Neues Verfahren für Redirected Walking

Wissenschaftler wollen mit einem neuen Verfahren für das umgeleitete Gehen in der VR das immersive Erlebnis angenehmer gestalten helfen. Sie werden ihre Arbeit an der SIGGRAPH 2018 präsentieren.

Wissenschaftler der Stony Brook University, von Nvidia und Adobe haben gemeinsam ein Konzept entwickelt, die VR-Anwendern das Gefühl vermittelt, in einem umgrenzten physischen Raum frei umherlaufen zu können, und zwar ohne jene unliebsamen Begleiterscheinungen wie Schwindel und Unsicherheit, die üblicherweise mit physischen Bewegungen in der virtuellen Realität einhergehen. Zudem hilft es vermeiden, dass Anwender während des Aufenthalts in der VR mit real vorhandenen Objekten kollidieren.  

Zu diesem Zweck konzentrierten sich die Forscher darauf, die Gehrichtung der Anwender zu manipulieren. Sie bedienten sich der Sakkaden, eines natürlichen Phänomens der visuellen Wahrnehmung. Diese schnellen, ruckartigen Augenbewegungen entstehen, wenn man einen anderen Punkt im Sichtfeld ansteuert, etwa beim Betrachten eines Bildes oder beim Lesen. Das geschieht unbewusst und in der Regel mehrmals pro Sekunde. Dabei unterdrückt das Gehirn die Wahrnehmung mit der Folge einer vorübergehenden Blindheit, die jedoch ebenso wie die Bewegung selbst nicht bewusst wahrgenommen wird, was als sakkadische Suppression bezeichnet wird.

„In der virtuellen Realität können wir riesige Universen darstellen, doch die realen Räume in unseren Wohnungen oder Büros sind viel kleiner“, sagt der Hauptautor der Arbeit, Qi Sun, Doktorand an der Stony Brook University. „Es liegt in der Natur des menschlichen Auges, eine Szene durch schnelle Bewegungen zwischen Fixpunkten abzutasten. Wir stellten fest, dass wir, wenn wir die virtuelle Kamera während der Sakkaden nur leicht drehen, die Laufrichtung des Anwenders ändern und einen größeren Bewegungsraum simulieren konnten.“

Mit einem Headset, das Kopf- und Augentracking ermöglicht, entdeckte das neue Verfahren die sakkadische Suppression und leitete die Anwender während der vorübergehenden Blindheit in eine neue Richtung. Für eine stärkere Umlenkung erzeugten die Wissenschaftler künstliche Sakkaden durch kontrastierende Punkte in der visuellen Peripherie.

Die Wissenschaftler werden ihre Arbeit mit dem "Towards Virtual Reality Infinite Walking: Dynamic Saccade Redirection" an der SIGGRAPH 2018 von 12. bis 16. August in Vancouver präsentieren.

Herkömmliche Verfahren für das umgeleitete Gehen zeichnen sich durch begrenzte Möglichkeiten und Verzerrungen aus. Zudem lassen sich mit ihnen keine Hindernisse in der physischen Welt umgehen, zum Beispiel Stühle oder Schreibtische. Das neue Verfahren hingegen lenkt die Anwender von diesen Objekten weg, und zwar so schnell, das es auch bei sich bewegenden Objekten ein Ausweichen erlaubt.

Das neue Berechnungsverfahren wurde in Anwenderstudien validiert. Die Teilnehmer mussten dabei Suchaufgaben in Form eines Spiels meistern. Die Rotation der Kamera war für die Anwender in der sakkadischen Suppression nicht wahrzunehmen. Sie bemerkten also nicht, dass sie durch die Kameraführung umgeleitet wurden. In den Tests für das dynamische Planen von Wegen zeigten sich die Anwender außerdem in der Lage, zu gehen, ohne an Wände oder Möbel zu stoßen oder auf andere Anwendern zu prallen.

Momentan sei es immer noch schwierig, den VR-Anwendern ein natürliches Gehen zu vermitteln, so Sun. Das sei die wichtigste Motivation für die Arbeit: diese Grenzen zu überwinden und vollkommen immersive Erlebnisse in großen virtuellen Welten zu ermöglichen.

Die neue Methode lässt sich in VR-Spielen einsetzen, aber auch in anderen Branchen wie Architektur, Bildung und Filmproduktion.

Zu den Autoren gehören: Qi Sun (Stony Brook University, Nvidia, Adobe), Anjul Patney (Nvidia), Li-Yi Wei (Adobe), Omer Shapira (Nvidia), Jingwan Lu (Adobe), Paul Asente (Adobe), Suwen Zhu (Stony Brook University), Morgan McGuire (Nvidia), David Luebke (Nvidia), und Arie Kaufman (Stony Brook University).

Bild: In der Versuchsanordnung trägt der Anwender ein Vive-Headset, erweitert mit Augentracking. Darüber gelegt der Blick auf den Pfad der aufgezeichneten realen Bewegungen einem 3,5 m² großen Raum und auf den virtuellen Weg in einem künstlichen 6,4 m² großen Raum. Das Team konnte mit den Sakkaden die Umleitung erheblich steigern, ohne dass dabei visuelle Verzerrungen oder Übelkeit in Kauf genommen werden mussten. Das Verfahren lässt sich in großen, offenen virtuellen Räumen bei gleichzeitig real beengten Verhältnissen einsetzen. Image Courtesy of Qi Sun

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