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Produktart: Buch
Verlag: Diplomica Verlag
Erscheinungsdatum: 01.2017
AuflagenNr.: 1
Seiten: 120
Abb.: 56
Sprache: Deutsch
Einband: Paperback

Inhalt

Virtual Reality Anwendungen erlauben es dem Benutzer, sich in eine virtuelle Welt zu versetzen und mit ihr zu interagieren. Wird dabei als Ausgabemedium ein Head-Mounted Display verwendet, kann der Benutzer komplett in die virtuelle Welt eintauchen. Damit diese virtuelle Welt für mehrere Benutzer erlebbar wird, muss eine Synchronisation der Anwendungen erfolgen. In diesem Buch wird eine Anwendung entwickelt, die grundlegende Funktionen für die Synchronisation von Aktionen in der virtuellen Welt und Interaktionen zwischen den Benutzern bereitstellt. Dazu werden die Grundlagen erörtert und die zur Verfügung stehenden Technologien analysiert und bewertet. Es wird definiert, welche Bedingungen eingehalten werden müssen, damit eine hohe Immersion erreicht werden kann. Mithilfe der ausgewählten Hard- und Software wird ein Prototyp entwickelt, mit dem untersucht werden kann, welche Latenzen bei der Synchronisation über das Netzwerk auftreten. Dabei stellt sich heraus, dass bei der Synchronisation von bis zu drei Benutzern eine mit 40 ms sehr geringe Latenz eingehalten werden kann. Ein Anstieg der Latenzen ist auch bei einer höheren Benutzeranzahl nicht zu erwarten.

Leseprobe

Textprobe: Kapitel 2.2 Virtuelle Realität: Obwohl der Begriff Virtuelle Realität oder auch Virtual Reality bereits das erste Mal 1982 von dem Autor Damien Broderick in seinem Science- Fiction-Roman ‚The Judas Mandala‘ erwähnt wurde, ist es ein noch junges Wissenschaftsgebiet. Die Entwicklung ist stark von der Weiterentwicklung verwendeter Hardwarekomponenten abhängig. In der Literatur gibt es zahlreiche Definitionen für den Begriff der virtuellen Realität. Bowman et al. definieren virtuelle Umgebungen, die sie mit der virtuellen Realität gleichsetzen, als eine synthetische, räumliche Welt. Der Nutzer betrachtet diese Welt aus der Ich-Perspektive und hat die Möglichkeit, den Blickwinkel in Echtzeit selbst zu bestimmen. Andere Definitionen gehen noch einen Schritt weiter. Coates beschreibt die Virtuelle Realität als eine elektronische Simulation von Umgebungen, mit der die Nutzer mittels am Kopf befestigter Brillen und verkabelter Kleidung interagieren können. Im Gegensatz zur Augmented Reality Anwendung wird bei der virtuellen Realität nur noch die virtuelle Umgebung dargestellt. Es fehlt der Bezug zur Realität, die von dem Benutzer nicht mehr wahrgenommen werden kann. Wie intensiv das Erlebnis in der virtuellen Welt ist, hängt von mehreren Faktoren ab und wird durch die Begriffe Immersion und Präsenz verdeutlicht. 2.3 Echtzeitaspekte von Virtual Reality Anwendungen: In VR-Systemen wird der Grad der Immersion wesentlich von den Echtzeitfähigkeiten der Systeme beeinflusst. Durch Interaktionen des Benutzers werden die Handlungen aus der realen Welt mit der virtuellen Welt verknüpft und stehen somit im direkten Zusammenhang. 2.3.1 Latenz: Treten die Resultate dieser Interaktionen mit einer zu hohen Verzögerung auf, ist es für den Nutzer schwierig den Zusammenhang herzustellen, was zu einer nicht-immersiven Anwendung führt. Werden zur Darstellung Head- Mounted Displays verwendet, bei denen die Realität nicht mehr wahrgenommen werden kann, wirkt sich eine hohe Latenz negativ auf das Wohlbefinden des Nutzers aus. Es können Schwindel und Übelkeit auftreten. Unter dem Begriff Latenz wird im Zusammenhang mit VR-Systemen die gesamte im System entstehende Latenz verstanden. Meehan et al. Beschreiben die Latenz als die Verzögerung, die vom Auslösen einer Aktion oder Bewegung des Nutzers bis zum Erscheinen der Resultate im Display vergeht. Dazu haben sie Versuche mit verschiedenen Testgruppen durchgeführt und festgestellt, dass die Zahl der Personen mit Schwindelgefühlen deutlich ansteigt, wenn die Latenz im VR-System von 50 ms auf 90 ms erhöht wird. Akzeptable Latenzen liegen nach Brooks zwischen 150 und 250 ms, wobei bei heutigen Anwendungen und Systemen eine Latenz von unter 50 ms erreicht werden sollte. In einem viel kommentieren Blogeintrag von Michael Abrash aus dem Jahr 2012 wird aus Erfahrungswerten eine Latenz von 20 ms als die akzeptable Latenz für VR-Systeme und eine Latenz von 15 ms als optimal beschrieben. Eine Latenz von 20 ms bedeutet eine Aktualisierungsfrequenz von 50 Hz. Da für Menschen bereits eine Frequenz von 14 Hz ausreicht, um die Illusion einer kontinuierlichen Bewegung zu erreichen, scheint eine Aktualisierungsfrequenz von 50 Hz recht hoch. Allerdings werden die Bilder erst ab einer Frequenz von 100 Hz als wirklich flimmerfrei wahrgenommen. Weiterhin spielen Laut M. Buhr et al. bei den Head-Mounted Displays die Schwankungen der Wiederholraten eine große Rolle. Bei einer Aktualisierungsfrequenz von 100 Hz, welche einer Wiederholrate von 100 Bildern pro Sekunde entspricht, sollten die dargestellten Bilder, um ein optimales Resultat zu erzielen, in gleichen Abständen von 10 ms zur Anzeige gebracht werden. Treten Schwankungen in der Aktualisierungsfrequenz auf, wird dies vom Nutzer als Jitter wahrgenommen. Die Latenzen in einem VR-System entstehen wie in Abbildung 2.3.1 gezeigt durch das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten. M. Buhr et al. teilen die auftretenden Latenzen in fünf Gruppen ein. Die Tracking- Latenz entsteht bei der Erfassung der Bewegungen durch das Head-Mounted Display und die darin verbauten Sensoren. Bei der Übertragung der Sensorsignale entsteht eine Transport-Latenz. Sobald die Signale als Eingangsstream in der Anwendung anstehen, müssen diese ausgewertet und verarbeitet werden. Die dabei auftretende Latenz wird als Simulations-Latenz bezeichnet. Ist die Anwendung mit einem Bearbeitungsschritt fertig, wird unter Berücksichtigung der Generierungs-Latenz ein neues Rendering erstellt, welches dann an die Ausgabe weitergegeben wird. Dabei entstehen wiederum Darstellungs-Latenzen, die von den verwendeten Displays und der <Hardware des Head-Mounted Displays abhängen.

Über den Autor

Christian Bleser wurde 1981 in Wiesbaden geboren. Nach seinen Berufsausbildungen zum Energieelektroniker und Veranstaltungstechniker, erweiterte er autodidatkisch seine Qualifikationen im Bereich anwendungsorientierter Informatik und arbeitet inzwischen seit vielen Jahren als Softwareentwickler. 2016 erwarb er zudem neben seiner Entwicklertätigkeit den Bachelorgrad in Informatik durch die Fernhochschule Darmstadt. Bereits vor diesem Studium sammelte er durch den Bezug zur Veranstaltungstechnik umfassende praktische Erfahrungen in der Informatik und leitete Softwareprojekte für Firmen aus den unterschiedlichsten Bereichen. Einen besonderen Fokus legt der Autor auf die sich rasch entwickelnden Gebiete der Augmented Reality und Virtual Reality. Fasziniert vom Potential der Virtuellen Realität und deren unterschiedlichen Anwendungsgebieten, sucht er nach Möglichkeiten, virtuelle Erfahrungen so vielen Benutzern wie möglich gleichzeitig zugänglich zu machen. Dabei beschäftigt er sich nicht nur mit den zu entwickelnden Softwarelösungen, sondern betrachtet auch die zur Verfügung stehende Hardware unter dem Aspekt, wie diese zur Echtzeit-Kommunikation eingesetzt werden kann.

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