Virtual Reality: Wie Valves Steam VR funktioniert
Egal wer in den letzten Tagen Valves Steam VR ausprobiert hat – er oder sie waren begeistert . Die Präsenz in einer virtuellen Realität ist weitaus besser als das, was andere Hersteller – Oculus VR inklusive – bisher bieten können. Das liegt aber nicht nur an HTCs Vive, obwohl das in Teilbereichen den Rift-Prototyp Crescent Bay schlägt. Es ist Valves Lighthouse-System, das die Position des Vive samt Controllern im Raum bestimmt. Statt zu stehen und zuzuschauen, lässt Steam VR den Spieler umherlaufen und mit der Umgebung interagieren.
Valve selbst gibt an, über drei Jahre an Steam VR(öffnet im neuen Fenster) gearbeitet zu haben, all die gesammelte Erfahrung steckt in HTCs Vive Developer Edition. Rein von den technischen Daten her ähnelt das Vive Oculus VRs Rift Dev Kit 2 und Sonys Project Morpheus: Die Auflösung pro Auge beträgt 1.080 x 1.200 Pixel, beide Panels zusammen zeigen also 2.160 x 1.200 Bildpunkte.
Das Rift Dev Kit 2 und Project Morpheus bieten je 1.920 x 1.080 Pixel, zum Crescent Bay gibt es keine gesicherten Angaben – die zwei Panels dürften aber jeweils 1.080 x 1.200 Pixel zeigen. Wichtiges Detail: Project Morpheus setzt auf drei Subpixel in Form einer RGB-Matrix, Oculus VR zumindest beim Rift Dev Kit 2 und HTC beim bisherigen Vive auf eine RGBG-Pentile -Anordnung mit weniger Subpixeln bei nominell gleicher Auflösung.
Alle aktuellen Head-mounted Displays nutzen ein OLED-Panel, bei dem die Pixel, anders als bei einem IPS-Panel, nicht von einer Hintergrundbeleuchtung angestrahlt werden, sondern selbst leuchten. Der Rift-Prototyp liefert wie das HTC Vive 90 Hz, Project Morpheus schafft sogar 120 Hz. Da die Playstation 4 wenig Leistung liefert, können auch 60 fps gerendert und hochskaliert werden. John Carmack zufolge würde das aber nur bei Grafik auf PS3-Niveau(öffnet im neuen Fenster) klappen.
Da die Rendering-Auflösung durch die Linsen-Verzerrung des Bildes höher liegt als die Ausgabe-Auflösung, berechnet Valve 1.512 x 1.680 Pixel pro Auge und das 90-mal die Sekunde. Das entspricht etwa einem 60-Hz-Monitor mit Ultra-HD-Auflösung, weshalb Valves SDK je eine Grafikkarte pro Auge unterstützt, und das Vive mit einem HDMI- wie USB-Kabel mit dem Rechner verbunden ist.
Bei 90 Hz wird rechnerisch alle 11,1 Millisekunden ein Frame dargestellt. Zu sehen bekommt der Nutzer diesen für etwa 2 Millisekunden, dann wird das Bild bis zum nächsten Frame schwarz. Diese Technik nennt sich Low Persistence, das Bild verschwimmt weniger und wirkt für das Auge angenehmer.
Unser vertikales Gesichtssichtfeld (Field of View) beträgt inklusive peripherem Sehen rund 180 Grad, abhängig vom Alter etwas weniger. Das Field of View beim Crescent Bay und beim Project Morpheus liegt bei 100 Grad – das Vive schafft mit 110 Grad etwas mehr und fühlt sich daher natürlicher an.
| HTC Vive | Oculus VR Rift DK2 | Sony Project Morpheus | |
| Display | 5,x Zoll (OLED, Low Persistence, Global) | 5,7 Zoll (OLED-Panel, Low Persistence, Rolling?) | 5,7 Zoll (OLED-Panel, Low Persistence, Rolling?) |
| Auflösung | 1.080 x 1.200 Pixel pro Auge, Pentile-Matrix | 960 x 1.080 Pixel pro Auge, Pentile-Matrix | 960 x 1.080 Pixel pro Auge, RGB-Matrix |
| Bildwiederholrate | 90 Hz | 75 Hz | 120 Hz |
| Field of View | 110 Grad | 100 Grad | 100 Grad |
Valve verbaut ein sogenanntes Global Display und kein Rolling Display – Pixel werden nicht zeilenweise aktualisiert, sondern alle gleichzeitig. Michael Abrash, früher bei Valve und heute bei Oculus VR angestellt, zufolge(öffnet im neuen Fenster) nehmen Nutzer bei einem Global Display weniger Fehldarstellungen wahr.
Durch das OLED-Panel und Low Persistence ist der Unterschied allerdings nicht so groß wie bei Abrashs Beispiel mit einem 60-Hz-LCD.
Schlaues Vive und doofe Laser
Was HTCs Vive von anderen Head-mounted Displays am meisten unterscheidet, ist die Art, wie Valves Steam VR dessen Position bestimmt. Oculus VR beispielsweise geht beim Positional Tracking so vor: Auf dem Rift Crescent Bay sitzen rundherum kleine Infrarot-LEDs, die von einer externen Kamera erfasst werden. Das klappt wunderbar, aber nur solange der Nutzer nicht den Sichtbereich verlässt – der Bewegungsradius ist also eingeschränkt.
Valve geht genau andersherum vor: Das Lighthouse, Leuchtturm, genannte System besteht aus zwei Basiseinheiten ohne Kameras(öffnet im neuen Fenster) . Die werden in gegenüberliegenden Deckenecken eines Raumes positioniert und brauchen nicht mehr als einen Stromanschluss. Jede Basiseinheit schickt zwei Laser-Strahlen der Klasse 1(öffnet im neuen Fenster) mit 60 Hz aus, einen vertikal und einen horizontal.
Auf dem HTC Vive sind Fotowiderstände montiert, die von den Laser-Strahlen getroffen werden. Aus diesen Daten berechnet Steam VR in Millisekunden die relative Position der Fotowiderstände zueinander und somit auf ein Zehntel Grad die absolute Position des Head-mounted Displays. Die beiden Kameras an der Vorderseite des HTC Vive haben mit dem Positional Tracking nichts zu tun, sie dienen unter anderem als Pass-Through-Sicht.
Einmal kalibriert, kennt Steam VR die Abmessungen des Raumes und verhindert effektiv, dass der Nutzer gegen Wände läuft – Valve blendet ein Chaperone genanntes Energiefeld ein. Durch die beiden Basiseinheiten erweitert sich der Bewegungsradius von wenigen Metern bei Oculus VRs Rift auf eine Fläche von bis 20 m² bei Valves Steam VR. Das setzt den nötigen Platz voraus.
Der Clou an Steam VR: Nicht nur das HTC Vive ist mit Fotowiderständen ausgestattet, sondern auch die beiden Controller. Die sehen aus wie ein Hybrid aus den Nunchuks der Wii und dem Steam Controller , beispielsweise sitzt auf der Oberseite statt einem Analogstick ein Trackpad, und es gibt einen Z-Trigger.
Die beiden Controller sind derzeit mit dem Vive per Kabel verbunden, später sollen sie drahtlos werden. Das Tracking klappt deutlich besser als bei Sonys Move, was bei zwei Basistationen anstatt einer frontalen Kamera wenig überrascht. Gerade, wenn sich die Controller gegenseitig verdecken, sind die in zwei Raumdeckenecken positionierten Basistationen sehr hilfreich.
Im Spiel selbst können die Controller entweder so gerendert werden, wie sie in der realen Welt aussehen, etwa in der Portal-Demo von Valve. Denkbar ist aber auch eine Darstellung als Waffe oder Werkzeug, das obliegt am Ende den Entwicklern. Die müssen allerdings umdenken.
Die Bewegungsfreiheit von Steam VR ist mit bis 20 m² zwar vergleichsweise groß, am Ende aber dennoch begrenzt. Der Spieler kann sich also immer nur ein paar Meter nach vorne oder hinten bewegen, nicht aber minutenlang von einem virtuellen Ort zum anderen wandern.
Das Spiel-Design und die Art, wie Entwickler Geschichten erzählen, müssen an diese Besonderheit angepasst werden. Valves Ken Birdwell nennt als Ansätze(öffnet im neuen Fenster) unter anderem einen Teleport, eine kurzfristig drastisch beschleunigte Fortbewegungsgeschwindigkeit oder Miniaturumgebungen. VR-Spiele müssen und werden mit der bisherigen Mechanik völlig brechen, wir sind daher sehr gespannt, was für Titel und welche neuen Ideen uns künftig erwarten.
Ein Spiel zu entwickeln, das am PC mit Maus und Tastatur, an Konsolen mit Gamepad und auf Steam VR mit zwei Controllern spielbar ist und eine ähnliche Spielerfahrung bietet, dürfte nahezu unmöglich sein. Ein fiktives Half-Life 3 exklusiv für Steam VR halten wir zwar für unwahrscheinlich, ein speziell angepasstes Valve-Spiel hingegen können wir uns gut vorstellen.