Haptik in der virtuellen Realität

Das Gehirn austricksen

Wie kann man die virtuelle Realität (VR) haptisch, also durch den Tastsinn, erfahrbar machen? Der Saarbrücker Informatiker André Zenner ist in seiner Doktorarbeit der Antwort auf diese Frage ein großes Stück nähergekommen – indem er neue Geräte erfunden und die passende Software dazu entwickelt hat.

André Zenner mit dem Controller

André Zenner mit dem Controller “Drag:on”, der aus zwei Flamenco-Fächern besteht. (Bild: ©Oliver Dietze/DFKI)

In der nun vom IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) prämierten Arbeit von André Zenner (Bild) geht es darum, wie physische Requisiten (Fachterminus: Proxys) Objekte in virtuellen Umgebungen haptisch erfahrbar machen können. Herausgekommen sind Prototypen bzw. Proof of Concepts für zwei spezielle VR-Controller namens ‘Shifty’ und ‘Drag:on’.

‘Shifty’ ist ein stabförmiger Controller, in dem ein bewegliches Gewicht verbaut ist. Dieses kann durch einen Motor entlang der Längsachse verschoben werden, sodass sich der Schwerpunkt und die Trägheit des Stabes ändert. Der Controller könne so die Illusion erwecken, dass ein virtuelles Objekt länger oder schwerer wird, erklärt Zenner. Der Controller ‘Drag:on’ besteht aus zwei Flamenco-Fächern, die mithilfe von Servomotoren aufgefaltet werden können und so den Luftwiderstand des Controllers erhöhen. Je weiter die Fächer aufgefaltet sind, desto mehr Kraft muss der Nutzer aufbringen, um den Controller durch die Luft zu bewegen.

Mit den Controllern hat sich der Saarbrücker Informatiker zunächst dem Ähnlichkeitsproblem (similarity problem) gewidmet: Virtuelle und echte Objekte sollen sich dabei möglichst ähnlich anfühlen. Im zweiten Teil seiner Arbeit beschäftigte er sich mit dem so genannten ‘colocation problem’, also der Frage, ob sich das Proxy räumlich in echt dort befindet, wo der Nutzer es in der virtuellen Realität sieht. Besonders herausfordernd: Da die Controller als Proxy für verschiedene virtuelle Objekte fungieren, muss beim Nutzer die Illusion erweckt werden, dass er nach verschiedenen Objekten greift, obwohl er in Wirklichkeit immer dasselbe Proxy fassen wird. Dazu machte sich der Forscher die ‘Hand Redirection’ zunutze. Dabei wird die Bewegung der Hand in der virtuellen Realität umgelenkt. Der Nutzer denkt, dass er beispielsweise nach links greift, obwohl er die Hand gerade nach vorn ausstreckt. In Experimenten zeigte sich jedoch, dass Nutzer schnell bemerken, dass ihre Hand umgelenkt wurde.

Die Lösung: Das Gehirn austricksen, indem die Umlenkung der Hand nur dann erfolgte, wenn das Gehirn gerade blind für visuelle Veränderungen war – während des Blinzelns. Dazu entwickelte Zenner zusammen mit einer von ihm betreuten Studentin eine Software und nutzte die in vielen VR-Headsets verbauten Eye-Tracker. In Kontrollstudien konnte das Team dann zeigen, dass seine neuen Controller in Kombination mit Handumlenkungs-Algorithmen zu überzeugenderen VR-Wahrnehmungen führten als bisher möglich.

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