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Virtual Reality in der Praxis – NovaBot Training

Der NovaBot ist ein Greifarm, der Objekte von einer Fertigungsstrecke A zur Fertigungsstrecke B befördert. Der Nutzer steuert den NovaBot mit einer Fernbedienung. Die Haptik des Greifarms ist aufgrund der drei Gelenke schwer zu erklären. Daher hat der Nutzer die Möglichkeit, die Bedienung in einem Virtual Reality Training zu erlernen. Hierdurch besteht keine Gefahr die Maschine zu beschädigen und der laufende Betrieb muss nicht unterbrochen werden.

Virtual Reality Training NovaBot

Starten Sie das NovaBot Training

Sie können das Virtual Reality Training mit einem beliebigen Browser an Ihrem PC oder mit einer Virtual Reality Brille durchführen.

Wenn Sie das Training durchführen, werden Sie automatisch auf eine weitere Webseite weitergeleitet.

Was ist Virtual Reality?

Der Begriff Virtual Reality kommt aus dem Englischen und bedeutet virtuelle Realität. In einer virtuellen Realität ist der Nutzer von einer dreidimensionalen computergenerierten Abbildung der Umwelt umgeben. Er kann sich in dieser Welt bewegen, sie aus unterschiedlichen Blickwinkeln betrachten, Objekte in der Welt greifen bewegen und verformen. Virtual Reality bietet somit eine Schnittstelle zwischen Mensch und Computer, die über Sprache und Bewegungen gesteuert wird. Jede Handlung des Nutzers wird getrackt und erzeugt eine direkte Rückkopplung der Umgebung auf die menschlichen Sinnesorgane. Virtual Reality beschreibt somit die Wahrnehmung einer nicht wirklich vorhandenen aber wirklich erscheinenden Welt, die aufgrund ihrer Erscheinung und Wirkung erlebt werden kann.

Es gibt vier Schlüsselelemente, die eine computergenerierte Umgebung zu einer virtuellen Realität machen:

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Virtuelle Welt

Eine virtuelle Welt ist ein imaginärer Platz, der durch ein bestimmtes Medium manifestiert ist. In der virtuellen Welt befinden sich Objekte, die sich nach bestimmten Regeln verhalten und in Beziehung zueinander stehen.

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Immersion

Die Immersion bzw. das Eintauchen beschreibt den Zustand, sich in einer Umgebung zu befinden. Es wird unterschieden zwischen mentaler und physischer Immersion. Der Zustand der mentalen Immersion entsteht zum Beispiel bei Filmen oder Hörbüchern. Die physische Immersion ist eine Grundvoraussetzung für die Wahrnehmung von Virtual Reality.

Bei der mentalen Immersion fühlt sich der Nutzer als Beobachter involviert. Er befindet sich somit gedanklich in der dargestellten Szene, spürt jedoch keine physische Verbundenheit. Bei der physischen Immersion erweitert oder ersetzt das Darstellungsmedium der Virtual Reality die aktuelle Wahrnehmung der menschlichen Sinnesorgane. Somit fühlt sich der Nutzer nicht nur mental involviert, sondern nimmt sich als Teil der virtuellen Wirklichkeit war.

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Sensor basiertes Feedback

Sensor basiertes Feedback ermöglicht die Anpassung der virtuellen Realität in Abhängigkeit von der Position oder der Bewegung des Nutzers. Beispielsweise muss sich die Umgebung verändern, wenn der Nutzer den Kopf in eine bestimmte Richtung dreht. Hierfür werden die Bewegungen des Nutzers getracked und in Echtzeit verrechnet.

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Interaktivität

Interaktivität ermöglicht es dem Nutzer Einfluss auf die computerbasierte Welt zu nehmen. Der Nutzer kann seinen Standpunkt ändern, Objekte nehmen und versetzen und bestimmte Handlungen ausführen. Ein weiterer Aspekt der Interaktivität ist, dass sich mehrere Nutzer gleichzeitig in derselben Umgebung befinden und miteinander kommunizieren können.

Wie funktioniert Virtual Reality?

Der Nutzer betritt eine Virtual Reality Szene mithilfe einer Schnittstelle. Diese Schnittstelle verbindet die virtuelle Welt, die als interaktive Computersimulation auf einem digitalen Speichermedium gespeichert ist mit dem Nutzer, der in diese virtuelle Welt eintauchen möchte.

Um die Schlüsselelemente von Virtual Reality erfüllen zu können, muss die Schnittstelle folgende Funktionen haben:

  • Darstellung der Virtual Reality Szene in Echtzeit (Rendering)
  • Erfassen von Bewegungen und Handlungen des Nutzers (Tracking)
  • Verarbeiten der erfassten Information mit Rückkopplung auf die Darstellung der virtuellen Welt

Output – Darstellung der virtuellen Welt

Die einfachste Form der Darstellung einer virtuellen Welt geschieht über Bildschirme (PC oder Tablet). Hierbei werden keine zusätzlichen Komponenten benötigt, allerdings könnte es dem Nutzer schwerer fallen, mental und physisch in die Szene einzutauchen, da er von optischen Reizen außerhalb des Bildschirms abgelenkt wird. Die Alternative hierzu bilden Virtual Reality Brillen. Sie schließen das gesamte Blickfeld des Nutzers ein und verhindern somit äußere optische Reize.
Die akustische Darstellung geschieht über Ohr umschließende Kopfhörer und binauralem Audio Inhalt.

Input – Tracking des Nutzers

Die Bewegungen und Handlungen des Nutzers werden von der Schnittstelle erfasst (Tracking). Auf Basis des Trackings verändert sich die virtuelle Welt, in der sich der Nutzer befindet. Beim Tracking wird zwischen passivem Input (das Trackingsystem erkennt Bewegungen des Nutzers) und aktivem Input (der Nutzer betätigt aktiv einen Button) unterschieden.

Was benötige ich für Virtual Reality?

Um in eine Virtual Reality Szene einzutauchen, wird ein fähiges Endgerät benötigt. Je nach Anforderung, Qualität und Komplexität der Szene sind unterschiedliche Endgeräte möglich.

PC oder Tablet

PC und Tablet stehen weitestgehend jedem Mitarbeiter im Unternehmen zur Verfügung. Es ist also keine Neuanschaffung notwendig. Virtual Reality Szenen auf diesen Endgeräten bieten eine höhere Interaktivität als Videos, Bilder oder Präsentationen. Der Nutzer kann sich frei in einer Szene bewegen und Aktionen mit den enthaltenen Objekten durchführen. Hierdurch entsteht ein spielerischer Charakter, der sich positiv auf die Lernerfolge auswirkt.

Die gesamte Wirkung einer Virtual Reality Szene lässt sich auf einem PC oder Tablet jedoch nicht entfalten. Da die Darstellung der Szene auf den Monitor begrenzt ist, hat der Nutzer kein abgeschlossenes Sichtfeld, was zu einer erschwerten mentalen und physischen Immersion durch äußere Reize führt. Das Sichtfeld beträgt ca. 30° bis 40°, was für eine Virtual Reality Anwendung sehr wenig ist.

Smartphone mit Virtual Reality Headset

Ein Virtual Reality Headset ist eine Brille mit eingebauter 3D-Optik. Vor diese Optik wird das Smartphone geklemmt und die Virtual Reality Szene wird auf dem Bildschirm des Smartphones dargestellt. Durch die 3D-Optik stellt sich dann für den Nutzer der dreidimensionale Virtual Reality Effekt ein. Die Steuerung der Szene funktioniert über einen Bluetooth Controller oder über Knöpfe am Headset.

Das Virtual Reality Headset ist vergleichsweise preiswert (20 Euro – 50 Euro). Allerdings ist die Qualität der Szene von den Spezifikationen des Smartphones abhängig. Hier wird mindestens ein mittelklassiges Produkt benötigt. Wichtig beim Kauf des Headsets ist, darauf zu achten, ob das Headset mit dem vom Nutzer verwendeten Smartphone kompatibel ist.

Das Sichtfeld beträgt in etwa 90° und durch das geschlossene Gehäuse dringen keine optischen Reize von außen ein. Das Tracking der Kopfposition wird von den Sensoren im Smartphone übernommen. Ein Tracking der Position des Nutzers ist nicht möglich.

Gerade, um erste Erfahrungen mit Virtual Reality zu sammeln, eignet sich das Virtual Reality Headset in Verbindung mit einem Smartphone als preisgünstige Alternative zu einer Virtual Reality Brille.

Virtual Reality Brille

Die Virtual Reality Brille verspricht die realistischsten Erlebnisse in einer virtuellen Welt. Es gibt Desktop basierte Brillen und Standalone Brillen. Desktop basierte Brillen werden an einen PC angeschlossen. Die Szene wird vom PC geladen und von der Virtual Reality Brille dargestellt. Somit steht dem Nutzer sehr hohe Rechenleistung zur Verfügung. Die Brille ist jedoch immer mit einem Kabel am PC verbunden, was die Bewegungsfreiheit einschränkt. Standalone Brillen werden ohne zusätzliches Equipment betrieben. Sie sind nicht so leistungsstark wie ein PC, für die meisten Anwendungen jedoch ausreichend. Der Nutzer genießt die volle Bewegungsfreiheit, muss jedoch einen höheren Kaufpreis einplanen.

Das Sichtfeld bei Virtual Reality Brillen beträgt ca. 100° bis 110°. Das Tracking funktioniert über Sensoren in der Brille sowie über externe Sensoren, die die Position des Nutzers erfassen. Preislich liegen diese Brillen bei 450 Euro bis 600 Euro. Sie eignen sich für Nutzer, die die höchste Anforderung an die Qualität von Virtual Reality haben.

Wie nutze ich Virtual Reality?

Virtual Reality Anwendungen werden über den Browser oder durch alleinstehende Programme bzw. Apps gestartet. Bei der Bedienung über den Browser navigiert der Nutzer über den Browser in der Virtual Reality Brille zur gewünschten Webseite. Alleinstehende Programme bzw. Apps werden per Klick ausgeführt. Die Navigation in der virtuellen Welt funktioniert mittels körpereigenen Bewegungen und externen Bluetooth Controllern.

Welche Anwendungsgebiete für Virtual Reality gibt es?

Virtual Reality findet immer mehr Anklang in der Gesellschaft. Viele Nutzer sind sehr interessiert an dieser Technologie und das Interesse wächst stetig. Hier sind typische Anwendungsgebiete für Virtual Reality:

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Unterhaltungsindustrie

Im Bereich der Computerspiele sorgt Virtual Reality für einzigartige Spielerlebnisse. Der Nutzer taucht völlig in eine virtuelle Welt ein und kann sich frei in ihr bewegen. Auch Filme und Videos lassen sich in einer virtuellen Umgebung schauen und versprechen einen realistischen 3D-Effekt.

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Schulungen / Trainings / Weiterbildungen

Schulungen, Trainings und Weiterbildungen lassen sich durch Virtual Reality realistisch und praxisnah gestalten. Der Lernende kann die Maschine oder das Produkt greifen und damit interagieren, ohne tatsächlich damit in Berührung zu kommen.  Somit werden Gefahren beim Erlernen der Bedienung vorgebeugt und die Schulung kann abseits des regulären Betriebs durchgeführt werden.

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Lehre

Virtual Reality ist ein besonderes Erlebnis für alle Altersgruppen. Daher eignet sich die Technologie auch im schulischen oder universitären Einsatz. Zum Beispiel können Fremdsprachen anhand von realistischen Alltagssituationen verinnerlicht werden.

Wie werden Virtual Reality Anwendungen erstellt?

Zum Erstellen von Virtual Reality Anwendungen sind grundlegende Programmierkenntnisse erforderlich. Im Folgenden werden zwei mögliche Plattformen bzw. Frameworks zur Erstellung von Virtual Reality Content vorgestellt.

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A-Frame - Virtual Reality für den Browser

A-Frame ist ein auf JavaScript basierendes Framework, mit dem sich Virtual Reality Anwendungen für den Browser erstellen lassen. Grundlegende Szenen lassen sich durch einfache HTML Befehle erzeugen. Um komplexere Szenen zu erstellen, lassen sich selbst geschriebene JavaScript Komponenten einbinden. Das Framework ist Open Source und kann von jedem kostenfrei genutzt werden. Es gibt eine Community, die regelmäßig Updates und zusätzliche Komponenten zur Verfügung stellt. Weitere Informationen finden Sie auf der Webseite von A-Frame.

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Unity - Umfangreiche Virtual Reality Apps

Unity ist eine umfangreiche Plattform zum Erstellen von Virtual Reality Anwendungen. Sie bietet zahlreiche Möglichkeiten und Komponenten, um umfangreiche Projekte zu erstellen. Bei der Arbeit mit Unity sind zusätzliche Programmierkenntnisse in der Sprache C++ notwendig. Zusätzlich zu Unity benötigt der Programmierer ein Software Development Kit (SDK). Aufgrund der Komplexität dieser Plattform sind Vorkenntnisse im Umgang mit Gaming Engines hilfreich. Anderenfalls bedarf es einer intensiven Einarbeitungsphase. Weiterführende Informationen erhalten Sie auf der Webseite von Unity.

Virtual Reality für Ihr Unternehmen

Sie haben Schulungsinhalte, Trainings oder Produktvorstellungen, die Sie in Ihrer individuellen Virtual Reality Umgebung vermitteln wollen?

Wir können Sie dabei unterstützen.

Unsere Entwickler arbeiten mit dem Open Source Framework A-Frame. Hiermit werden Virtual Reality Anwendungen erstellt, die sich im Browser darstellen lassen und so mit allen Endgeräten kompatibel sind.

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