In der virtuellen Realität (VR) ist die Reaktionsgeschwindigkeit eines Trackingsystems von entscheidender Bedeutung für das Nutzererlebnis. Dies betrifft vor allem die Zeitspanne zwischen einer Bewegung des Benutzers und der entsprechenden Anpassung der virtuellen Szene. Wenn das Tracking eine plötzliche Veränderung der Position des Objekts aufzeichnet, kann es zu einer Verzögerung kommen, die durch eine langsame Reaktion des Trackers oder eine unzureichende Synchronisation des Systems verursacht wird. Diese Verzögerung ist in der VR besonders problematisch, da sie zu Symptomen wie Übelkeit, Schwindel und Kopfschmerzen führen kann, die als „Cyberkrankheit“ bekannt sind.

Systemlatenz setzt sich aus mehreren Faktoren zusammen, einschließlich der Latenz des Trackers, der Kommunikationszeit zwischen Tracker und Host-Computer und der Zeit, die der Computer benötigt, um die Szene zu rendern und darzustellen. Diese Verzögerungen können die Benutzererfahrung erheblich beeinträchtigen. Daher ist es von großer Bedeutung, die Latenz auf ein Minimum zu reduzieren. Eine Möglichkeit, die Latenz zu verringern, besteht darin, die verschiedenen Schleifen des Trackers, der Kommunikation und der Anzeige zu synchronisieren, was als „Genlock“ bezeichnet wird. Diese Synchronisation sorgt dafür, dass die Daten des Trackers „just in time“ an den Computer übermittelt werden, wodurch die Latenz verringert, jedoch nicht vollständig beseitigt wird.

Ein weiteres wichtiges Element zur Minimierung der Systemlatenz ist die Geschwindigkeit der Kommunikation. Bei der drahtlosen Kommunikation kommt es aufgrund begrenzter Bandbreite häufig zu Verzögerungen. Dies wird insbesondere dann zum Problem, wenn das VR-System auf Cloud-basierte Dienste zugreift, da die Kommunikation über das Internet zusätzliche Zeitverzögerungen mit sich bringt. In einem solchen Fall kann eine schnellere Kommunikation, etwa durch 5G-Netzwerke, helfen, diese Verzögerungen zu überwinden.

Die Datenübertragung im Streaming-Modus stellt eine weitere Möglichkeit dar, schnelle Reaktionen zu ermöglichen. Bei diesem Modus wird kontinuierlich Tracker-Daten an den Host-Computer gesendet, was besonders bei schnell bewegten Objekten von Vorteil ist. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass es eine hohe Datenmenge erzeugt, die durch die Kommunikationsleitungen übertragen werden muss. Wird das VR-System beispielsweise mit 90 Bildern pro Sekunde (fps) betrieben, muss jedes Bild innerhalb von 11 Millisekunden gerendert werden. Ältere Kommunikationsstandards, wie etwa serielle 115-kbaud-Verbindungen, können diese Anforderungen nur schwer erfüllen, während moderne drahtlose 5G-Verbindungen eine erheblich bessere Leistung bieten.

Neben der Kommunikationstechnologie spielt auch die Aktualisierungsrate des Trackers eine Rolle bei der Reduzierung der Systemlatenz. Die Aktualisierungsrate eines Trackers gibt an, wie viele Messungen pro Sekunde durchgeführt werden. Eine höhere Rate führt zu einer besseren Dynamik in der Simulation. Moderne Tracker können Aktualisierungsraten von bis zu 240 Hz pro Sensor erreichen, was die Bewegung des Objekts in der virtuellen Realität realistischer macht und die Latenz reduziert. Bei älteren Tracker-Systemen, wie dem Polhemus Fastrack, konnte die Aktualisierungsrate jedoch auf bis zu 30 Hz sinken, wenn mehrere Sensoren miteinander verbunden wurden.

Ein weiteres wichtiges Element bei der Auswahl eines Trackers ist die Technologie, die zur Messung der Position und Orientierung von Objekten verwendet wird. Heute werden vor allem nicht-intrusive 3D-Messtechniken eingesetzt, wie beispielsweise magnetische Felder, Infrarotkameras oder Beschleunigungssensoren. Magnetische Tracker bieten hier einige Vorteile, da sie die Position eines bewegten Objekts in einem magnetischen Feld messen, das von einem Sender erzeugt wird. Dabei wird die Position und Orientierung des Empfängers durch die Veränderung des magnetischen Feldes bestimmt.

Magnetische Tracker, die mit Wechselstrom (AC) arbeiten, erzeugen magnetische Felder, die von den Empfängern erkannt werden. Diese Felder induzieren Spannungen in den Empfängerspulen, die dann durch Verstärker und Umsetzungsgeräte weiterverarbeitet werden. Diese Technik ermöglicht eine schnelle und präzise Messung der Position und Orientierung von Objekten in Echtzeit. Durch die Verwendung von Mehrkanalsystemen können mehrere Sensoren gleichzeitig erfasst werden, ohne dass die Aktualisierungsrate des Systems verringert wird. Die neueren Magnettracker, wie das Polhemus „Viper 4“-System, bieten eine besonders hohe Aktualisierungsrate von bis zu 240 Hz pro Sensor, selbst wenn mehrere Sensoren gleichzeitig betrieben werden.

Die Wahl der richtigen Tracking-Technologie ist entscheidend für die Qualität der VR-Erfahrung. Während die Präzision der Messung und die Geschwindigkeit der Reaktion auf Änderungen der Position wichtig sind, muss auch die Benutzerfreundlichkeit berücksichtigt werden. Ein nicht-intrusives Tracking-System sorgt dafür, dass der Benutzer frei und ohne Einschränkungen in der virtuellen Welt agieren kann. Dies ist besonders wichtig für die Immersion und die Vermeidung von Übelkeit oder Desorientierung, die durch Verzögerungen oder fehlerhafte Tracking-Daten entstehen können.

Ein weiterer Aspekt, der für die Minimierung der Latenz und die Verbesserung der Benutzererfahrung wichtig ist, ist die Redundanz der Systeme. Um die Auswirkungen von Fehlern oder Ausfällen zu minimieren, können zusätzliche Sensoren oder sogar alternative Tracking-Technologien eingesetzt werden. Ein hybrides Tracking-System, das verschiedene Messtechniken kombiniert, könnte eine bessere Performance und Zuverlässigkeit bieten, insbesondere in komplexen oder dynamischen Umgebungen.

Endtext

Welche Faktoren beeinflussen Cybersickness, Adaptation und soziale Auswirkungen von Virtual Reality?

Die Dauer der Exposition in virtuellen Umgebungen korreliert eng mit der Schwere der Cybersickness. Je länger die Nutzungszeit, desto ausgeprägter können Symptome wie Übelkeit, Schwindel und Unwohlsein auftreten. Allerdings ist der Einfluss der Nutzerdimensionen – wie Alter, Gesundheitszustand und Geschlecht – auf das Auftreten von Cybersickness komplex und nicht vollständig geklärt. Studien zeigen, dass jüngere Nutzer oft besser adaptieren, während ältere Personen anfälliger sind, was vermutlich mit physiologischen Veränderungen und sensorischer Integration zusammenhängt. Ebenso können Vorerkrankungen, besonders vestibuläre Störungen, das Risiko erhöhen. Geschlechtsspezifische Unterschiede sind weniger eindeutig, obwohl einige Forschungen auf eine erhöhte Empfindlichkeit bei Frauen hindeuten, möglicherweise bedingt durch hormonelle oder neurologische Faktoren.

Adaptation bezeichnet den Prozess, bei dem sich das Nervensystem an wiederholte virtuelle Erfahrungen anpasst und die Symptome der Cybersickness vermindert werden. Diese Anpassung ist jedoch nicht universell und hängt von der Art der Aufgaben in der virtuellen Umgebung ab. Wiederholte Expositionen an unterschiedlichen Aktivitäten fördern die Adaptation besser als monotone Aufgaben. Eine berühmte Studie zur Rollercoaster-Simulation verdeutlicht dies: Teilnehmer zeigten nach mehrmaligem Erleben der Fahrt eine signifikante Reduktion der Übelkeitssymptome, da sich das Gehirn auf die widersprüchlichen sensorischen Reize einstellte und diese besser verarbeitete.

Nachwirkungen (Aftereffects) der Adaptation treten auf, wenn Nutzer die virtuelle Umgebung verlassen haben, sich ihr Gleichgewichtssystem aber noch in einem Zustand der Anpassung befindet. Diese können durch visuelle oder vestibuläre Irritationen geprägt sein. Die Rückkehr in die reale Welt erfordert eine Readaptation, die durch gezielte Bewegungsübungen oder zeitlich gestaffelte Expositionen erleichtert werden kann. Zwei bewährte Methoden zur Auslöschung der Adaptationsnachwirkungen sind die allmähliche Wiedergewöhnung an reale Umgebungen und das bewusste Training der sensorischen Integration durch kontrollierte körperliche Aktivitäten.

Die Virtual Reality-Technologie wirkt sich in vielfältiger Weise auf unser soziales Leben aus. Im beruflichen Umfeld ermöglichen VR-Anwendungen neue Formen der Kollaboration, etwa durch virtuelle Meetings und Trainings, die physische Grenzen überwinden. Dadurch können Teams global vernetzt und Effizienz gesteigert werden, gleichzeitig entstehen aber auch Herausforderungen hinsichtlich der sozialen Distanz und der Qualität zwischenmenschlicher Kommunikation, da nonverbale Signale und spontane Interaktionen oft eingeschränkt sind.

Privat kann VR soziale Beziehungen intensivieren, indem Nutzer immersive gemeinsame Erlebnisse teilen, etwa in virtuellen Spielen oder sozialen Plattformen. Allerdings besteht die Gefahr sozialer Isolation, wenn die virtuelle Welt die reale soziale Interaktion ersetzt. Suchtpotenziale und eine Verzerrung der Wahrnehmung zwischen Realität und Virtualität stellen dabei weitere Risiken dar.

Neben den direkten Auswirkungen auf den Einzelnen ist das Verständnis der multisensorischen Integration in VR entscheidend. Die Kombination von visuellen, auditiven und olfaktorischen Reizen erhöht das Eintauchen in die virtuelle Realität und kann Lern- und Gedächtnisleistungen verbessern. Dennoch erfordert dies eine sorgfältige Gestaltung der Inhalte, um Überreizung und sensorische Konflikte zu vermeiden, die Cybersickness verstärken können.

Die Forschung zeigt außerdem, dass die Fähigkeit zur Adaptation in VR stark von individuellen Faktoren und der Gestaltung der virtuellen Umgebung abhängt. Eine adaptive VR-Erfahrung, die auf den Zustand und die Reaktion des Nutzers eingeht, kann Cybersickness minimieren und eine nachhaltige Nutzung ermöglichen. Es ist wichtig, dass Nutzer sich der temporären Nachwirkungen bewusst sind und Strategien zur Rehabilitierung kennen, um gesundheitliche Beeinträchtigungen zu vermeiden.

Die moralische Verpflichtung zur Gehorsamkeit gegenüber dem Gesetz im Kontext von Migration und Staatsbürgerschaft
Wie haben Eiszeiten die Landschaften und Klimazyklen der Erde geprägt?
Was versteht man unter der Entwicklung von Stammesgesellschaften zu territorialen Staaten im antiken Indien?