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Virtual Reality

Eine kurze Geschichte

von Philipp Maruhn & Lorenz Prasch
Auch wenn die neuesten Marketingkampagnen etwas anderes suggerieren wollen: Virtual und Augmented Reality gibt es schon viel länger, als die meisten Menschen denken. Zeit für eine Geschichtsstunde.

Bei Virtual Reality geht es darum in völlig neue Welten einzutauchen. Die Idee, der Realität zu entfliehen und sich vorzustellen, was sein könnte, ist jedoch so alt wie die Zeit selbst. Beginnend mit dem bloßen Geschichtenerzählen am Lagerfeuer, haben die Erzählmedien mit dem technologischen Fortschritt Schritt gehalten. Die Grundlagen heutiger VR Brillen wurden bereits lange vor dem digitalen Zeitalter gelegt.

1789 - La nature a coup d'oeil

Section of the Rotunda, Leicester Square IN - 'Plans, and Views in Perspective'  - Robert Mitchell 1801

Panorama-Aufnahmen gibt es nicht etwa erst seit Smartphones oder Google Street View. 1789 stellt Robert Barker erstmals 360° Gemälde in zylindrischen Gebäuden, sogenannten Rotunden aus. Die Besucher betreten durch einen Tunnel eine Aussichtsplatform und finden sich umgeben inmitten der Szenerie. Man munkelt sogar, dass Queen Charlotte von Großbritannien und Irland Seekrank wurde als sie ein Panorama von Seglern betrachtet, die mit ihrem gekentertem Boot in schwerer See kämpften. Ein erster Bericht von Simulatorkrankheit?

1838 - Die Entdeckung der Stereopsis

Charles Wheatstone-mirror stereoscope XIXc.jpg

Vielleicht erinnert ihr euch noch an euren ersten 3D Film. Die technische Grundlage wurde bereits vor langer Zeit geschaffen. 1838 beschreibt Charles Wheatstone erstmals die Grundlagen binokkularen Sehens unter dem Begriff "Stereopsis". Er stellt einen Apparat vor, mit welchem es möglich ist zeitgleich mit dem linken und dem rechten Auge zwei perspektivisch leicht versetzte Zeichnungen (Stereogramme) zu betrachten, um somit eine Illusion räumlicher Tiefe zu erzeugen.

1865 - Das Stereoskop

handeheld wooden appartus with two lenses to watch 3d images

David Brewster erkennt das Potenzial des Wheatstone'schen Apparats und, ganz im Sinne eines menschenzentrierten Ansatzes, auch dessen Schwachpunkt: die schlechte Usability. Er entwickelt sein Lentikular-Stereoskop, einen Handbetrachter für Stereobilder. Wenn man sich nun ein Band vorstellt, um das Gerät am Kopf zu befestigen, ist dies der Vorläufer heutiger HMDs (Head Mounted Displays) oder einfach VR-Brillen. Das Aufkommen der Fotografie, insbesondere der Stereofotografie, führte zu einer raschen Verbreitung der Stereoskope.

1957 - Telesphere Mask

Das Prinzip der Stereoskope blieb lange Zeit unverändert. Bis sich 1957 der Filmemacher Morton Heilig des Themas annimmt. Mit seinem Stereoscopic-Television Apparatus for Individual Use macht er es sich zur Aufgabe, immersive Erfahrungen in der Bevölkerung zu verbreiten. Die Ähnlichkeiten seiner Patentzeichnungen mit den heutigen VR-Brillen sind bemerkenswert.

1961 - Sensorama

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Mit seinem Sensorama geht Morton Heilig noch einen Schritt weiter und schafft eine wahrhaft immersive Erfahrung. Mit einem Wackelsitz, Geruchsgeneratoren, stereoskopischem Video, Stereoton und einer Windmaschine kann der Benutzer in einen von 5 Filmen eintauchen, wie zum Beispiel einen Hubschrauberflug oder, ..., eine Bauchtanzvorführung. Heilig erkannte aber auch den Nutzen seiner Apparatur über die bloße Unterhaltungsindustrie hinaus und schlägt bereits in seinem Patent von 1961 den Einsatz zum Training in Gefahrensituationen vor.

1961 - Headsight

Charles Comeau und James Bryan entwickeln Headsight, ein Closed-Circuit Television Survuilance System. Die Besonderheit dabei: die Einführung von Head Tracking. Dem Bediener wurde mittels eines HMD das Bild einer entfernten CCTV-Kamera gezeigt. Die CCTV-Kamera reagiert jedoch auf die Kopfbewegungen des Bedieners. Zum ersten Mal ist es möglich, die Kameraperspektive in Echtzeit zu ändern.

1965 - The Ultimate Display

Ivan Sutherland beschreibt seine Vision des ultimativen Displays: "Das ultimative Display wäre natürlich ein Raum, in dem der Computer die Existenz der Materie kontrollieren kann. Ein Stuhl, der in einem solchen Raum angezeigt wird, wäre gut genug, um darauf zu sitzen. Handschellen, die in einem solchen Raum gezeigt werden, würden fesseln, und eine Kugel, die in einem solchen Raum gezeigt wird, wäre tödlich. Mit der richtigen Programmierung könnte ein solcher Raum buchstäblich das Wunderland sein, in das Alice hineingegangen ist." Sutherland (1965, p.508) Ivan Sutherland (1965) The ultimate display Google Scholar

1968 - The Sword of Damocles

Endlich, wir sind angekommen. Inspieriert von Headsight, entwickelt Ivan Sutherland was heute allgemein als erstes VR Headset bekannt ist. Sein "Sword of Damocles" ist benannt nach der stängernen Verbindung zum Erfassen der Kopfposition. Erstmals verwendet Sutherland computergenerierte Bilder: ein dreidimensionaler Drahtgitterwürfel wird über halbverspiegelte Displays als im Raum schwebend angezeigt. Damit handelt es sich eigentlich nicht um das erste VR sondern vielmehr um das erste AR Headset. (Es herrscht im allgemeinen viel Verwirrung über diese beiden und ähnliche Begriffe. Hier ist unser Erklärungsversuch.)

1982 - Atari Research

Atari Logo

Atari wollte mit Virtual Reality die Unterhaltungsindustrie revolutionieren und gründet 1982 Atari Research. Obwohl Atari Research nur 2 Jahre später aufgrund des Videospiel-Crashs oder Atari-Schocks im Jahr 1983 aufgelöst werden muss, versammeln sich in dieser Zeit viele bekannte Namen in der Abteilung, darunter Jaron Lanier und Scott Fisher.

1984 - VPL Research

VPL DataSuit 1

1984 gründet Jaron Lanier VPL Research (Virtual Programming Languages) mit dem Ziel, VR-Systeme zu kommerzialisieren. Obwohl das Unternehmen 1999 geschlossen werden soll, bleibt der von Lanier geprägte Begriff "Virtual Reality" bis heute bestehen.

1990 - NASA Virtual Interface Environment Workstation (VIEW)

Head-mounted display and wired gloves, Ames Research Center

Mitte der 1980er Jahre beginnt die NASA unter der Leitung von Scott Fisher mit der Entwicklung von Mensch-Computer-Interaktionssystemen. Mit dem DataGlove wird auch ein haptisches Eingabegerät entwickelt, mit welchem Nutzer ihre Hände in VR sehen und virtuelle Objekte greifen können. Darüber hinaus wird mit dem DataSuit ein System zum Tracking des gesamten Körpers entwickelt. Hauptanwendungsgebiete sind die Telerobotik, das Verwalten großer integrierter Informationssysteme und die Forschung auf dem Gebiet von Human Factors.

1991 - Virtuality

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1991 beginnt "Developer W. Industries", später umbenannt in "Virtuality Group", mit dem Vertrieb von VR-Arcade-Systemen. Die Geräte haben eine Latenz von nur 50 ms und sind sogar Multiplayer-fähig.

1992 - Die CAVE

CAVE Crayoland

1992 stellen Cruz-Neira et al. Carolina Cruz-Neira, Daniel Sandin, Thomas DeFanti, Robert Kenyon & John Hart The CAVE: audio visual experience automatic virtual environment Communications of the ACM erstmals einen Raum vor, in dem eine virtuelle Umgebung mittels einer Rückwandprojektion dargestellt wird. Sie benennen dieses System mit dem rekursiven Akronym CAVE (Cave Automatic Virtual Environment; wörtlich übersetzt: Höhle mit automatisierter, virtueller Umwelt) und ziehen damit auch eine Parallele zu Platons Höhlengleichnis.

1995 - Nintendo Virtual Boy

1995 veröffentlicht Nintendo den Virtual Boy, das erste 3D-Unterhaltungssystem. Aus Human Factors Perspektive ist das System eine Katastrophe: es ist zu schwer für den Kopf und muss am Tisch befestigt werden. Die Bildschirmtechnik verursacht so starke Cybersickness, dass Nintendo Spielpausen und Warnhinweise einführen muss. Nach nur einem Jahr wird der Verkauf des Systems eingestellt.

2003 - Second Life

Second Life Logo

Die Idee von virtuellen Welten, in denen Menschen sich treffen und interagieren können, gibt es nicht erst, seit Facebook seinen Namen in Meta geändert hat. Im Jahr 1999 gründet Philip Rosedale das Linden Lab, ursprünglich mit dem Ziel, VR-Hardware zu entwickeln. Stattdessen brachte das Unternehmen Second Life heraus.

2012 - Oculus Rift

Oculus Rift - Developer Version - Front

Die erste Welle von VR-Headsets aus den 90er Jahren ist inzwischen wieder abgeebbt und konnte die Massen nicht begeistern. Palmer Lucky, ebenfalls enttäuscht von der aktuellen VR Hardware, startet 2012 eine Kickstarter-Kampagne zur Finanzierung der Oculus Rift, und das mit großem Erfolg. Mit einem noch nie dagewesenen Sichtfeld von 90° wird eine neue Ära von Headsets geboren und damit beginnt der zweite Hype-Zyklus von VR.

2016 - Microsoft HoloLens

HoloLens 2

Im Jahr 2016 veröffentlicht Microsoft die HoloLens, ein eigenständiges AR-Headset. Virtuelle Inhalte können über ein halbtransparentes Display in die Realität eingebettet werden, allerdings nur in einem Sichtfeld von 30° horizontal und 17° vertikal.

2016 - HTC Vive

HTC Re Vive

HTC veröffentlicht in Zusammenarbeit mit Valve die HTC Vive, ein neues VR-Headset und vor allem ein neues Tracking-System. In seiner ersten Version ermöglicht das Steam Lighthouse System privaten Endkunden erstmals das Tracking auf einer diagonalen Fläche von bis zu 5 Metern, in der zweiten Version auf einer Fläche von bis zu 10 m x 10 m.

2019 - Oculus Quest

Oculust bringt mit der Oculus Quest ein erstes eigenständiges VR-Headset auf den Markt. Neben dem Headset ist keine weitere Technik wie ein Desktop-PC oder Tracking-Systeme notwendig. Das Tracking ist direkt in die Brille eingebaut und ermöglicht so potenziell einen beliebig großen Tracking-Bereich.

2019 - Varjo XR-1

AR-Headsets sind durch ihr kleines Sichtfeld immer noch stark limitiert. Neben semitransparenten Displays gibt es aber auch die Möglichkeit, die Umgebung über Stereo-Videostreams darzustellen, was zu einer gewissen optischen Einschränkung und Latenz führt, aber das Sichtfeld drastisch vergrößert. 2019 bringt Varjo das XR-1 auf den Markt, ein Headset, das die VR-Brille um AR-Funktionen mittels Video-Pass-Through (ein stereo live Kamerabild der Umgebung) ergänzt.

2021 - VR Flug Simulator

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Traditionell sind Flugsimulatoren oder Flugübungsgeräte große, kuppelartige Simulatoren. Im Jahr 2021 zertifizeirt die EASA zum ersten Mal einen VR-HMD-basierten Simulator.

Fazit

und jetzt?

Ein Blick in die Vergangenheit zeigt, dass viele der derzeit entwickelten Konzepte und Systeme auf längst etablierten Grundideen beruhen. Es zeigt sich aber auch, dass VR besonders stark von technischen Entwicklungen profitiert und sich ständig neu erfindet. Gerade in der Human Factors-Forschung können wir uns dies zunutze machen und die Mensch-Maschine-Interaktion auf immer neue Weise untersuchen. Mit immer leistungsfähigeren Systemen wird auch Augmented Reality zu einem potenten Medium. In Zukunft wird es für Human Factors noch einfacher sein, virtuelle Prototypen mit Nutzern in einem noch früheren Entwicklungsstadium zu testen, was zu immer besseren Designs führt.

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