaregrenzen stets in Richtung Verbesserung.
"Echte" VR-Brillen vs. Smartphone-Varianten
Die zuvor beschriebene Funktionsweise der VR-Brille lässt sich im Prinzip mit drei Geräte-Typen erzeugen:
- VR-Brille mit integriertem Display - mit Anschluss an PC
- VR-Brille als Halterung für Smartphone, das mittels App die Bilder generiert
- VR-Brille inkl. integrierten Rechner (Noch nicht am Markt)
Was kosten VR-Brillen?
Es ist logisch, dass VR-Brillen ohne integrietem Display deutlich Kostengünstiger sind (ca. 10 - 100 Eur, Kostenfaktor ist vor allem der Tragekomfort.
VR-Brillen mit integriertem Display kosten ca. 500 - 2000 Euro. Kostenfaktoren sind die verwendeten Display-Bauteile.
Ressourcen / Quellen
- Heise.de: Oculus Rift
- Spiegel.de: Google plant Smartphone-freie VR-Brille
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