Virtual Reality ’94

In the last few years, Virtual Reality has become a theme very strongly covered by the media and is supposed to have an extremely promising future. Countless publications, courses, demonstration events, conferences, and exhibitions indicate that Virtual Reality will be one of the future themes of information technology, and that there will be varied approaches to commercial VR Applications. The lecture covers fundamental strategic dimensions of the further development of Virtual Reality. Besides the technological development, there will be looked at economical and market dimensions, perspectives of application visible today, as well as possible social effects of this new technology.

Virtual Reality has no shortage of proponents or detractors. Worldwide, the interest in Virtual Reality continues to grow even though true commercial application of the technologies involved have been slow in coming. Yet Virtual Reality or VR has, more than almost any other technology-oriented endeavor, brought out more than its share of philosophers and visionaries.

Wie die “Virtuelle Realität” in den kommenden Jahren von der Fachwelt und einer breiten Öffentlichkeit akzeptiert wird, können wir besser voraussagen, wenn wir die Markteinführung anderer Medien betrachten. Technische Standards, neue Medieninhalte, die Unterhaltungsindustrie sowie Skepsis und Kritik in der Gesellschaft werden auch bei der VR eine ähnliche Rolle spielen.

VR4RobotS ist ein neues Robotersimulationssystem zur Einsatzplanung von Fertigungszellen. Die Erweiterung herkömmlicher Simulationssysteme durch Virtual Reality Technologien hin zu einer mehr echtzeitorientierten interaktiven Simulation wird gezeigt. Anhand eines vom IPA durchgeführten Industrieprojektes werden der Einsatz und die Leistungsfähigkeit von VR4RobotS aufgezeigt.

The standard metaphor for human-computer interaction has been based on the daily experience of a white—collar office worker. Since 20 years more and more enhanced desktop -systems have been developed providing the user with tools as line and raster graphics, WIMP GUI’s and advanced multimedia extensions. With the advent of immersive virtual environments the user arrived in 3D space. Walkthrough experiences, manipulation of virtual objects, and meetings with synthesized collaborators have been proposed, the special human-computer interfaces for pilots and telepresence tasks became available to the ordinary user.

In many planning tasks the planning specialist sooner or later is confronted with the necessity of presenting his/her design to the future user and altering the design if necessary. In the ideal case the iterative planning process should be carried out interactively with the user to essential reduce the duration of each step in the iterative planning spiral. Further advantages of such a general cooperation between planer and user in a design would be the reduction of costs which nearly is inseperable from the shortening of the time duration. In addition, there is the possiblity to more quickly evaluate various varients of the design.

Der Aufsatz beschreibt mittels Signalflußdiagramm und Simulation das Zusammenspiel von horizontalen Augen- und Kopfbewegungen unter Vermittlung des Bogengangssystems. Es wird darauf eingegangen, wie in der virtuellen Realität durch Gesichtsfeldverschiebungen, die nicht völlig den Kopfbewegungen entsprechen, ein Schwindelgefühl (motion sickness) auftreten kann.

In diesem Beitrag stellen wir ein VR System vor, das den Benutzer bei Orientierungs- und Erkundungsproblemen sowohl in großen virtuellen Gebäuden als auch in Hypertextstrukturen unterstützt. Ferner werden dem Benutzer Informationen über das Verhalten und die Funktionalität von Objekten vermittelt.

Three-dimensional representations of real environments form a new means of communication between man and machine, making explicit use of mechanisms which humans have learned and experienced during their whole lives in moving themselves and manipulating objects. Two central observations regarding human communication and behaviour can be made: people have a natural ability to move and act in their three-dimensional environment, and they naturally use hand gestures as a means of communication. We present a non-immersive three-dimensional input device that allows applications to be controlled by gestures of the human hand. Hand position, orientation and finger gestures are obtained using a video camera and image processing techniques. The system works in real-time and controls a three-dimensional virtual environment. Our input device has proven to be very reliable and is more natural to use than other conventional computer input systems.

Der Aufsatz beschreibt Strukturen und Methoden objektorientierter Informationssysteme. Für die virtuelle Planung von Arbeitsplätzen wurde am IAO eine objektorientierte Datenbankstruktur konzipiert. Diese Datenbank soll Produktdaten mit VR-spezifischen Methoden kombinieren und für verschiedenste Anwendungen zur Verfügung stellen.

Wir beschreiben hier neue 3D-Visualisierungstechniken künstlicher neuronaler Netze mit “Virtual Reality”-Konzepten. Bisherige Simulatoren neuronaler Netze verfügen höchstens über eine 2D-Darstellung der Netzwerktopologie. Der Stuttgarter Neuronale Netze Simulator bietet bereits eine 3D-Darstellung. Neueste Erweiterungen ermöglichen eine Stereo-3D-Darstellung der Netze. Eine Erweiterung verwendet eine Stereo-Darstellung mit Rot/ Grün-Brillen. Sie kann mit herkömmlichen Monitoren oder Projektionseinrichtungen verwendet werden, liefert aber nur Schwarz/Weiß-Bilder. Die zweite Erweiterung verwendet einen speziellen Stereo-Monitor mit LCD-Shutter, der unter Verwendung passiver Stereo-Polarisationsbrillen eine farbige 3D-Darstellung der neuronalen Netze mit gutem Tiefeneffekt erlaubt.

Der Aufsatz beschreibt die effizienten Methoden, die am IPA entwickelt worden sind, um Virtual Realityrelevante Geometriedaten schnell und umfassend hinterlegen zu können. Beispielhaft wird die Funktionalität der Datenstruktur gezeigt.

Bei der Schaffung virtueller Umgebungen wird bislang für die Visualisierung ein weit höherer Rechenaufwand getrieben als für ihr hörbares Analogon, die Auralisierung. Letztere bedeutet jedoch mehr als die Generierung fiktiver Geräusche zu visuellem Geschehen. Auralisierung ist vielmehr die zweite Berechnungsstufe nach der Simulation der Schallausbreitung in einem Raum, die Hörbarmachung seiner spezifischen Raumeigenschaften, wie Echos, Nachhall usw. Für die Schallausbreitung gelten ähnliche Gesetze wie für die Lichtausbreitung. Die Grössenordnungen verschiedener Parameter sind jedoch extrem unterschiedlich. Dies wird anfangs diskutiert. Die deshalb anzuwendenden raumakustischen Rechenmethoden — Varianten von Ray Tracing — sind ungleich aufwendiger als für die Visualisierung. Im allgemeinen ist von daher eine Echtzeit-Auralisierung unmöglich. Einige Kompromisse sind jedoch möglich, allerdings mit z.T. erheblichen Einschränkungen. Das inzwischen wesentlich verbesserte (unter dem Namen SOPRAN auch in Lizenz erhältliche) Schallteilchensimulationsverfahren [1] wird hier nur kurz beschrieben, umso mehr einige Anwendungen. Herausragend war der Einsatz des Programms zur Verbesserung der raumakustischen Verhältnisse im Plenarsaal des Deutschen Bundestages. Mehr noch als bei der visuellen Komponente Virtueller Realität (VR) steht bei der raumakustischen Simulation und Auralisation der Planungs- und Prognosegesichtspunkt im Vordergrund.

Der Aufsatz beschreibt Arbeiten am IPA zum Einsatz von Virtual Reality in der minimal invasiven Chirurgie. Im Vordergrund stehen Methoden, die dem Chirurgen eine bessere räumliche Visualisierung und Orientierung bieten. Zusätzlich werden Möglichkeiten beschrieben, um Virtual Reality für die Steuerung von chirurgischen Werkzeugen und zur Simulation von Operationen einzusetzen.

Dieser Aufsatz beschreibt den Einsatz von Virtual Reality (VR) als Hilfsmittel für lernbehinderte Schüler beim elementaren Sprachunterricht. Es sollen die Theorien untersucht werden, die im Unterricht für Lernbehinderte angewendet werden, um zu ermitteln wie diese Ideen durch VR umgesetzt und erweitert werden können. Der Aufsatz beruht auf der Arbeit die z.Z. an der Nottingham Universität unternommen wird. Die Ergebnisse beziehen sich auf Beobachtungen von lernbehindertern Schülern die z.Z. diese Anwendung von VR benutzen. Zuletzt wird versucht, ein Fazit über den Erfolg dieses Projekts anzustellen und es wird diskutiert, welche Faktoren den Erfolg und das Scheitern von eines solchen Vorhabens beinflussen.

The possibilities of virtual reality (VR) in connection with the state of the art diagnosis procedure of computer tomography (CT) provides new dimensions in regards to the visualization of organs as well as the various interaction possibilities with the visualized models.

A basic prerequisite for the simulation of a medical operation is the presentation of part of the human anatomy which is relevant to the selected operation. VR can provide a “real 3D visualization” which implies that the objects can be viewed in a three-dimensional space. The degree of concreteness is fundamentally augmented in this presentation in comparison to that of the two-dimensional computer screen presentation.

Both project partners agree that a goal of the joint project is a protoype simulation of of the osteotomies in the field of orthopaedics with the help of the methods of virtual reality. The project is influenced by both the specialized medical knowledge of osteotomies on the hip and the knee and their methods, as well as the technical preparation of the information in view of the 3D and VR procedures.

Dieser Beitrag gibt einen Überblick über die 1993 am IGD in Darmstadt durchgeführten Anwendungen anhand von typischen Beispielen aus den unterschiedlichsten Bereichen. Die bei der Durchführung dieser Projekte gemachten Erfahrungen werden zusammengefaßt und die aufgetretenen Probleme und ihre Lösungen vorgestellt. Auf der Basis der im Demonstrationszentrum gewonnenen Erfahrungen und Erkenntnisse werden zukünftige Anwendungsgebiete und Einsatzbereiche für Applikationen der Virtuellen Realität skizziert und diskutiert.

Ende April 93 führte erstmalig in der Geschichte der Raumfahrt bei der Spacelab-D2-Mission ein kleiner, mit lokaler, ”multisensorieller” Intelligenz ausgestatteter Roboter an Bord eines Raumfahrzeuges prototypische Aufgaben völlig flexibel in den unterschiedlichsten Betriebsarten durch; nämlich vorprogrammiert (und während der Mission vom Boden aus umprogrammiert), von Astronauten über die sog. DLR-Steuerkugel und einen TV-Stereo-Monitor ferngesteuert, aber auch direkt vom Boden aus ferngesteuert, sei es durch den Menschen oder rein maschinell. Der Roboter mußte in diesen Betriebsarten Steckverbindungen in Form eines Bajonett-Verschlusses lösen bzw. wiederherstellen, mechanische Strukturen zusammen- bzw. auseinanderbauen und ein freifliegendes Objekt einfangen.

Welche Personen nutzen in welcher Weise welche Anwendungen der VR? Und wie reagieren Personen auf das Medium “Virtual reality”, wenn sie es zum ersten Mal nutzen?

Das Autorenteam beschreibt ein neues CAD-Konzept, welches aus der Zusammenführung von Techniken der virtuellen Realität und konventioneller CAD-Systeme entsteht. Einführend werden die derzeit auftretenden Defizite bei CAD-Systemen erläutert, die für die Entwicklung eines sogenannten CyberCAD-Systems ausschlaggebend sind. Darauf aufbauend werden neue Bedienmetaphern und eine Montagesimulationsumgebung beschrieben, die das Konstruieren mit CAD vereinfachen und so zu einer Effizienzsteigerung führen.

Das Projekt „Virtuelles Modellunternehmen“ hat zum Ziel, ein Industrieunternehmen mit seinen Leistungserstellungsprozessen anschaulich zu modellieren. Es werden die.Arbeitsplätze in den verschiedenen Funktionsbereichen und ihr Zusammenwirken realitätsnah dargestellt. Der Aufbau des Virtuellen Modellunternehmens orientiert sich an den Hauptgeschäftsprozessen eines Industrieunternehmens, der Geschäftsplanung, der Produktionsvorbereitung und der Auftragsabwicklung.

Die stufenweise Umsetzung des Projekts beginnt mit der Konzipierung und prototypischen Realisierung einer virtuellen Fertigungsstätte. Dazu wird ein System entworfen, das sämtliche Wirkzusammenhänge innerhalb des Fabrikbetriebs sowohl in ihrer gestaltbezogenen als auch in ihrer funktionalen Ausprägung modellhaft beschreibt und informationstechnisch verarbeitet. Die Visualisierung erfolgt über eine fortgeschrittene interaktive 3D-Graphik, die sowohl eine immersive als auch eine nicht immersive Begehung des Virtuellen Modellunternehmens erlaubt.

Die VR-Forschung vertritt den Anspruch, interaktive Computersysteme nutzerfreundlich zu gestalten. Wie betriebliche Erfahrungen im Umfeld von KI-Programmen (Einsatz von Expertensystemen) zeigen, scheitern viele Systeme daran, daß sie an den Nutzerbedürfnissen vorbei konzipiert werden. Zur Vermeidung solcher Fehler trägt zum einen die Unterscheidung von system- und nutzerspezifischen Beiträgen zur Gesamtperformanz bei. Zum anderen ist eine genaue Zielgruppenbestimmung der zukünftigen Anwender erforderlich. Eine nutzerfreundliche VR-Gestaltung basiert somit auf einer systemischen Entwicklungsmethodologie, welche nicht nur die Eigenschaften, sondern vor allem die Wechselwirkungen der drei Komponenten “Mensch, Computer und Organisation” berücksichtigt.

The field of entertainment has become the most popular and most commercially successful application of virtual reality technology. With several VR games already on the market, more than a dozen firms in the process of producing entertainment applications, and several dozen more at the stage of actively pursuing entertainment possibilities, this is an area which can no longer be ignored. This paper offers a comprehensive survey of active, ongoing and planned VR-in-entertainment projects, the prospects for their marketability, health and safety issues and the implications of VR games for VR research and development as a whole.