Verschmelzung zwischen virtueller Welt und Realität: Holodeck 4.0

Die Technologie war damals noch zu neu und unausgereift, außerdem war der Kaufpreis der Innovationen sehr hoch und für den Verbrauchermarkt eher unerschwinglich. Doch seit den vergangenen sechs Jahren wird Virtual Reality als mediales und gesellschaftliches Thema immer präsenter.

Den ersten Erfolg erzielten VR-Modelle in der Videospielindustrie: 2006 schaffte es der japanische Hersteller Nintendo mit der Wii-Remote-Fernbedienung für die zugehörige Wii-Konsole. Mit dieser Hardware sollte erstmals eine intuitivere Bewegungssteuerung im freien Raum möglich sein. Vier Jahre später kamen die Microsoft Kinect Steuerung für die Xbox 360 und der PlayStation Move Controller für die Sony PlayStation 3 auf den Markt und waren ebenso erfolgreich.

Heute gibt es neben dem Bereich der Bewegungssteuerung vor allem Neuentwicklungen im Rahmen der Head-Mounted Displays, kurz HMD. Damit sind virtuell bilderzeugende Modelle gemeint, welche wie eine Brille oder ein Helm auf dem Kopf getragen werden. Das wohl bekannteste HMD-Modell ist Oculus Rift, das im Januar 2016 in den Handel kam. Auch Samsung hat ein Gerät für seine Android-Smartphones entwickelt, mit dem (Game-)Applikationen durch eine Brille, genannt Galaxy Gear VR, im virtuellen Erscheinungsbild betreten werden können.

Bis heute sind diese Modelle noch immer nicht hundertprozentig marktreif und bieten den Nutzern kein vollständig realitätsnahes VR-Erlebnis. Dazu trägt vor allem das häufig auftretende Problem der sogenannten Motion Sickness bei – fehlende Übereinstimmung von körperlicher Bewegung und gleichzeitiger virtueller Interaktion. Das bedeutet, dass den Spielern oftmals übel wird, wenn sie sich bewegen und der Spielfluss aufgrund mangelnder Übertragung verzögert wird, so dass Realität und Virtualität nicht 1:1 zusammenpassen.

Das Holodeck wird Realität

Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen in Nürnberg entwickelte in den vergangenen fünf Jahren die weltweit erste Virtual-Reality-Technologie, die eine erhöhte Bewegungsfreiheit und eine exakte Lokalisierung ermöglicht: das Holodeck 4.0. Dadurch soll auch die Problematik der Motion Sickness minimiert werden. In einem Interview mit René Dünkler, Projektleiter und Mitarbeiter der Abteilung Funkortung und -kommunikation, wurden erste Informationen zu Entwicklungsfortschritten und Zukunftsplänen der neuen Technologie bekannt.

Querschrift: Was können sich Außenstehende unter dem „Holodeck 4.0“ vorstellen und wie funktioniert die neue VR-Technologie?

René Dünkler: Das Holodeck befindet sich in unserem   Test- und Anwendungszentrum L.I.N.K. Das steht für Lokalisierung, Identifikation, Navigation und Kommunikation. Es ist eine 1.400 Quadratmeter große Halle, in der ich mich frei bewegen kann. Um in die virtuelle Welt zu gelangen, setze ich eine VR-Brille auf und starte dort eine der inkludierten Apps. Nun kann ich mich durch den gesamten Raum bewegen, also auch in der virtuellen Welt, und bin frei von sämtlichen Kabeln. Zur Nutzung brauche ich also nur die Brille selbst.

Wie genau unterscheidet sich die Technologie von bekannten Markt-Modellen, wie dem Samsung Galaxy Gear oder dem Oculus Rift?

Zum einen nutzen wir natürlich die Standard-Technologien, wie die Samsung Galaxy Gear VR. Wir erweitern sie aber um ein präzises Funklokalisierungssystem, um die virtuelle Welt auf eine freie große Fläche zu bringen. Im Holodeck sind insgesamt zwölf Antennen angebracht, die die Sender von bis zu 100 Nutzern gleichzeitig rund 200 Mal pro Sekunde orten können. Die Lokalisierungsdaten werden per WLAN an die App übertragen. Dadurch werden auch Multiplayer-Funktionalitäten garantiert. Unsere Technologie unterscheidet sich somit von anderen und ist bisher weltweit einzigartig. Es gibt zwar einige Anwendungen, die auf kleinen Räumen funktionieren, beispielsweise auf zehn mal zehn Metern; im Holodeck haben wir aber eine Fläche, die auf bis zu 40.000 Quadratmeter erweitert werden kann.

Wann haben Sie und Ihr Team mit den Entwicklungen für das Projekt Holodeck 4.0 begonnen?

Wir arbeiten seit insgesamt fünf Jahren daran. Erste Versuche haben wir im Frankenstadion in Nürnberg durchgeführt. Damals gab es noch keine produktreifen Virtual-Reality-Brillen. Das Holodeck am Fraunhofer IIS existiert seit Anfang 2015. Die Technologie wird seitdem ständig weiterentwickelt und optimiert. Dazu zählt auch die Verbesserung der sogenannten Sensorfusion – diese soll garantieren, dass die User sich in der virtuellen Welt wohlfühlen.

Vergangenes Jahr fand erstmals ein sogenannter Hackathon* statt. Ziel war es, in nur drei Tagen eine VR-Anwendung für das Holodeck zu entwickeln. Hierbei sind insgesamt elf Projekte von 68 Softwareentwicklern zustande gekommen. Haben diese Ideen Ihrer Meinung nach Zukunft?

* Eine Kombination aus Hacken und Marathon

Erstaunlicherweise war der Hackathon ein großer Erfolg. Die Teams haben in drei Tagen und zwei Nächten wirklich gute Ergebnisse erzielt, weswegen wir auch in Zukunft mit ihnen weiterarbeiten werden und auch neue Partnerschaften geschlossen haben. Beim Hackathon wurden die ersten Anwendungen überhaupt für das Holodeck konzipiert, weshalb das Event auch für uns eine sehr wertvolle Erfahrung war. Die Projekte sind auf jeden Fall zukunftsweisend, vor allem das Gewinnerprojekt „HoloPac“ – die Multiplayer-App orientiert sich am Klassiker „Pac-Man“ aus den 80er Jahren und hat ein ähnliches Design.

Gibt es bereits Anwendungen, die in naher Zukunft auf dem Markt eingeführt werden könnten?

Das wird der nächste Schritt sein. Wir haben noch keine marktreifen Anwendungen entwickelt. Allerdings ist es unser Ziel für das Jahr 2017, auch außerhalb der Halle solche Holodecks in skalierter Version verfügbar zu machen. Die Größenordnung wird dabei abhängig sein von dem, was der Endkunde wünscht beziehungsweise was sich im Markt durchsetzen wird. Derzeit ist noch fraglich, wie die Technologie überhaupt in die breite Masse übergehen kann, oder ob sie nur für spezielle Anwendungen Umsetzung findet.

Welche verschiedenen Bereiche wären für eine VR-Anwendung im Holodeck denkbar?

Es gibt sehr viele Anwendungsgebiete. Zum Beispiel der Architekturbereich, wo das virtuelle Gestalten und Begehen von Häusern möglich ist. Der wohl größte Bereich ist der Gaming-Sektor, aber auch der Entertainmentbereich ist sehr interessant. So kann ich zum Beispiel eine bestimmte Urlaubsregion vor Ort anschauen, bevor ich in den Urlaub fliege. Im Produktionsbereich erleichtert sich die Planung von großen Industrieanlagen. Außerdem können Prozess- und Transportabläufe optimiert werden. Auch für Schulungszwecke eignet sich das Holodeck, zum Beispiel für Betriebsschulungen oder im Bereich der Sicherheitstechnik: Militär, Feuerwehr oder Rettungsdienste könnten realitätsnahe Szenarien simulieren. Im Medizinbereich sind unter anderem Anwendungen zur Therapierung von Phobien, wie Höhenangst, möglich. Nicht zu vergessen ist der Bildungsbereich, wo Lerninhalte virtuell dargestellt und spielerisch vermittelt werden können. Die Anwendungsgebiete sind also sehr breit gefächert. Das Holodeck ist quasi eine Plattform für alles und die Apps ermöglichen dem User, zwischen verschiedenen Szenarien zu switchen.

Welche Faktoren spielen eine Rolle, um die Virtualität so real wie möglich empfinden zu können?

Wichtig ist, dass sich der Nutzer so gefühlsecht wie möglich in die virtuelle Welt reinprojizieren kann. Dazu werden eine hochgenaue Lokalisierung und eine Sensorfusion benötigt. Das heißt, wenn ich in der Halle einen Schritt nach vorne gehe, muss ich mich auch in der virtuellen Welt um einen Schritt nach vorne bewegen. Auch wenn ich meinen Kopf mitbewege oder mich drehe, möchte ich, dass es in der Virtualität ohne Zeitverzögerung genauso geschieht. Und das ist etwas, was bisher nicht immer gelungen ist, aber woran wir arbeiten.

Viele Nutzer klagen auch über sogenannte Motion Sickness – Übelkeit aufgrund fehlender Übereinstimmung zwischen virtueller Welt und körperlicher Bewegung. Wie versuchen Sie dieses Problem zu minimieren?

Bei bisherigen VR-Modellen war es oft so, dass die Nutzer auf einem Stuhl sitzen, wenn sie sich in der virtuellen Welt befinden. Wenn sich dann aber etwas bewegt, wie zum Beispiel beim Autofahren, nehmen die Augen oft etwas anderes wahr, als das, was das Ohr durch das Gleichgewichtsorgan fühlt. Einige Menschen haben Probleme damit, Augen und Ohr aufeinander abzustimmen, was häufig zu Übelkeit und Unwohlsein führt – daher der Begriff „Motion Sickness“. Dadurch, dass wir uns im Holodeck aber tatsächlich frei in der virtuellen Welt bewegen können, reduzieren wir dieses Problem. Dazu tragen vor allem die Lokalisierung und die Sensorfusion bei – wenn diese nicht exakt funktionieren würden, so würde es auch im Holodeck zu dem Problem der Motion Sickness kommen.