Was ist Virtual Reality? Virtuelle Realität erklärt

Was ist virtuelle Realität (VR)?

Der Begriff «virtuelle Realität» (VR) beschreibt eine computergenerierte, interaktive virtuelle Umgebung. Es handelt sich um eine künstlich erzeugte, digitale Welt. Diese umgibt den Nutzer vollständig, sodass die physische Realität ausgeblendet wird. Dazu trägt er eine spezielle Brille, die VR-Brille, durch welche er eine digitale, computergenerierte und dreidimensionale Umgebung erlebt. Der User kann sich in der virtuellen Realität bewegen und mit dem Gesehenen interagieren. Das macht das Eintauchen in die virtuellen Welten besonders intensiv. Im Jahr 2021 wurde mit Virtual Reality (VR) acht Millionen Schweizer Franken für VR-Videos und Spiele erwirtschaftet, mit Augmented Reality (AR) waren es 40 Millionen. Und die Möglichkeiten sind noch längst nicht ausgeschöpft.

Woher kommt der Begriff «virtuelle Realität»?

Der Begriff «virtual reality» wurde erstmals 1982 in dem Science-Fiction-Roman «The Judas Mandala» von Damien Broderick verwendet. Fünf Jahre später wurde er ins Oxford English Dictionary aufgenommen.

Findet eine Vermischung von virtueller und physischer Realität statt, handelt es sich um «Augmented Reality», was so viel wie «erweiterte Realität» bedeutet. Dabei entsteht keine eigenständige neue Umgebung. Die reale Umgebung wird lediglich um bestimmte virtuelle Aspekte erweitert. Beispielsweise erscheinen auf dem Display eines Smartphones zu einem Foto Navigationsanweisungen oder weitere Informationen. Diese Einblendungen erfolgen in 3D. Die Qualität der Visualisierung kann unterschiedlich ausfallen, sodass die eingeblendet Objekte mal mehr, mal weniger real erscheinen.

Auch 360°-Videos gehören nicht zur virtual reality: Diese werden mit speziellen Kameras aufgenommen und erlauben einen Rundumblick in einer realen Umgebung, beispielsweise in einer Immobilie oder einem Stadtgebiet. Allerdings sind innerhalb der 360°-Videos keine Interaktionen möglich. Nutzer haben auch nicht das Gefühl, in die Welt des Videos einzutauchen.

VR: Geschichte und Entwicklung der Virtual Reality

Als Vorläufer der virtuellen Realität gelten analoge 360-Grad-Rundbilder, die den Betrachter vollständig umgeben. Diese gab es bereits in der Antike. Ein berühmtes Beispiel dafür ist das Bildfries in der Mysterienvilla in der Nähe von Pompeji.

Pionier der Virtual-Reality-Technologie war der Amerikaner Morton Heilig (1926 – 1997): Im Jahr 1956 entwarf der Filmemacher einen Apparat namens «Sensorama», ein VR-System, das zum «Kino der Zukunft» werden sollte. Er setzte zusätzlich zu einer Fahrzeugsimulation ein Display mit 3D-Grafik ein, das auf dem Kopf getragen wurde. Ausserdem gehörten Stereo-Sound und ein Geruchs-Generator zu seinen Erfindungen. Er versuchte, alle Sinne in das Film-Erlebnis einzubeziehen.

Im Jahr 1965 konstruierte Ivan Sutherland, Student an der Harvard-University, ein Display, das zur Basis der heutigen VR-Technik wurde. Er nannte das am Kopf zu tragende Gerät «Sword of Damocles» (Deutsch: «Damoklesschwert». Es bestand aus zwei Monitoren, die digitale Gittergrafiken anzeigen konnten. Durch den Einsatz von Spiegeln und Prismen wurden die Grafiken über die reale Welt gelegt. Wenn der Nutzer den Kopf bewegte, konnte er verschiedene einfache 3D-Modelle aus verschiedenen Blickwinkeln sehen.

Nintendo versuchte 1995 mit dem VR-Reality-Headset «Virtual Boy» Fuss zu fassen. Allerdings scheiterte das Vorhaben: Die Rechnerkapazitäten reichten noch nicht aus, und die Grafikkarten waren mit er erwarteten Leistung überfordert. 2012 stellte das Startup Oculus VR das VR-Headset Oculus Rift vor. Das war der Beginn einer neuen Ära im Bereich der VR-Entwicklung.

2015 kamen zwei Virtual Reality-Headsets auf den Markt: Google Cardboard und das Samsung Gear VR. Beide brauchten zur Erzeugung von VR-Erlebnissen die Verbindung zu einem Smartphone. Anfangs galten sie als kostengünstige Lösung. Inzwischen stellt Google das Cardboard allerdings nicht mehr her. Samsung hat die Unterstützung für VR- und XR-Dienste Samsung Galaxy-Smartphones 2021 eingestellt.

Welche Hardware und Software ist für die Erzeugung der Virtual Reality nötig?

Für ein umfassendes Virtual-Reality-Erlebnis sind Hardware (Geräte) und Software (Programme) nötig. Damit der Nutzer ein Gefühl der Immersion erlebt, trägt er ein Virtual-Reality-Headset. Eine Stereoprojektion – die Darstellung von zwei Bildern aus unterschiedlichen Perspektiven – vermittelt einen räumlichen Eindruck.

Anfangs waren VR-Headsets mit einem PC verbunden. Inzwischen gibt es kabellose Standalone-Lösungen, die mobil mit Akku funktionieren. Mit Eingabegeräten wie einer 3D-Maus, einem Datenhandschuh, einem Flystick zur Navigation oder einem omnidirektionalen Laufband können Nutzer mit der virtuellen Realität interagieren. Es gibt aber auch Systeme, für die keine externen Eingabegeräte nötig sind. Diese werden mit Handgesten oder Buttons am Headset gesteuert.

Virtual-Reality-Kameras nehmen 360-Grad-Videos in verschiedenen Formaten auf. Es gibt Varianten mit einer Linse, zwei oder mehr Linsen:

• Verfügt die Kamera über eine Linse, nutzt sie das Fisheye-Prinzip. Das heisst, sie filmt im Winkel von 360 × 235 Grad. Auf diese Weise entsteht kein vollständiges 360-Grad-Bild.
• Kameas mit zwei Linsen (Dual-Lense-Kameras) erzeugen ein lückenloses Bild. Mit Hilfe einer speziellen Software werden die Bilder zusammengefügt beziehungsweise gestitched.
• Sind mehr als zwei Kameralinsen vorhanden, werden diese ebenfalls über Kamerasoftware gestitched.

Damit eine virtuelle Realität entsteht, berechnet eine Software komplexe dreidimensionale Welten. Das Programm muss in der Lage sein, in Echtzeit wenigstens 25 Bilder in der Sekunde zu generieren – und zwar getrennt für jedes Auge. Bei Fahrsimulationen genügt diese Anzahl nicht. Bei unter 60 Bildern pro Sekunde besteht die Gefahr, dass den Nutzern der VR-Technik übel wird.

Dreidimensionale, virtuelle Objekte entstehen mit Hilfe spezieller Software wie Maya, 3D Studio Max, Blender, SketchUp, Softimage XSI, Cinema 4D und LightWave 3D. Für die Bearbeitung von Bild und Ton kommt ebenfalls eine bestimmte Software zum Einsatz. Autorensysteme wie World Tool Kit und World Up erwecken die modellierten Objekte in interaktiven Simulationen zum Leben.

VR in Filmen und Videospielen und weitere Anwendungsbereiche

Virtual Reality revolutioniert nicht nur die Gaming- und die Filmindustrie. Die Technologie wird unter anderem im Berufsbereich, bei Trainings, Schulungen und Ausbildungen sowie in der Medizin und im kulturellen Bereich verwendet.

Einsatz von VR in der Raumplanung

Sind Infrastrukturmassnahmen geplant, die das Landschaftsbild verändern? Mit Hilfe der VR-Technologie ist es möglich, die Umwelt dreidimensional nachzubilden, sodass die Menschen sehen und erleben können, wie sich die Umgebung bei der Implementierung einer bestimmten Infrastruktur verändern würde. Dabei können die aktuelle Bebauung, das Verkehrsnetz, die Sehenswürdigkeiten und sogar der Schattenwurf realistisch dargestellt werden.

Auch die Einrichtung von Innenräumen wie Büros, Konferenzräumen, Hotels und Restaurants sowie von Privatwohnungen oder einzelnen Räumen wie Küchen kann virtuell visualisiert und erlebt werden. Das macht es möglich, die das ideale Raumkonzept zunächst digital zu planen und im Anschluss zu begehen.

Nutzung von virtual reality in der Immobilienbranche

Die virtuelle Begehung von Immobilien stellt eine weitere Anwendungsmöglichkeit dar. Interessenten kann ein 360°-VR-Rundgang durch Wohnungen und Häuser ermöglicht werden. Das ist eine anschauliche Ergänzung zu den «klassischen» Exposees: Auf diese Weise gewinnen potenzielle Käufer einen besseren Eindruck von den Gegebenheiten – und zwar bequem von zu Hause aus. Nach dieser ersten virtuellen Besichtigung können sie besser entscheiden, ob sich ein Termin vor Ort lohnt. Um virtual reality handelt es sich allerdings nur, wenn die Nutzer mit der virtuellen Realität interagieren.

Anwendung von virtueller Realität im Arbeitsschutz

Arbeitssysteme, aber auch die Phasen des Produktlebenszyklus können mithilfe der VR-Technologie simuliert werden. Dadurch haben Arbeitnehmer die Möglichkeit, Anlagen, Maschinen und Arbeitsmittel zunächst in einer virtuellen Arbeitsumgebung kennenzulernen, bevor sie ihr neues Aufgabengebiet antreten. Dabei erscheinen Maschinen und Geräte in ihrer tatsächlichen Grösse. Selbst technische Prozesse laufen in Echtzeit ab, sodass sich ein realitätsnaher Eindruck gewinnen lässt.

Vorteile der VR im Arbeitsschutz:

• Bereits während der Produktentwicklung kann ihre Tauglichkeit geprüft werden. Falls Optimierungen von Produkten und Prozessen nötig sind, können diese zeitnah vorgenommen werden. Auf diese Weise werden Fehlentwicklungen vermieden.
• Die Mensch-System-Interaktion und der Einfluss auf menschliches Verhalten kann systematisch untersucht werden. Das reduziert die Notwendigkeit, im Nachhinein Umbaumassnahmen vornehmen zu müssen.
• Potenziell riskante Produkte, Prozesse und Schutzkonzepte lassen sich vorab virtuell testen.
• Die Ursachen von Unfällen können mit geringem Aufwand ermittelt werden.

Einsatz der VR-Technologie in der Medizin

Besonders die Medizin und das Gesundheitswesen profitieren von den Möglichkeiten der virtuellen Realität. Sowohl in der Ausbildung von Nachwuchsmedizinern als auch bei Operationen und Psychotherapien leistet die Technologie wertvolle Dienste.

VR ermöglicht es,

• Operationen vor dem tatsächlichen Eingriff am Menschen virtuell zu simulieren,
• Patienten in einem kontrollierten Rahmen in therapeutischer Begleitung mit ihren Ängsten, Phobien oder Problemen zu konfrontieren,
• Studierende der Medizin in Anatomie anschaulich in 3D zu unterrichten,
• Organe und Gelenke aus allen Blickwinkeln zu betrachten und den menschlichen Körper von innen kennenzulernen,
• Operationsschritte und Techniken bis zur Perfektion zu üben,
• Experten aus anderen Ländern in die virtuelle Welt einzubinden und gemeinsame Lösungen zu erarbeiten und
• Phantomschmerzen zu reduzieren, indem die fehlende Gliedmasse in der virtual reality nachgebildet wird.

Einsatz von virtual reality in Unterhaltungsmedien

Virtual reality findet sich in Fitnessgeräten und Simulatoren, mit denen beispielsweise virtuelle Flüge durch Städte oder rasante Achterbahnfahrten möglich sind.

Es gibt zahlreiche Ideen, wie sich virtual reality in Zukunft verstärkt in anderen Lebensbereichen einbinden lassen könnte: Beim Einkaufen von Kleidung könnten Menschen sich in virtuellen Showrooms inspirieren lassen. Die ausgesuchten Teile könnten sie virtuell anprobieren und sich ergänzende Informationen zu Grösse, Qualität und Pflege einblenden lassen.

Wer nicht live bei einem Musik- oder Sport-Event dabei sein kann, hat eventuell die Chance, dem Ereignis zumindest virtuell beizuwohnen: Die US-amerikanische NBA bietet seit der Saison 2016/17 Live-Spiele in VR für ihre zahlenden Zuschauer an.

Nutzung von Virtual Reality in der Filmbranche

Auch Filme machen das Konzept der virtuellen Realität zum Thema. Es ist nicht möglich, auf sämtliche relevante Produktionen einzugehen. Darum beleuchten wir an dieser Stelle schlaglichtartig ausgewählte Werke:

• In «Simulacron-3 – Welt am Draht» (1973) und «The 13th Floor» (1999) – gibt es keine klaren Grenzen zwischen der realen und der virtuellen Welt. Inhaltlich widmen sich beide Produktionen der Frage, ob das Leben möglicherweise eine Simulation sein könnte.
• Der Disney-Film «Tron» (1982) gehört zu den ersten Produktionen, in denen längere computeranimierte Szenen eingesetzt werden. Der Hauptdarsteller kämpft in der virtuellen Realität im Inneren eines Computers um sein Leben.
• In dem Science-Fiction-Thriller «Projekt Brainstorm» (1983) konstruieren Wissenschaftler einen Helm, über den ein Computer nicht nur visuelle Eindrücke, sondern auch Gefühle übertragen kann.
• In «Der Rasenmähermann» (1992), der auf einer Kurzgeschichte von Stephen King basiert, versucht ein Wissenschaftler die geistigen Fähigkeiten eines zurückgebliebenen Gemeindegärtner mit Hilfe virtueller Realität zu steigern.
• In Filmen wie «Last Action Hero» (1993), «Enthüllung» (1994), «Brainscan» (1994) und «Vernetzt – Johnny Mnemonic» (1995) tauchen die Hauptfiguren in virtuelle Realitäten ein.
• In «eXistenZ» (1999) testen die Protagonisten ein Virtual-Reality-Game, in dem sie um ihr Überleben kämpfen.
• «Matrix» (1999), Teil eins der vierteiligen Science-Fiction-Serie, zeigt eine Welt, in der die Bevölkerung nahezu vollständig in Virtual Reality lebt. Allerdings ahnen die Menschen davon nichts.

In Serien kommt das Konzept der virtuellen Realität ebenfalls vor: In der amerikanischen Science-Fiction-Serie «Raumschiff Enterprise – Das nächste Jahrhundert» (1987 – 1994) ist die virtuelle Realität nicht von der tatsächlichen zu unterscheiden: Die Crew-Mitglieder haben die Möglichkeit, auf dem Holodeck in täuschend echt wirkende Wunsch-Welten einzutauchen.

Anwendung von VR in Videospielen

In den frühen 1990er Jahren kamen verschiedene Virtual-Reality-Head-Mounted-Displays (HMD) für Spielekonsolen auf den Markt:

• der «Virtual Boy» von Nintendo,
• die «iGlasses» von Virtual I-O,
• der «Cybermaxx» von Victormaxx und
• der «VFX1 Headgear» von Forte Technologies.

Allerdings war die Technologie damals noch nicht ausgereift genug. Diese ersten Modelle waren teuer, gross und wenig intuitiv zu bedienen.

Erfolgreicher waren die Wii-Fernbedienung (der Controller der Wii-Konsole), das Microsoft Kinect (Hardware zur Steuerung der Videospielkonsolen Xbox 360 und Xbox One) und die PlayStation Move/PlayStation Eye: Sie konnten Gesten und Bewegungen des Spielers auf die Spielekonsole übetragen.

Zu der neuen Generation von Virtual-Reality-Headsets gehört das leistungsstarke Oculus Rift, das extra für Spielzwecke entwickelt wurde. Konkurrenz kommt von der PlayStation VR (Codename Morpheus) von Sony Computer Entertainment. Diese benötigt als Plattform eine PlayStation 4 statt eines PCs.

Im Jahre 2015 kam das HTC Vive auf den Markt. Das besondere bei diesem VR-Headset war die Tatsache, dass es die Position des Spielers in einem Bereich von über 20 Quadratmeter verfolgen kann.

Bei diesen Virtual-Reality-Headsets handelt es sich um Head-Mounted Displays. Sie verwenden gekrümmte Linsen. Diese vergrössern und strecken den Bildschirm, sodass das Blickfeld des Benutzers gefüllt ist. Weitere Virtual-Reality-Headsets sind in Planung.

Einsatz von Virtual Reality im kulturellen Bereich

Geschäfte, kulturelle Einrichtungen wie Museen und Hotels bieten ebenfalls virtuelle 360°-Rundgänge an. Auch das Reisen ist auf diese Weise unkompliziert möglich. Ein populäres Beispiel dafür ist Google Street View: Mit Headset und App ist es möglich, Wunschorte zu besuchen und in der virtuellen Welt zu erleben.

Traditionell ist Kunst eng mit dem physischen Raum verbunden. Das gilt für Malereien, Bildhauerei und sonstige Installationen gleichermassen. Die VR entkoppelt sie davon. Wer Kunstausstellungen besucht, kann die ausgestellten Werke mit Hilfe der VR-Technologie ganzheitlich erleben und mit dem Gesehenen interagieren. Das verändert die Wahrnehmung von Kunst und führt zu einem intensiveren Erleben des Gezeigten. Unterschiedliche Museen setzen die VR inzwischen ein:

• Das «Museum für angewandte Kunst Wien» (MAK) präsentierte 2018 das Ausstellungsexperiment «Klimt’s Magic Garden: A Virtual Reality Experiment by Frederick Baker». Dabei betraten Besucher den Garten mit einer Virtual-Reality-Brille eine von Klimts Werken inspirierte virtuelle Welt.
• Im «Museum für Kunst und Kulturgeschichte Dortmund» können Interessierte im Eingangsbereich mit einer Smartphone App das rekonstruierte Denkmal «Mahnmal für die Opfer des Krieges» des Bildhauers Benno Elkan betrachten.
• «TimeRide VR Cöln» und «TimeRide VR Dresden» bieten die Möglichkeit, mit VR-Brillen in andere Zeiten zu reisen.
• Auch in Köln ist eine Zeitreise möglich: Besucher können sich die Domstadt in einer alten Strassenbahn virtuell zu Beginn des 20. Jahrhunderts anschauen.
• Dresden präsentiert seine glanzvolle Zeit im Barock: Mit einer Kutsche lassen sich Vorstadt und Zwinger um 1719 erkunden. Um das Erlebnis abzurunden, kommt neben Augmented-Reality auch virtuelle Kleidung aus dem Barockzeitalter zum Einsatz.
• Im Berliner Haus am Lützowplatz spielt die VR-Kunst-Ausstellung «Resonanz der Realitäten» mit dem Nebeneinander von digitaler und physischer Welt.

WeAreVR: Warum lohnt sich ein Besuch im VR Abenteuerland Zürich?

Im VR Abenteuerland Zürich Rümlang bieten wir neben VR-Brillen auch VR-Bewegungssimulatoren an: den Rennsimulator Hologate Blitz und den Flugsimulator Birdly. Besucher haben die Gelegenheit, diese beiden neuesten VR-Technologien auf dem Markt selbst auszuprobieren und Bewegungen wie Fliegen, Fahren und Schwimmen am eigenen Leib zu erleben.

Es gibt eine umfangreiche Auswahl an Virtual-Reality-Games für Kinder, Jugendliche und Erwachsene. Von Adventure-Games bis zu Shootern ist alles dabei. Dabei sind sowohl Einzelspiele als auch Teamspiele möglich.

Im riedmatt Center in Zürich ist mit fünf verschiedenen VR-Spielbereichen Spass garantiert:

• InfinityVR: Auf 100 bis 200 m² erleben Spieler hier Ganzkörper-VR der besonderen Art. Eine Zombie-Invasion stoppen? Artefakte aus einem Tempel sichern? Hier ist alles möglich. Fans von Shootern kommen ebenso auf ihre Kosten wie Adventure-Liebhaber.
• Hologate Blitz: Der Mix aus virtual reality und Bewegungssimulator versetzt Spieler aller Altersgruppen in magische Welten mit feuerspeienden Drachen, epischen Weltraumabenteuern und futuristischen Rennwagen. Bis zu vier Personen können miteinander oder gegeneinander antreten.
• Hologate Arena: Eine 25 Quadratmeter grosse Fantasiewelt mit fesselnden Spielen begeistert Kinder und Jugendliche von sechs bis 16 Jahren. Auch hier können vier Gamer gegeneinander oder miteinander spielen.
• Birdly: Der Vogelflugsimulator lässt Besucher wilde Flüge durch die Landschaft unternehmen.
• Valo Arena: Hier ist Action angesagt. Auf einer Fläche von 6 x 8 Metern erfassen Kameras die Körper der Mitspieler. Diese werden auf verschiedene Monitore projiziert, sodass die Gruppe unterschiedliche Quests gemeinsam lösen kann. Eine VR-Brille ist hier nicht nötig.

Hier warten unvergessliche virtuelle Abenteuer mit der gesamten Familie, im Freundeskreis, beim Junggesellenabschied, Kindergeburtstag, Teambuilding-Event oder Betriebsausflug in Zürich. Wenn nach den virtuellen Abenteuern der Magen knurrt, freut sich das Personal des Restaurants Piazza Meraviglia darauf, köstliche Pizza und Pasta zu servieren.

Du hast Lust bekommen, selbst in virtuelle Realitäten einzutauchen? Erlebe die faszinierende neue Technologie bei uns im VR Abenteuerland Zürich: Buche deine virtuellen Abenteuer jetzt!