Fraunhofer IIS: Besuch auf dem Holodeck

In Nürnberg befindet sich das Holodeck 4.0. Von Star Trek ist die Technik noch weit entfernt. Aber sie bringt Virtual Reality einen großen Schritt weiter.

16. November 2015 um 12:02 Uhr / Von Jan Bojaryn

Hände werden im Holodeck nicht simuliert. Bild: Daniel Kunoth

Hinter dem Landhaus endet der grüne Garten an einer Brüstung. In der Ferne erstreckt sich eine Bucht, eine einsame Jacht treibt auf dem blauen Meer. Man will sich gegen das Mäuerchen lehnen, herabschauen. Aber auf dem Weg dorthin ertönt eine körperlose Stimme: "Jetzt nähern Sie sich der Wand. Vorsicht."

Holodeck 4.0 – Bericht (02:30)

Den Garten und das Sommerhaus in der Toskana kennen Virtual-Reality-Fans. Es ist die Tuscany-Demo von Oculus, ein kleines, idyllisches Setting zum Herumspazieren. Den Urlaubsort mit VR-Brille zu besuchen, ist nicht neu. Aber bisher spazierte man mit dem Gamepad, oder man wurde wie auf einem Schlitten durch Haus und Garten gefahren. Am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen kann man es frei begehen, im Maßstab 1:1.

Eine Halle voller Antennen

Das ist das Holodeck 4.0: eine 1.400 qm große Industriehalle, in der es hallt und in der jeder Winkel gleichmäßig ausgeleuchtet wird. Der Neubau steht am Standort in Nürnberg. Die Halle dient nicht nur als Holodeck. Zahlreiche Geräte sind an Wänden und Decke angebracht; darunter auch zwölf unscheinbare RedFIR -Antennen, angeordnet als Halbkugel. Sie orten kleine und leichte Sender, 200-mal pro Sekunde. Laut Gruppenleiter Stephan Otto ist es das genaueste Funk-Trackingsystem der Welt.

RedFIR wurde nicht zuerst für VR entwickelt. Mit dem System können über 100 Sensoren gleichzeitig und zentimetergenau auf einer Fläche von bis zu 40.000 Quadratmetern erfasst werden. Im Einsatz ist die Technologie bereits ohne VR – zur detaillierten Performance-Analyse im Sport. Jeder Spieler wird dafür mit mehreren Sensoren versehen. Hoffenheims U19-Mannschaft setzt die Technologie im Training ein.

Otto und seine Gruppe forschen an Sensorfusion. Sie suchen also Möglichkeiten, verschiedene Messdaten nahtlos zusammenzubringen. So entstehen neue Anwendungen wie das Holodeck: Ein RedFIR-Sensor wird an eine Samsung-Gear-VR-Brille geschnallt. "Von der Brille bekommen wir die Orientierung des Kopfes, von dem Tracking-System die Position" , erklärt Otto. Die Verbindung der Daten ist allerdings ein Problem, das sich nicht nach Ingenieursart lösen lässt. Denn das Ziel ist ein gutes Gefühl für den Nutzer.

"Wir versuchen, Motion Sickness zu minimieren oder zu eliminieren" , sagt Otto und spricht damit ein Kernproblem der Virtual Reality an. Wenn körperliche Bewegung und VR-Bild nicht zueinanderpassen, wird vielen Anwendern übel. Das ist ein Grund dafür, dass gerade VR-Demos erfolgreich sind, in denen der Anwender sich kaum bewegt, in denen er wie bei Eve: Valkyrie im Cockpit sitzt, oder wie bei Back to Dinosaur Island 2 , einer Demo zu Robinson The Journey, langsam an Seilwinden hochgezogen wird.

Spaziergang mit VR-Brille

Der Eintritt in das Holodeck ist für den Anwender in Nürnberg einfach. Sind die Sensoren online und stehen Computer bereit, um aus den Ortungsdaten Steuerbefehle zu machen, wird die VR-Brille aufgesetzt. Zur Kalibrierung gehen wir ein paar Schritte und tippen dabei auf den Touch-Sensor der Gear-VR-Brille. Und dann befinden wir uns in der Tuscany-Demo.

Im Stehen ist das weder ein neues noch ein beeindruckendes Erlebnis. Auf dem aktuellen Smartphone wird die VR-Umgebung flüssig und hochauflösend gerendert, bleibt aber sehr schlicht: Die Texturen wirken matschig, Details fehlen. Bevölkert wird die Demo von einigen Avataren: Zwei Frauen stehen vor dem Haus, ein riesiger Teddybär schlendert um das Haus herum.

Mit dem Kopf durch die Wand

Auch die ersten Schritte wirken nicht revolutionär, sondern natürlich. Wir gehen einfach. Erst nach einigen Schritten fällt uns auf, dass wir das in der Form noch nicht getan haben. Die Bewegung ist maßstabsgetreu. So wirkt das virtuelle Haus in der leeren Halle so präsent, als stehe es wirklich da. Drückt man sich zwischen der Pappel und der Hauswand hindurch, zieht man instinktiv die Schultern ein. Durch die Wand einfach hindurchzugehen, kostet Überwindung.

Umso störender wirkt es, wenn Menschen sprechen, die nicht von einem Avatar in der virtuellen Welt repräsentiert werden. Sinneseindrücke, die außerhalb der Simulation liegen, wirken noch irritierender, weil auch das Gefühl der Präsenz stärker wird.

Deutlich weniger problematisch sind dagegen die technischen Einschränkungen innerhalb der Simulation. Das Holodeck ist multiplayerfähig. In der Demo sehen alle Spieler aus wie derselbe Mann mit Dreitagebart, ohne Gestik und Mimik. Trotzdem fühlt es sich einigermaßen natürlich an, mit dem Avatar zu sprechen. Auch dass sich die eigenen Hände nicht kontrollieren lassen, stört anfangs nicht. Erst wenn wir etwas gezielt greifen oder berühren möchten, fällt der Schwindel deutlich auf.

Grenzen des Holodecks

Apropros Schwindel: Gezeigt wird auch eine zweite Demo, entwickelt von einem Architekturbüro. Hier steht eine große Plattform auf einem Hügel, hinter dem Rand geht es weit in die Tiefe. Heranzutreten, fällt instinktiv schwer – ein Eindruck, den Otto bestätigt. "Virtuelle Wände funktionieren. Wir haben die Erfahrung gemacht, dass Leute nicht durch Wände gehen und auch nicht über Plattformen hinaus." Die Umgebung ist auch hier nicht sehr detailliert umgesetzt, wirkt aber trotzdem räumlich. Leise spielt Musik durch die Kopfhörer; und unwillkürlich versuchen wir, die Klangquelle zu orten, als müsse im virtuellen Raum ein Lautsprecher stehen.

Aber die Architekturdemo zeigt auch Grenzen des Holodecks auf. Denn gelegentlich beginnt sie spürbar zu ruckeln, die Bildrate bricht ein. In der flüssigen Tuscany-Demo stellte sich auch nach längerem Testen kein Unwohlsein ein. Nun aber zerfällt die Simulation und weicht Unbehagen. Wir wollen uns die Brille vom Gesicht reißen.

Das Absetzen der Brille hat einen viel stärkeren Effekt als das Aufsetzen. Denn plötzlich rutschen wir aus der Welt heraus, stehen an einem völlig anderen Ort im Raum und begreifen, dass wir nicht durch den Garten oder über eine Plattform gelaufen sind, sondern einen nackten Steinboden entlang.

Das neue Laser Tag

Otto und sein Team haben einen Baustein entwickelt: Sie ermöglichen die natürliche Bewegung durch VR-Umgebungen. Weder zur Bedienung noch zu den VR-Brillen noch zu den Inhalten bringen sie eigene Innovationen ein. Otto begründet das mit hohen Ansprüchen. Controller wie der Leap Motion wurden ausprobiert, funktionierten aber nicht zuverlässig genug.

"Wenn meine Hand plötzlich nicht mehr vor, sondern hinter meinem Kopf ist, weil der Sensor meint, da erkenne er sie, dann ist das Erlebnis sofort kaputt. Da lassen wir es lieber weg" , sagt er. Selber in dem Bereich zu entwickeln, hält er aktuell für unklug. "Wir profitieren von der unglaublichen Geschwindigkeit im Markt. Da macht es für uns keinen Sinn, Hardware selber zu entwickeln."

Auch für Software sucht er lieber Partner, die er bei der Entwicklung beraten kann: "Wir haben Expertise bei der Beurteilung, was funktioniert." Generell sieht er Inhalte für sein Holodeck noch ganz am Anfang: "Es gibt noch sehr wenig Erfahrung in dem Bereich. Wir müssen jeden Content testen und fit machen. Wir evaluieren, was funktioniert."

Wie groß muss das Holodeck sein?

Dazu gehört auch das Beobachten anderer Forschungsprojekte, mögliche Kombinationen der Technologie – etwa Hannes Kaufmanns Holodeck 1.0 , in dem virtuelle Räume durch unmöglich gewundene Flure plötzlich größer wirken. "Das ist für uns spannend, weil ja auch unsere Fläche nicht unendlich ist."

Aber groß müssen die Flächen für seine Zukunftspläne schon sein. Otto kann sich sein Holodeck als eine Art Spielhalle vorstellen, so ähnlich wie heutige Laser-Tag-Arenen. In denen könne man dann wechselnde Multiplayer-Erlebnisse für die ganze Familie einrichten: "Will ich heute ins Mittelalter, was Spannendes für die Kinder, oder prähistorische Welten? Wir sind da ganz offen. Da kann sehr viel passieren." Das Ziel wirkt nach einem Besuch auf dem Holodeck plausibel. Aber der Weg dahin ist noch weit.