Wie funktioniert Virtual Reality (VR)?
Wie entsteht das Gefühl, mitten in einer virtuellen Welt zu stehen? Wir erklären verständlich, wie Virtual Reality technisch funktioniert.
Eine VR-Brille aufsetzen und plötzlich auf einem Berggipfel stehen, durch das Weltall fliegen oder einem virtuellen Gegner gegenüberstehen: Virtual Reality, kurz VR, erzeugt den Eindruck, sich tatsächlich an einem anderen Ort zu befinden. Doch wie gelingt es der Technik, unser Gehirn so überzeugend zu täuschen? In diesem Ratgeber erklären wir verständlich, wie Virtual Reality funktioniert, welche Bauteile in einer VR-Brille stecken und worauf es ankommt, damit die virtuelle Welt glaubwürdig wirkt.
Was ist Virtual Reality überhaupt?
Virtual Reality bezeichnet eine computergenerierte, dreidimensionale Umgebung, in die der Nutzer eintaucht. Anders als bei einem normalen Bildschirm sieht man die virtuelle Welt nicht nur vor sich, sondern ist von ihr umgeben. Dreht man den Kopf, dreht sich auch der Blick in der virtuellen Szene mit. Genau dieses Gefühl, mittendrin zu sein, bezeichnet man als Immersion.
Damit dieser Eindruck entsteht, muss die Technik gleich mehrere unserer Sinne überzeugen, vor allem das Sehen, aber auch das Gefühl für Bewegung und Raum.
Wie entsteht der räumliche 3D-Eindruck?
Der Kern jeder VR-Brille ist die räumliche Darstellung. Unsere beiden Augen sehen die Welt aus leicht unterschiedlichen Blickwinkeln. Das Gehirn setzt diese zwei Bilder zu einem räumlichen Eindruck zusammen – wir nehmen Tiefe wahr.
Genau dieses Prinzip ahmt eine VR-Brille nach. Im Inneren befinden sich entweder zwei getrennte Displays oder ein geteiltes Display, das für jedes Auge ein eigenes, leicht verschobenes Bild zeigt. Das Gehirn fügt beide Bilder zusammen und erzeugt so den dreidimensionalen Eindruck. Dieser Effekt wird als Stereoskopie bezeichnet.
Vor den Displays sitzen Linsen. Sie sorgen dafür, dass das nur wenige Zentimeter entfernte Bild für das Auge scharf erscheint, und weiten das Sichtfeld auf, damit die virtuelle Welt möglichst den gesamten Blick ausfüllt.
Wie weiß die Brille, wohin ich schaue?
Damit sich die virtuelle Welt passend zu unseren Bewegungen verändert, muss die Brille jederzeit wissen, wie der Kopf im Raum ausgerichtet ist. Diese Aufgabe übernimmt das sogenannte Tracking. Dabei kommen verschiedene Sensoren zum Einsatz:
- Beschleunigungssensor und Gyroskop: Sie erfassen, wie die Brille geneigt, gedreht und bewegt wird. Diese Sensoren stecken auch in jedem Smartphone.
- Kameras: Moderne Brillen besitzen nach außen gerichtete Kameras, die die Umgebung beobachten und daraus die genaue Position im Raum berechnen.
Man unterscheidet zwei grundsätzliche Verfahren. Beim Inside-out-Tracking sitzen die Kameras in der Brille selbst und blicken nach außen. Beim Outside-in-Tracking stehen externe Sensoren oder Basisstationen im Raum und beobachten die Brille. Aktuelle Geräte für den Heimgebrauch setzen meist auf das praktischere Inside-out-Tracking, da hier keine zusätzlichen Geräte aufgebaut werden müssen.
Warum ist eine niedrige Verzögerung so wichtig?
Ein entscheidender Punkt für glaubwürdige VR ist die Geschwindigkeit. Wenn wir den Kopf bewegen, muss sich das Bild praktisch ohne spürbare Verzögerung mitbewegen. Die Zeitspanne zwischen Bewegung und passender Bildanzeige nennt man Latenz.
Ist diese Verzögerung zu groß, passt das, was wir sehen, nicht mehr zu dem, was unser Gleichgewichtssinn meldet. Das kann zu Unwohlsein führen, das oft als Motion Sickness oder Cyber Sickness bezeichnet wird. Damit das nicht passiert, arbeiten VR-Brillen mit hohen Bildwiederholraten, häufig 90 Bilder pro Sekunde oder mehr. Je flüssiger und schneller das Bild aktualisiert wird, desto angenehmer und überzeugender ist das Erlebnis.
Wie steuere ich die virtuelle Welt?
Zum Eintauchen gehört auch, mit der virtuellen Umgebung zu interagieren. Dafür liegen meist zwei Controller bereit, die ebenfalls im Raum verfolgt werden. Bewegt man die Hände, bewegen sich die virtuellen Hände entsprechend mit. Über Tasten und Trigger lassen sich Objekte greifen oder Aktionen auslösen.
Viele aktuelle Brillen beherrschen zusätzlich ein Handtracking, bei dem die Kameras die bloßen Hände erkennen, sodass man ganz ohne Controller bedienen kann. Einige Geräte erfassen außerdem die Blickrichtung der Augen, was für eine noch natürlichere Steuerung genutzt werden kann.
Welche Arten von VR-Brillen gibt es?
Grob lassen sich zwei Bauarten unterscheiden:
- Autarke Brillen: Sie enthalten den kompletten Computer samt Prozessor und Akku im Gerät und benötigen keinen externen Rechner. Das macht sie besonders einfach in der Nutzung.
- PC- oder konsolengebundene Brillen: Sie nutzen die Rechenleistung eines angeschlossenen Computers oder einer Spielkonsole. Dadurch sind oft aufwendigere, grafisch anspruchsvollere Anwendungen möglich.
Vom Begriff der Virtual Reality abzugrenzen ist die Augmented Reality (AR). Dabei wird die echte Umgebung nicht ersetzt, sondern um virtuelle Elemente ergänzt. Mischformen aus beidem fasst man häufig unter dem Begriff Mixed Reality zusammen.
Wo wird Virtual Reality eingesetzt?
Bekannt ist VR vor allem aus dem Spielebereich. Die Technik wird jedoch in vielen weiteren Feldern genutzt, etwa für Trainings und Simulationen in der Medizin oder Luftfahrt, für virtuelle Besichtigungen von Gebäuden, für gemeinsame virtuelle Meetings oder zu Lernzwecken. Überall dort, wo es hilfreich ist, eine Situation realitätsnah zu erleben, ohne tatsächlich vor Ort zu sein, kann Virtual Reality ihre Stärken ausspielen.
Fazit
Virtual Reality funktioniert durch ein cleveres Zusammenspiel mehrerer Komponenten: zwei leicht versetzte Bilder erzeugen räumliche Tiefe, Linsen machen sie scharf und weit, Sensoren verfolgen jede Kopfbewegung und eine niedrige Latenz sorgt dafür, dass alles flüssig zusammenpasst. Erst dieses Gesamtpaket erzeugt das überzeugende Gefühl, wirklich in einer anderen Welt zu sein. Wer dieses Prinzip verstanden hat, kann die Technik besser einordnen und bewusster auswählen, welche VR-Brille zu den eigenen Wünschen passt.
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