Untersuchungen zur ergonomischen Gestaltung von VR-Systemen

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Diplomarbeit „Untersuchungen zur ergonomischen Gestaltung von VR-Systemen“ von Andreas Pusch, FHF 2003/2004 Ausgabe werden nur am Rande behandelt, da sie sich häufig noch im Experimentierstadium befinden, keine VR-spezifische Relevanz besitzen oder aus z.B. medizinischen Gründen abgelehnt werden müssen. Visuelle Ausgabegeräte Hierbei handelt es sich um die wichtigste Ausgabeform (s.o.). Bedeutendstes Merkmal visueller Ausgabegeräte aus dem VE-Umfeld ist die Fähigkeit zur stereoskopischen Darstellung (vgl. auch 1.2.4). Hauptsächlich wird diese Art der Darstellung dadurch erreicht, dass jeweils ein Bild für das linke und eines für das rechte Auge bereitgestellt wird (binokulare Disparität, [15]). Ziel ist es folglich, einen 3-dimensionalen Eindruck (Querdisparation, Stereopsie [15], vgl. auch 1.2.4), also räumliches Sehen zu simulieren. Aus technisch-ergonomischer Sicht kommt es dabei speziell in Bezug auf die Bewertung der Darstellungsqualität auf eine flimmerfreie Wiedergabe an. Laut der EU-Richtlinie „Bildschirmarbeitsplätze“ wird eine Mindestbildwiederholfrequenz von 73 Hz, in diesem Fall je Auge, empfohlen. Inwieweit dieser und andere Grenzwerte auf das VR-Umfeld übertragbar sind, ist Betrachtungsgegenstand von Gliederungspunkt 2. Allgemein durchgesetzt haben sich zwei grundsätzliche Prinzipien der visuellen Ausgabe: erstens die der sog. „Head Mounted Display“s (HMD) und zweitens die Projektions- bzw. Rückprojektionssysteme. Der Desktop- Einsatz ist hingegen eher weniger bedeutend, wird aber der Vollständigkeit halber untenstehend ebenfalls betrachtet. Desktopsysteme (CRT) Angelehnt an den gewohnten Umgang mit Desktop-PC-Offices existieren schon seit geraumer Zeit Ideen und Ansätze, spezielle Applikationen zu verwenden, die gewisse Inhalte in „virtueller Form“ darbieten. Das hat jedoch mit VR im eigentlichen Sinne nichts zu tun. Am besten lässt sich dies am Beispiel von 3D-Spielen oder (eher seltenen) 3D- Datenverwaltungssystemen beschreiben, die praktisch auf einem ganz normalen Monitor monoskopisch ein 3D-Umfeld repräsentieren, das aufgrund fehlender Stereoskopie nicht „räumlich erfahrbar“ ist. Anders verhält es sich mit besonderen Rechnerkonfigurationen (u.a. hinreichend schnelle Grafikkarte und angemessen schneller Monitor), die die „aktive Stereoskopie“ (vgl. 1.2.4) erlauben. Kurz gesagt werden abwechselnd die Bilder für das linke und das rechte Auge auf dem Monitor dargestellt. Dem Benutzer schaltet währenddessen eine sog. Shutterbrille (vgl. 1.2.4) synchron zum Bildwechsel auf dem Monitor über transparente LCDs entsprechend das linke oder das rechte Auge „dunkel“. Die Synchronisierung erfolgt z.B. über ein IR-Signal. Durch die alternierende Umschaltung sieht das jeweilige Auge nur das zugehörige Einzelbild und das Gehirn kann den 3D-Eindruck synthetisieren (vgl. 1.2.4). Auch in größeren VEs bis hin zur CAVE (vgl. 1.2.5) kommt diese Technologie zum Einsatz. Der Nachteil der oben beschriebenen desktopbasierter Systeme, abgesehen von der „unechten VR“, liegt v.a. darin, dass Kopfbewegungen im Normalfall nicht getrackt werden (nur bei hochspeziellen Systemen oder zu Forschungszwecken) und der Blick eher dem Schauen durch ein kleines Fenster in die Virtuelle Realität gleicht. Interaktionen sind in begrenztem Maße z.B. über mechanische Tracker und Eingabegeräte (vgl. 1.2.2) realisierbar. Unterdessen wird am Fraunhofer IAO an einer Desktop-VE gearbeitet, die sich der Projektionstechnik und bspw. optischem Tracking bedient, aber sehr kompakt bleibt. Zur allgemeinen Funktionsweise der Projektionssysteme s.u. Als etwas exotisches, inzwischen aber anwendungsreifes Verfahren im Desktopbereich wäre der Vollständigkeit halber noch Dresden3D (Bildtrennung erfolgt durch eine vor dem Display platzierte Prismenmaske) zu nennen. [16] 18
Diplomarbeit „Untersuchungen zur ergonomischen Gestaltung von VR-Systemen“ von Andreas Pusch, FHF 2003/2004 Abb. 16, Desktop-VR HMD HMD steht für die Gruppe der „Head Mounted Display“s und bezeichnet all jene Systeme, die, im Regelfall als Helm getragen, die visuelle Darstellung über zwei kleine LCDs/LCoSs/TFTs/CRTs/CRT-LWLs (je eines für das linke und für das recht Auge, Fokussierung über Linsen) direkt vor den Augen platzieren. Dadurch wird gegenüber desktopbasierten VR-Systemen das Problem bei der stereoskopischen Bildtrennung eliminiert und eine perzeptuell deutlich vergrößerte Immersion erreicht. Zum einen schließt die künstliche Darstellung den visuellen Apparat des Benutzers ein und außerdem entzieht sie ihm durch ihre Bauweise den Blick auf die echte Wirklichkeit, bei Einsatz von Kopfhörern auch die auditive Verbindung. Leider geht damit aber ein entscheidendes Präsenzkriterium verloren: die Propriozeption (Eigenwahrnehmung). Abhilfe wird angesichts dieser Einschränkung über Avatare (künstliche Stellvertreter, meist humanoid) geschaffen, die zumindest eine gewisse Form der persönlichen Präsenz widerspiegeln. Kopfbewegungen werden ggf. z.B. durch elektromagnetisches oder optisches Tracking registriert und in entsprechende Perspektivanpassungen der VR umgerechnet. Interagiert wird im Allgemeinen ähnlich wie bei Desktopsystemen. Die größten Nachteile von HMDs stellen zweifelsohne deren ergonomische Parameter dar. Dazu lassen sich folgende kritische Punkte festhalten: • mangelnder Tragekomfort, aufgrund des Gewichts, der Passform und u.U. der Sperrigkeit • häufig dürftige Displayauflösung (Consumerbereich:
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