ATSB1703 Virtual Reality

Fortbewegung in Virtual Reality

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Veranstaltung Proseminar Sportbiomechanik
Autor Andreas Groß, Christopher Schmidt, Sebastian Gerl
Bearbeitungsdauer 35min
Präsentationstermin 5. Juli 2017
Zuletzt geändert 29. Juni 2017


Einleitung



Aus dem Video wird deutlich: Virtual Reality (VR) wird erlebt. Der Nutzer wird „mitgenommen“ – mit allen Sinnen, mit dem Körper, mit im wahrsten Sinne des Wortes „zauberhaften“ Effekten. Was man in der Realität kann, scheint sich in eine künstliche, der Phantasie des Menschen grenzenlose Welt transferieren zu lassen. Die Möglichkeiten sind allumfassend – sie könnten für ganze Wirtschaftszweige einen Paradigmenwechsel bedeuten. In den letzten Jahren hat die Technologie riesige Fortschritte gemacht. Denn die Kompatibilität mit Smartphones ermöglicht einen großen wirtschaftlichen Hebel: den Massenmarkt. Die Branchenumsätze könnten so allein im Jahr 2025 $110 Milliarden erreichen (vgl. Goldman Sachs). Dabei steht die Technologie gerade einmal am Anfang.

Wie jede Innovation hat auch die VR-Technologie ihre Startschwierigkeiten. Eines der aktuell großen Probleme stellt die sog. Cybersickness dar (vgl. Rebenitsch & Owen, 2016). Sie tritt auf, wenn die Sinne im virtuellen Raum Bewegungen melden, der Körper jedoch nicht in Bewegung ist. Man nähert sich der Problematik von zwei Standpunkten: dem Design der virtuellen Welt; und dem Design der Schnittstellen, welche die physisch realen, menschlichen Bewegungen in die Virtualität übertragen (vgl. Turchet, 2015; Dörner et al., 2013).

In unserer Arbeit beschäftigen wir uns mit einer dieser Schnittstellen, den stationären Plattformen zur Fortbewegung im virtuellen Raum. Sie ermöglichen dreierlei:

  • Der Nutzer nimmt gänzlich interaktiv am Geschehen teil und erreicht damit ungeahnte Möglichkeiten der Immersion.
  • Der Nutzer kann sich – auf der Stelle gehend – unendlich in der virtuellen Umwelt fortbewegen.
  • Und schließlich: Die synchrone Übertragung von Fortbewegung kann die Hauptursachen von Cybersickness auf ein Minimum reduzieren.

Hier befassen wir uns schwerpunktmäßig auch mit einer zweiten Problematik: der aus biomechanischer Sicht natürliche Gang des Menschen. Wir stellen uns die Frage: Inwieweit sind aktuelle Konzepte in der Lage, menschliche Gangbilder naturnah zu simulieren?

Was wäre, wenn in 10 Jahren 360°-Laufbänder jede noch so denkbare Bewegung eines Menschen ermöglichten? Wir möchten dem Leser zunächst die Problematik der Cybersickness und die biomechanische Problematik beim Gehen und Laufen auf der Stelle vor Augen führen. Anschließend werden wir einen konzentrierten Überblick über vier aktuelle Lösungskonzepte geben. Hierbei gehen wir näher auf deren Möglichkeiten und Grenzen bei der Simulation menschlicher Fortbewegung ein. Abschließend wagen wir einen kurzen Ausblick, welche Entwicklungen die nahe Zukunft nehmen könnte.


verfasst von Sebastian Gerl


Cybersickness

Cybersickness (oder Simulator Sickness) beschreibt das Einsetzen von Übelkeit und/oder Desorientiertheit während der Wahrnehmung von virtuellen Umgebungen durch an den Kopf angebrachte Displays oder große und gekrümmte Bildschirme.

Symptome: Übelkeit, blasse Haut, Erbrechen, Schwindel, Kopfschmerzen

(nach Rebenitsch & Owen, 2016, S. 102f.)


verfasst von Sebastian Gerl


Der natürlich Gang

Einige Bewegungen bzw. Fortbewegungsformen sind denkbar, um eine virtuelle Welt zu erkunden. Beispielsweise gibt es Fahrradsimulationen, Flugsimulationen in einer liegenden Position, und einige mehr. Die wohl am meisten untersuchte Bewegung, um sich in einer virtuellen Welt fortzubewegen, ist aber das Laufen. Fleißig sind diverse Entwickler auf der Suche nach der perfekten Lauf-Konstruktion. Wie simuliert man einen möglichst normalen Gang mit Hilfe von Maschinen, ohne sich dabei von der Stelle zu bewegen? Diese Frage stellt die Spiele- und VR- Entwickler vor ein großes Hindernis. Bereits im Frühkindalter lernt der Mensch auf zwei Beinen zu stehen. Es dauert nicht lange bis die ersten Schritte folgen und dann steht dem Gehen, Laufen und Rennen nichts mehr im Weg. Was den natürlich Gang ausmacht und worin Probleme bei der Gangsimulation bestehen, wird im Folgenden erläutert.



Laufanalyse

Laufen zählt neben Schwimmen, Radfahren und z.B. Rudern zu den zyklischen Bewegungsabläufen. Es gibt somit keine Endphase (Bewegungspause) und keine Vorbereitungsphase (z.B. Anlauf). Nach Jonath et al. (1995) unterscheidet man vor allem im deutschsprachigen Raum das Laufen in vier Phasen:

  1. Die vordere Stützphase: beginnt mit Aufsetzen des Fußes und endet mit Übergang von Kniebeugung zu Kniestreckung
  2. Die hintere Stützphase: beginnt mit Kniestreckung und endet mit Lösen des Fußes
  3. Die hintere Schwungphase: beginnt mit Lösen des Fußes vom Boden und endet mit Übergang von Kniebeugung zu Kniestreckung des hinteren Schwungbeins
  4. Die vordere Schwungphase: beginnt mit Kniestreckung des hinteren Schwungbeins und endet mit erstem Bodenkontakt

Ab einer gewissen Lauf- oder Sprintgeschwindigkeit kommt eine weitere Phase, die Flugphase (zwischen Phase 2 und 3) hinzu (vgl. Neumann & Hottenrott, 2016).

Abb. 1: Eigene Darstellung: Laufzyklus - 9 Phasen zur besseren Unterteilung

Ein weiterer wichtiger Punkt für das gesunde natürliche Laufen ist der Fußtyp. Je nach Ausbildung der Muskulatur, Belastungshäufigkeit oder Strukturversteifungen kann zwischen einem Normalfuß, Hohlfuß, Senkfuß und Plattfuß unterschieden werden (vgl. Neumann & Hottenrott, 2016). Die letzten drei genannten Typen können auf lange Sicht zu Reizungen, Druckstellen und anderen Schmerzen führen. Aber viel wichtiger: eine Fehlstellung kann sich durch den gesamten Körper ziehen und so beispielsweise auch an der Hüfte und der Wirbelsäule degenerative Spuren hinterlassen. Meist helfen individuelle Einlagen, welche im Sportschuh getragen werden können (ebd.). Vielleicht mag es selbstverständlich erscheinen, doch es ist auch darauf zu achten, in Laufrichtung den Fuß gerade aufzusetzen. Eine Fehlstellung nach rechts oder links kann auf Verkürzungen und Abschwächungen der Innen- und Außenrotatoren hindeuten. Weiterhin nimmt die Spurbreite mit steigender Laufgeschwindigkeit ab und nähert sich einer Linie an (ebd.).
Ein letzter wichtiger Punkt ist die Lauftechnik. Ist man ein Rückenfußläufer (Stemmschritt mit Ferse zuerst) oder ist man eher ein Vorderfußläufer (mit Ballen zuerst wie beim Barfußlaufen)? Vorderfußläufer kompensieren die wirkenden Stemmschritt-Kräfte wesentlich besser als Rückfußläufer (siehe Abb. 3). Neumann & Hottenrott (2016) erörtern weiter, dass es aufgrund ausladender Laufschuhsohlen zu extremen Pronations- oder Supinationsbewegungen beim Lauf kommen kann. Die übermäßigen Zug- und Scherkräfte würden eine Fehlbeanspruchung der Achillessehne bewirken. Knie- und Rückenbeschwerden seien vorprogrammiert.

Abb. 2: Eigene Darstellung: Bodenreaktionskräfte










Problem: Gehen auf der Stelle?

Um dem Problem der Cybersickness vorzubeugen und sich von seinen eigenen Sinnen nicht täuschen zu lassen, aber auch um selbst im virtuellen Raum aktiv zu werden, bedarf es der sogenannten „Walking-in-Place“-Technik. Der Nutzer wird nicht nur visuell durch einen Raum geführt, sondern kontrolliert seine Bewegung und Geschwindigkeit durch seinen eigenen Bewegungseinsatz. Durch ein Tracking-Verfahren ändert sich in Echtzeit auch seine Position im Spiel, sobald er auf der Stelle läuft. Studien zeigen, dass das Walking-in-Place im Vergleich zum rein virtuellen Sehen ohne Körperbewegung die Präsenz erhöht; nur die reale Bewegung biete noch eine höhere Präsenz (vgl. Dörner et al., 2013).

Wie hier deutlich wird, kann die virtuelle Welt in Kombination mit Laufen auf der Stelle nicht die Realität ersetzen. Es ist aber möglich, die virtuelle Welt auf diese Art realer wahrzunehmen. Der große Knackpunkt ist nun, wie man dem Nutzer ein Walking-in-Place-Gefühl ermöglicht. Es muss also eine Apparatur konzipiert werden, welche möglichst reales und gesundes Laufen auf der Stelle simuliert.

Der erste Gedanke, der einem dabei kommt, ist sicherlich das Laufband. Doch denkt man einen Schritt weiter, ist es nur logisch, dass das klassische Laufband, wie man es aus dem Fitness-Studio kennt, für das Erkunden einer virtuellen Welt keineswegs geeignet ist. Ausschlaggebend ist die Eigenschaft, sich auf dem Laufband nur vorwärts und rückwärts bewegen zu können. Zusätzlich wird das Band meist elektrisch auf eine bestimmte Geschwindigkeit eingestellt und angetrieben. Eine spontane bzw. flexible Richtungsänderung sowie das Laufen in eine seitliche Richtung ist demnach nicht möglich. Nicht zuletzt geht der Sportler eine unnatürliche Verbindung zu seiner Umgebung ein (vgl. Mickel, 2009). Studien über das Laufen auf dem Laufband im Vergleich zum freien Laufen haben gezeigt, dass sich bei gleicher Geschwindigkeit die Schrittlänge verringert, während die Schrittfrequenz sich erhöht (vgl. Alton et al., 1997). Weiterhin untersuchten Alton et al. (1997), dass die Standphase sich zu Gunsten der Schwungphase verlängert. Auch die Schrittbreite soll sich auf dem Laufband erhöhen, was auf einen stabileren Stand und somit ein höheres Sicherheitsgefühl zurückzuführen sei (vgl. Stolze et al., 1997). Das Laufen auf dem Laufband weicht demnach von natürlichen Laufbewegungen ab. Wass et al. (2005) sprechen sogar von einer „new motor task“, also einer neuen Bewegungsform, was deutlich wird, wenn Menschen das erste Mal auf einem Laufband stehen und laufen sollen. Oft ist die Unsicherheit sehr groß und das Laufen auf dem Band hat während der ersten Schritte nichts mit dem natürlichen Gehen zu tun.

Die Entwickler stehen also vor der Herausforderung, eine neue Laufkonstruktion zu entwickeln oder das klassische Laufband entsprechend umzubauen. Letztendlich sollten die Hersteller neuer Bewegungsplattformen auch noch auf folgende Punkte achten: Da wäre z.B. die Eigenschaft, dass nicht jeder einen „Normalfuß“ hat. Viele Menschen tragen Einlagen und so wäre es wichtig, darauf zu achten, dass die Plattform im besten Fall mit eigenen Laufschuhen oder wenigstens mit vorgegebenen Schuhen verwendet werden kann, in welche der Benutzer seine Einlagen einlegen kann. Weiterhin wäre mit Blick auf den Laufstil (Rückfuß-, oder Vorfußläufer) bei längerem Gebrauch einer Plattform darauf zu achten, den Untergrund so zu gestalten, dass hohe Bodenreaktionskräfte abgefedert bzw. gedämpft werden. Hier könnte die Maschine sogar gelenkschonender als andere Untergründe (wie z.B. Asphalt) sein.

Bedingungen an eine Bewegungsplattform (nach Turchet, 2015):

Allgemein

  • Kabellose Verbindung
  • Kontaktunterbrechung zwischen Fuß und Gerät in der Flugphase
  • Einfach anzuziehen bzw. hinein zu kommen
  • Leicht und komfortabel
  • Strahlt Sicherheit aus

Fortbewegung

  • System erlaubt verschiedene Bewegungen wie: Gehen, Laufen, Springen, Sprinten
  • System erlaubt jederzeit zu stoppen oder zu beschleunigen
  • System erlaubt Benutzer die Geschwindigkeit zu variieren
  • System erlaubt Benutzer die Richtung beliebig zu ändern: links, rechts, vorne, hinten, auf und ab
  • Kein physisches Hindernis bei einer Bewegungsausführung

Erkundung

  • Bewegung in eine Richtung bei Blick in eine andere Richtung sollte möglich sein.
  • Bewegung sollte gebückt, aufrecht etc. möglich sein.
  • Hoher Druck, z.B. Stampfen, sollte möglich sein.

Diese und weitere Aspekte gilt es für die VR-Entwickler zu berücksichtigen auf der Suche nach der perfekten 360° Gang-Simulation. Inwieweit einige Hersteller dies in Ihren Konzepten berücksichtigen, folgt im nächsten Abschnitt.


verfasst von Andreas Groß


Konzepte zur Integration von Bewegung in Virtual Reality

Im Folgenden werden verschiedene, aktuelle Konzepte vorgestellt, die es ermöglichen sollen, Fortbewegung in die Virtuelle Realität zu übertragen. Es soll dabei näher auf den unternehmerischen Hintergrund, den Aufbau der Geräte, und die Qualität der Umsetzung in Bezug auf die Simulation der menschlichen Gangbilder eingegangen werden.

Wir möchten an dieser Stelle explizit darauf hinweisen, dass wir die Geräte nicht selbst testen konnten und uns bei unseren Beurteilungen auf die angegebenen Quellen und eigene Beobachtungen der in den Videos zu sehenden Personen beziehen. In einer zukünftigen Arbeit könnte man diese Limitation zum Anlass nehmen, um Vor- und Nachteile der Geräte mit Hilfe eigener praktischer Erfahrungswerte zu erweitern.



"Kat Walk"


Das chinesische Unternehmen KatVR wirbt mit seinem 9000 US-Dollar teuren VR-Gadget namens Kat Walk für ein herausragendes VR-Erlebnis (vgl. PC Games). Kat Walk soll das Laufen durch virtuelle Welten authentisch simulieren und dabei ein sehr gutes Immersionsgefühl bieten (ebd.). In Kombination mit den aktuell am Markt erhältlichen Virtual-Reality-Brillen wie Oculus Rift, HTC Vive und Playstation VR soll das Problem der Bewegungsbeschränkung aufgrund der in den letzten Jahren weiterentwickelten Spezifikationen überwunden werden (ebd.): Von oben durch eine Stange mit einem Hüftgürtel befestigt läuft der Nutzer mit speziellen Schuhen über eine mit Bewegungssensoren ausgestattete Bodenplatte. Das Gehen, Laufen, Springen und sogar das Knien werden somit ermöglicht.

KatVR liefert in der Entertainment-Branche bereits erste Exemplare an Spielhallen aus, welche deren Benutzung als Dienstleistungsangebot vermarkten. Darüber hinaus sind erschwinglichere Versionen für Privathaushalte in Planung (ebd.).

Möglichkeiten: Das Gerät ermöglicht neben Gehen und Laufen auch andere Bewegungen wie Hüpfen, Sitzen und Ducken.

Grenzen: Das Konzept setzt in der Rückführungsphase auf ein unnatürliches Gleiten des Fußes. Auf der glatten Lauffläche ist dadurch ein fester Abdruck des Fußes nur eingeschränkt möglich. Besonders gut zu sehen ist dies beim Rückwärtslaufen auf dem Kat Walk. Zudem ist die Lauffläche leicht gewölbt. In den Stützphasen dürfte der Körperschwerpunkt damit nicht optimal über dem Fuß liegen. Es ist anzunehmen, dass Belastungsspitzen in ungünstigen Winkelstellungen von Fuß-, Knie, und Hüftgelenk die Folge sind, sofern der Nutzer mit dem vollen Körpergewicht auftritt.


verfasst von Christopher Schmidt


"Virtualizer"


Der Virtualizer von Cyberith ist eine Erfindung von Studenten der TU Wien (vgl. golem.de). Im B2B-Bereich (z.B. Freizeitparks) und in der Forschung (z.B. Psychologie) steht das Produkt bereits in der Einführungsphase (vgl. cyberith.com).

Die Konstruktion beinhaltet eine glatte, ebene Bodenplatte, welche nur mit Socken betreten wird (ebd.). Sie setzt ähnlich wie der Kat Walk auf ein Gleiten der Füße hin zum Ausgangspunkt. Um die Platte herum ist ein Metallgestell mit drei vertikalen Pfosten befestigt. An diesen ist in der Mitte ein höhenverstellbarer Riemen angebracht, welcher das Körpergewicht des Nutzers trägt und damit ein Heben des Fußes nach der ersten Stützphase ermöglicht. Der Riemen registriert zusätzlich Rotationen des Nutzers und vertikale Bewegungen (Sprünge werden ebenso registriert) (ebd.). Der Nutzer wird gesichert und getragen, sollte dieser sich in der virtuellen Realität beispielsweise in ein Fahrzeug begeben (ebd.).

Das Modell eignet sich für Personen bis zu einer Größe von 210 cm und einem Gewicht von 120 kg (vgl. golem.de). Der Preis variiert je nach Ausbaustufe (z.B. taktiles Feedback) zw. 750 - 950 US-Dollar (Stand 2013) (ebd.). Im Vergleich mit anderen Plattformen ist der Virtualizer damit deutlich preiswerter.

Möglichkeiten: Das Gerät ermöglicht - ebenso wie der Kat Walk - Gehen, Rennen, Springen und Sitzen.

Grenzen: Das Konzept setzt - ebenso wie der Kat Walk - auf ein Gleiten der Füße statt auf einen festen Abdruck. Weil die Lauffläche eben ist, könnte der Fuß gleichmäßig aufsetzen. Jedoch kann der Nutzer ein Heben des Fußes nach der 1. Stützphase nur dadurch gewährleisten, indem er den Oberkörper stark in die Sicherung an der Hüfte „hineinlegt“. Der Effekt ist, dass der Körperschwerpunkt zu weit nach vorne wandert und dadurch unnatürlich über dem Fuß steht. Eine weitere Einschränkung besteht darin, dass man das Gerät nur mit Socken benutzen kann. Eventuelle Fehlstellungen der Füße können durch Einlagen oder spezielle Laufschuhe nicht korrigiert werden.



verfasst von Christopher Schmidt


"Virtusphere"


Der Virtusphere ist eine weitere Bewegungsplattform, die es dem Nutzer ermöglicht, sich frei in der virtuellen Welt fortzubewegen. Das Konzept setzt auf eine im Durchmesser etwa 3m breite Hohlkugel, welche auf einem mit Rollen besetzten Fundament aufliegt (vgl. virtusphere.com). Dies erlaubt der Hohlkugel, je nach der Bewegungsrichtung des Nutzers, sich frei um die eigene Achse zu drehen. Zusätzlich erfassen Sensoren Bewegungsdaten des Nutzers, die in Echtzeit in der virtuellen Umgebung nachgebildet werden (ebd.).

Neben einem Preis von mutmaßlich 50.000 US-Dollar, der Größe von ungefähr 3 Metern und einem Gewicht von über 250kg ist der Virtusphere bislang untauglich für den Massenmarkt. Es wird auf der Homepage dennoch zur Vermarktung angeboten (siehe "Customers").

Möglichkeiten: Weil aufgrund des rutschfesten Untergrundes ein fester Abdruck möglich ist, können die Gangbilder besser als bei „Gleit-Konzepten“ simuliert werden.

Grenzen: Einmal in Bewegung gesetzt, dreht sich die Kugel durch ihr hohes Eigengewicht weiter (Trägheitsmoment). Selbst bei kleinen oder langsamen Schritten tritt dieser Effekt auf, so dass der Nutzer, wenn er stehen bleiben möchte, in jedem Fall stets etwas mitlaufen muss bis der Schwung nachlässt. Selbst bei kleinen Richtungswechseln dürfte der Nutzer ab einer gewissen Geschwindigkeit bereits die Trägheit der Kugel spüren. Grobe und schnelle Richtungswechsel sind demnach unmöglich.


verfasst von Christopher Schmidt


"Infinadeck"


Das Infinadeck von George Burger ist ein omnidirektionales Laufband und greift auf ein Konzept zurück, an dem bereits seit 1999 geforscht wird (vgl. Iwata, 1999). Der Nutzer wird während der Fortbewegung von einem Hüftgurt, welches über ein flexibles Gestänge mit dem Rahmen verbunden ist, in der Mitte der Plattform gehalten (vgl. infinadeck.com). Ebenso werden über den Hüftgurt Veränderungen der Oberkörperneigung des Nutzers registriert (z.B. beim Übergang vom Gehen zum Laufen), worüber die Geschwindigkeit des Bandes permanent angepasst wird (vgl. roadtovr.com).

Der Untergrund besteht aus mehreren zusammengefügten Bändern, die über zwei Motoren angetrieben werden (ebd.). Das Band ändert die Laufrichtung, sobald der Nutzer eine andere Richtung einschlägt: Gehen, Laufen, Stehen bleiben und Knien ist somit möglich. Die Höchstgeschwindigkeit beträgt laut Homepage des Herstellers derzeit etwa 10 km/h. Mit einer Länge von 1,6 Metern, einer Breite von 1,7 Metern und einer Höhe von 0,4 Metern nimmt das Gerät weniger Platz in Anspruch als das Vorgängermodell (ebd.). Im selben Vergleich ist zudem das Gewicht mit ca. 500 Pfund (knapp 227 kg) fast um die Hälfte leichter, und auch die Lautstärke des Motors konnte ebenso um die Hälfte reduziert werden (ebd.). Die anfänglichen Schwierigkeiten, welche die Plattform mit schnellen Richtungswechseln hatte, wurden bei der neueren Version deutlich verbessert (ebd.).

Eine Angabe über den Preis des aktuellen Prototyps ist derzeit nicht verfügbar. Neben dem Gaming-Bereich dürfte das Infinadeck aufgrund der Möglichkeit, Gangbilder relativ naturnah zu simulieren, auch für das Gesundheitswesen oder für die kommerzielle Vermarktung in Fitnessstudios interessant sein.

Möglichkeiten: Dadurch, dass ein fester Abdruck möglich ist, hat die Plattform viel Potenzial im Hinblick auf eine „naturnahe“ Simulation der Gangbilder. Zudem sind schnelle Richtungswechsel möglich. Die Oberkörperneigung entspricht weitgehend der Körperhaltung bei natürlichen Gangbildern, wodurch der Körperschwerpunk günstiger als bei den passiven Bewegungsplattformen über den Füßen liegt.

Grenzen: Inwieweit das Gerät auf sehr kleine und langsame Schritte reagiert, kann ohne einen Praxistest nicht geklärt werden. Bei mehreren kleinen Schritten würde der Nutzer einen kleinen Ortswechsel auf dem Band vollziehen und müsste, sofern das Gerät die Bewegung nicht sofort ausgleichen würde, im Nachhinein zentriert werden (d.h. „gefahren werden“).


verfasst von Christopher Schmidt


Zusammenfassung

In diesem Wiki wurden vier verschiedene Konzepte vorgestellt, wie man sich dem Problem der omnidirektionalen Fortbewegung auf der Stelle nähern kann. Es wird deutlich: Was durch ein unidirektionales Laufband vermeintlich unkompliziert lösbar zu sein scheint (einen ersten Prototyp gab es bereits 1889 von Zuntz und Lehmann), stellt die Ingenieure vor eine komplexe Aufgabe, sobald dem Menschen alle Freiheitsgrade zur Verfügung stehen sollen. Der Komplexitätsgrad steigt dann noch einmal steil an, sobald man sich bei der Snychronisation der Fortbewegungsarten an der Prämisse der aus biomechanischer Sicht natürlichen menschlichen Gangbilder orientiert.

Unser Fazit

Erstens: Es ist sicherlich mit allen Konzepten möglich, der Symptomatik von Cybersickness entgegenzuwirken. Denn durch die reale Bewegung auf der Stelle ermöglichen sie es dem Nutzer, sich auch im virtuellen Raum fortzubewegen. So lassen sich die visuellen Reize aus der virtuellen Welt in der physisch realen Welt mit dem ganzen Körper nachempfinden. Abschließend können wir die Frage nach der Qualität der Kongruenz der beiden „Welten“ jedoch nur spekulativ beantworten. Ein Praxistest (siehe unten: „weiterführendes Wiki“) könnte hier für deutlich mehr Klarheit sorgen.

Zweitens: Passive Bewegungsplattformen, die in der Rückführungsphase des Fußes auf eine Gleitbewegung statt eines festen Abdrucks setzen, machen es dem Nutzer unmöglich, Gehen oder Laufen auf eine natürliche Weise nachzuahmen. Das größte Potenzial in dieser Hinsicht hat unserer Meinung nach deshalb das Infinadeck. Weitere technologische Verfeinerungen, welche etwa die Reaktionsschnelligkeit des Bandes erhöhen, würden dem Konzept sicherlich weiterhin große Aufmerksamkeit schenken. Weil es sich bei dieser Schnittstelle von Mensch und Maschine um komplexe, interdisziplinäre Fragestellungen handelt, erwarten wir in Zukunft eine weitere Bearbeitung von der wissenschaftlichen Seite. Es wäre deshalb nicht überraschend, wenn der interessierte Leser bei der Verfolgung dieses Themas künftig auf neue Ausgründungen stoßen wird.


Themenvorschläge für Folge-Wikis:

  1. Virtuelle Umarmung? Ethische Fragen zur Zukunft von Virtual Reality
  2. Body-Tracking: Positionsübertragung in den virtuellen Raum
  3. „Fully immersive“: Wie Wearables die virtuelle Realität täuschend echt werden lassen.
  4. Bewegungsplattformen für die Fortbewegung im virtuellen Raum: ein Praxistest


verfasst von Sebastian Gerl


Ausblick

Wo wird die Reise hingehen? Wie weit wird die Technologie in nicht allzu ferner Zukunft sein? Sagen wir im Jahr 2025? Wie gezeigt wurde, sind die Hersteller mit den derzeitigen Bewegungsplattformen schon heute in der Lage, die menschliche Fortbewegung in alle Richtungen zu simulieren – und es reicht unter Berücksichtigung der Kostenseite für eine erste kommerzielle Vermarktung vor allem in der Entertainment-Branche.

Was wäre nun, wenn sich dieser Trend fortsetzt? Was wäre, wenn sich die Technologie, vergleichbar mit den Fortschritten des Computers oder des „Handys“, mit zunehmendem Tempo weiterentwickelt und die Anschaffungskosten auf ein für den Massenmarkt zugängliches Niveau fallen? Könnte dies in vielen Wirtschaftszweigen tatsächlich einen Paradigmenwechsel einleiten? Wer tiefere Einblicke in die gesamte Branche erhält (hierzu zählen auch die Entwicklungen im Bereich Augmented Reality und Mixed Reality), der lässt sich von der hohen Erwartungshaltung gerne mitnehmen.

Es ist aus unserer Sicht nicht abwegig damit zu rechnen, dass das Internet der Zukunft nicht mehr nur vor dem Computer sitzend, sondern - ganz alltäglich - mit dem ganzen Körper aktiv erlebt werden kann. Für soziale Medien und allgemein für die digitale Kommunikation könnte dies sogar bedeuten, dass zwischenmenschliche Interaktionen in einer neuen Form gelebt werden können. Bereits heute existieren prototypische Wearables, welche taktiles und thermisches Feedback geben können (vgl. Teslasuit); bereits heute lassen sich Meetings im virtuellen Raum mit einem Avatar abhalten (vgl. Social VR); bereits heute finden Museumsführungen, Hausbegehungen oder Wellnessreisen in der virtuellen Welt statt.

Auch für Fitnessstudios lässt sich unserer Meinung nach ein großes Potenzial erkennen (vgl. "Virtual Reality Setups"): Eine Ausstattung mit VR-Bewegungsplattformen statt Laufbändern könnte dem Kunden eine Vielzahl an Begeisterungsfaktoren bieten. Schon heute versuchen Hersteller, mit einfachen, an die Geräte montierten Video-Bildschirmen von der Öde der Inneneinrichtung abzulenken. Ein nächster Schritt in Richtung VR scheint vor diesem Hintergrund nur eine Frage Zeit. Gameplay und Fitness könnten so auf neue Art miteinander verschmelzen.

Sicherlich interessant werden die ethischen Fragen sein, die in diesem Zusammenhang zur Diskussion stehen (siehe Jones, 1996). Werden Menschen mehr erleben können als „nur“ die Natur? Könnte es sein, dass Menschen in eine virtuelle Welt abtauchen, weil sich diese besser den eigenen Wünschen anpassen lässt, oder weil sie ein Vielfaches an Erlebniswert bevorzugen, der sich so in der physisch realen Welt nicht erzeugen lässt? Phänomene des sozialen Rückzugs gibt es bereits seit der Etablierung von Social Media-Plattformen oder Social Network Games. Technologisch wird Vieles auf uns zu kommen. Vielleicht leben wir in einer historisch bedeutsamen Zeit: Wir gehören zu den letzten, die virtuelle und reale Welt noch voneinander trennen können, und der Realität den Vorzug geben.


verfasst von Sebastian Gerl


Fragen

1. Frage: Was versteht man unter Cybersickness?
2. Frage: Welche Phasen unterscheidet man beim menschlichen "Gehen"?
3. Frage: Welches Fazit kann man bilden, wenn man die Konzepte an der "Natürlichkeit" von Gangbildern bemisst?



Literatur

Alton, F., Baldey, L., Caplan, S., Morrissey, M.C. (1998). A Kinematic Comparison of Overground and Treadmill Walking. Clinical Biomechanics, 13, 434-440.

Dörner, R., Broll, W., Grimm, P., Jung B. (2013). Virtual und Augmented Reality (VR/AR). Berlin/Heidelberg: Springer Vieweg.

Hochmuth, G. (1967). Biomechanik sportlicher Bewegungen. Frankfurt a.M.: Limpert-Verlag.

Iwata, H. (1999). Walking About Virtual Environments on an Infinite Floor. Proceedings of IEEE international conference of virtual reality, 286-293.

Jonath, H., Krempel, R., Haag, E., Müller, H. (1995). Leichtathletik 1. Reinbek: Rowohlt.

Mickel, C., Schmidtbleicher, D. (2009). Vergleich des freien Gehens mit dem Gehen auf dem Laufband - eine EMG Studie. Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag.

Neumann, G., Hottenrott, K. (2016). Das große Buch vom Laufen. Aachen: Meyer & Meyer.

Rebenitsch, L., Owen C. (2016). Review on Cybersickness in Applications and Visual Displays. Virtual Reality, 20, 101-125.

Stolze, H., Kuhtz-Buscheck, J.P., Mondwurf, C., Boczek-Funcke, A., Jöhnk, K., Deuschl, G., Illert, M. (1997). Gait Analysis During Treadmill and Overground Locomotion in Children and Adults. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology, 105, 490-497.

Turchet, L. (2015). Designing Presence for Real Locomotion in Immersive Virtual Environments: an Affordance-based Experiential Approach. Virtual Reality, 19, 277-290.

Wass, E., Taylor, N.F., Matsas, A. (2005). Familiarisation to Treadmill Walking in Unimpaired Older People. Gait & Posture, 21, 72-79.


Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Laufzyklus - 9 Phasen zur besseren Unterteilung, eigene Darstellung von A. Groß (2017).

Abb. 2: Bodenreaktionskräfte, eigene Darstellung von A. Groß (2017).


Zum Weiterlesen

Fuchs, P., Moreau, G., Guitton, P. (2011). Virtual Reality: Concepts and Technologies. Boca Raton: CRC Press.

Jones, H. (1996). Virtual Reality: Panacea or Pandora`s Box? Virtual Reality, 2, 147-154.

Steinicke, F., Visell, Y., Campos, J., Lécuyer, A. (2013). Human Walking in Virtual Environments. Perception, Technology, and Applications. New York: Springer.



biomechanik/aktuelle_themen/projekte_ss17/atsb1703.txt · Zuletzt geändert: 09.11.2017 10:42 von Filip Cengic
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