Eine kurze Einführung in Praktiken der Virtual- und Augmented Reality. Gehalten wurde die Präsentation im Sommer 2010 im Rahmen des Kurse "Softwareergonomie" an der Universität Regensburg.

1. Virtual and Augmented Reality
Interaktionsparadigmen

2. Virtual and Augmented Reality
(1) Begriffe & Konzepte
(2) Historische Entwicklung
(3) Interaktion in der Virtual Reality
(4) VR-System & Standards
(5) AR-Systeme

3. Virtual Reality – Definitionen (1)
„ Virtual reality (VR) is a term that applies to computer-
simulated environments that can simulate places in the
real world as well as in imaginary worlds.“
[Wikipedia (1)]

4. Virtual Reality – Definitionen (2)
„ The ultimate display would, of course, be a room within
wich the computer can control the existence of
matter. [… ] With appropriate programming such a
display could literally be the Wonderland into wich Alice
walked.“
[Sutherland 1965]

5. [TNG „ Hollow Pursuit“, Sternzeit: 43807.4]

6. Virtual Reality – Definitionen (3)
[Brill 2009]
Virtuelle Realität meint neuartige Benutzeroberflächen die
Den Benutzer in einer simulierten Realität handeln lassen
Den Benutzer damit eine Anwendung steuern lassen
Sich im Idealfall konvergent zur bekannten realen Umgebung
verhalten
Ziel ist eine möglichst voraussetzungslose Nutzung.

7. Virtual Reality – Definitionen (4)
[Brill 2009]
Anwendungen im Kontext der VR sind multimodale
Software mit visuellen, akustischen und taktilen Aus-
und Eingabemöglichkeiten.
Ziel ist die Immersion

8. Virtual Reality – Definitionen (4)
Anwendungsgebiete
Planung und Gestaltung
Simulation
Visualisierung
Telekommunikation/‐
Kooperation
Spiele

9. Virtual Reality – Exkurs Immersion (1)
[Brill 2009]
Immersion ist der Effekt einer VR-Anwendung bzw. das
Gefühl, der/das den Benutzer glaube lässt innerhalb
einer logischen, existierenden Umgebung zu agieren.
(Gefühl des „ beeing there“)

10. Virtual Reality – Exkurs Immersion (2)
[Brill 2009]
Faktoren die zu Immersion führen sind
Übereinstimmung zwischen virtueller und realer Umgebung
Beeinflussbarkeit der virtuellen Umgebung
Echtzeit bei Ein- und Ausgabeaktionen
Positionierung und Orientierung im virtuellen Raum

11. Virtual Reality – Exkurs Immersion (3)
[Pietschman 2009]
„ Presence Konzept“ beschreibt den psychischen Zustand
einer Person während der Medienrezeption.
Presence beschreibt die Summe der Wahrnehmung der
reale, der virtuellen und der imaginierten Umgebung.

12. Virtual Reality – Exkurs Immersion (4)
[Pietschman 2009]
Presence
Spatial Presence Self-Presence Social Presence
Mentales Modell
Virtueller Körper Physischer Körper
des Körpers

13. Virtual Reality – Historische Entwicklung (1)
Der Ursprung der VR liegt in der Entwicklung mechanischer
Simulatoren.
Erste computerunterstützte Systeme waren
Flugsimulatoren.
Innovative VR-Systeme integrieren mehrere VR-
Einzelkomponenten in einem Systeme.

14. Virtual Reality – Historische Entwicklung (2)
Meilensteine
1955 u. 1962 Sensorama (Morton Heilig)
1968 u. 1970 The Sword of Damocles (Ivan Sutherland)
1978 Aspen Movie Map (Andrew Lippman)
1992 CAVE

15. Interaktion in der Virtual Reality (1)
VR-Systeme weisen grundlegend andere
Interaktionsparadigmen auf als herkömliche Desktop-
Systeme.
Hauptunterschied ist die virtuelle Szene. Diese stellt eine
Ansammlung von Objekten und deren Beziehungen im
virtuellen Raum dar.
Weiterhin ist die Interaktion in VR-Systeme ausgeprägter.

16. Interaktion in der Virtual Reality (2)
VR-Systeme können auf unterschiedliche Art und Weise
realisiert werden
Simulation
Projektionen
Avatare
Desktop-Anwendungen
„ True Immersive Virtual Reality“

17. Interaktion in der Virtual Reality (3)
Visuelle Ausgabe
Projektoren
Polarisations- oder Shutterbrillen
Head-Mounted-Display
Retinal Displays

18. Interaktion in der Virtual Reality (4)
Akustische Ausgabe
Stereo-Kopfhörer
Surround-Sound Systeme
Haptische Ausgabe
Rezeptoren und Aktoren („Force Feedback“)

19. Interaktion in der Virtual Reality (5)
Eingabe
Tracking-Systeme (mechanische, optische, elektro-
magnetische, akustische Systeme)
Omnidirectional Treadmill
3D-Maus, Wand“
„
Datenhandschuh, Datenanzug
Spracheingabe

20. Interaktion in der Virtual Reality (6)
[Wikipedia (2)]

21. Interaktion in der Virtual Reality (7)
[Wikipedia (2 u. 3)]

22. Interaktion in der Virtual Reality (8)
[Wikipedia (4)]

23. Virtual Reality – Systeme (1)
Sensorama
Das Sensorama von Heilig war der Entwurf eines System aus
mehreren Projektonen. Er kombinierte räumliche Sicht,
Ton, Wind und Gerüche.
In den 60er Jahren wurde dieses System teilweise realisiert.

24. Virtual Reality – Systeme (2)
[Sensorama]

25. Virtual Reality – Systeme (3)
CAVE (Cave Automatic Virtual Environment)
Vier Leinwände (C4) mit mehreren Rückprojektoren
erzeugen eine virtuelle Szene die von mehreren
Benutzern gleichzeitig genutzt werden kann.
Es existieren verschiedene Frameworks für die Entwicklung
von Software für CAVE-Systeme: Beispielsweise: CaveLib
oder VRJugger .
Die Interaktion durch verschiedene Modalitäten erfolgen.

26. Virtual Reality – Systeme (4)
Neuer Systeme verfügen über sechs Leinwände und nutzen
pro Wand mehrere Projektoren für höher auflösende
Darstellung und/oder Stereografik.
Man spricht dann von sogenannten Powerwalls.

27. Virtual Reality – Systeme (5)
[Wikipedia (5)]

28. Virtual Reality – Standards
CAVE-System ist ein de-facto Standard.
Die Virtual Reality Modelling Language (VRML) und deren
Nachfolger X3D sind standardisierte Dateiformate zur
Repräsentation von 3D-Objekten.
VR Juggler und CAVELib sind APIs die die
Softwareentwicklung für CAVE-Systeme vereinfachen.
Des Weiteren sind gängige Standards der 3D-
Programmierung relevant.

29. Augmented Reality – Definiton (1)
„ Augmented reality (AR) is a term for a live direct or
indirect view of a physical real-world environment
whose elements are augmented by virtual computer-
generated imagery.“
[Wikipedia (6)]

30. Augmented Reality – Definiton (2)
Augmented Realtity ersetzt, anders als Virtual Reality, nicht
die reale, physische Umgebung.
Stattdessen wird die Umwelt mit weiterreichenden
Informationen ergänzt.
Dies geschieht durch Kombination der realen Perspektive
(View) des Nutzers mit virtuellen Inhalten in Echtzeit.

31. Augmented Reality – Definiton (3)
[Wikipedia (7)]

32. Augmented Reality – Definiton (3)
Anwendungsgebiete
Navigation
Arbeitsplatz
Medizin
Militär
Rettungskräfte

33. Augmented Reality – Interaktion (3)
Visuelle Ausgabe
Spezialisierte Systeme mit Head-Mounted-Displays
Head-Up-Displays
Mobile Endgeräte
Tracking
GPS

34. Augmented Reality – Systeme: AndAR (1)
AndAR
AndAR ist ein Softwareprojekt das AR auf dem Android-OS
ermöglicht.
Ein realisiertes Projekt ist der AndAR Modelviewer, eine
Software die virtuelle 3D-Modelle in die Kameraansicht
von Smartphones integriert.

35. Augmented Reality – Systeme: AndAR (2)

36. Augmented Reality – Systeme: Navit (1)
Navit with Augmented Reality
Navit with Augmented Reality ist eine Software die AR-
Elemente für die Navigationssoftware Navit bereitstellt.
Die Elemente sind Navigation, Tracking und
Visualisierung.
Speziell für Fussgänger optimierte Navigationshilfen
werden in eine Liveview integriert.
Die virtuellen Einblendungen passen sich der realen
Geometrie, etwa Sichteinschränkung durch Häuser, an.

37. [Navit (2)]

39. Augmented Reality – Systeme: AugSatNav (1)

40. Augmented Reality – Systeme: AugSatNav (2)

41. Augmented Reality – Systeme: Layar (1)
Layar
Layar ist eine Software die Kamera, GPS und Lagesensor
mobiler Geräte nutzt um verschiedene ortsbezogene
Informationen in eine Liveview einzublenden.
Die Informationen sind in sogenannten Layers gespeichert
die frei erstellt werden können.

46. Literatur (1)
Brill 2009
Brill, Manfred, Virtuelle Realität, Heidelberg, 2009
Pietschmann 2009
Pietschmann, Daniel, Das Erleben virtueller Weltenm
Boizenburg, 2009
Sutherland 1965
Sutherland, I.E, The ultimate display, in: Procedings of the
IFIP Congress, Vol. 2, S. 506-508, 1965

47. Literatur (2)
New Scientist 06/2007
[http://www.newscientist.com/article/dn12169-tangible-display-
makes-3d-images-touchable.html]

48. Literatur (3)
AndAR
[http://code.google.com/p/andar/]
Layar
[http://www.layar.com/]
Sensorama
[http://design.osu.edu/carlson/history/images/small/sensorama
-1.jpg]

49. Literatur (4)
Navit
1: Navit with Augmented Reality
[http://wiki.navit-
project.org/index.php/Navit_with_Augmented_Reality]
2: [http://wiki.navit-project.org/images/4/48/Navithero.jpg]
3:[http://wiki.navit-project.org/images/e/ef/Realityview.jpg]
4: Open-Source Navigation
Haase, Thomas, Feilner, Markus, Richtungsweisend. Open-Source-
Navigation mit Navit, in: Linux Magazin, München, Ausgabe 7,
2010

50. Literatur (5)
Wikipedia
1: Virtual Reality
[http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_reality]
2: PowerGlove
[http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nintendo_fighter.jpg]
3: Nintendo Fanboy
[http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fanboy_Nintendo.jpg]
4: Treadmill
[http://en.wikipedia.org/wiki/File:ARL_ODT.jpg]
5: CAVE-System
[http://en.wikipedia.org/wiki/File:CAVE_Crayoland.jpg]
6: Augmented Reality
[http://en.wikipedia.org/wiki/Augmented_reality]
7: Augmented Reality – Milgram
[http://en.wikipedia.org/wiki/File:Milgram_Continuum.png]