Wie funktioniert eine VR-Brille? Stereoskopisches Sehen und räumliche Darstellung
Wie das eintauchen in die Virtual Reality möglich wird
Die VR-Brillen, auch VR-Headsets genannt, ermöglichen dem Träger in eine virtuelle Realität einzutauchen. VR ist nichts anderes wie die Abkürzung für Virtual Reality. Je besser die Brille, desto immersiver die Erfahrung. Immersion bedeutet in diesem Zusammenhang wie realistisch die virtuelle Umgebung wahrgenommen wird.
In den letzten Jahren haben sich viele Entwicklungen in diesem Bereich aufgetan. Inzwischen gibt es VR-Brillen für Smartphones, PCs und Spielekonsolen. Die neueste Entwicklung sind Headsets, die komplett ohne diese Hilfsmittel auskommen. In den Standalone-Headsets verbirgt sich im Prinzip die Technologie eines Smartphones gepaart mit einer VR-Brille.
Die virtuelle Realität
Die virtuelle Realität wird in einer VR-Brille durch zwei leicht unterschiedliche Bilder vor den zwei Augen erzeugt. Das Visuelle Bild wird durch die zwei Display-Bilder vor dem linken und rechten Auge erzeugt. Die 3D-Illusion wird durch die stereoskopischen Differenz der beiden Bilder dem menschlichen Gehirn vorgegaukelt. Im Prinzip genauso wie es normalerweise die Augen machen. Der dreidimensionale Eindruck entsteht durch die leicht verschiedenen Bilder auf den beiden Augen.
https://www.brillen-sehhilfen.de/vr-brillen/funktionsweise-vr-brille.php Grafik
Die Grundlage für 3D: stereoskopisches Sehen
Der Mensch kann dank seiner zwei Augen räumlich sehen. Der Winkel mit dem das linke und das rechte Auge auf ein Objekt, einen Gegenstand, eine Landschaft oder eine Person trifft ist leicht unterschiedlich. Das Gehirn berechnet letztendlich die räumliche, visuelle Wahrnehmung. Das wird als stereoskopischen Sehen, auch doppeläugiges Sehen, bezeichnet.
Auch die Perspektive spielt hierbei eine Rolle, soll aber für diese Veranschaulichung nicht weiter vertieft werden. Wichtig zu wissen ist, dass die VR-Brillen letztendlich stereoskopische Bilder liefern, da sie dem linken und rechten Auge leicht unterschiedliche Bilder liefern. Das Gehirn wird so getäuscht und rechnet die räumliche Wahrnehmung aus.
Welche Rolle die Linsen in der Brille spielen
Um nun ein VR-Video oder Bild wirklich scharf sehen zu können werden die beiden Linsen benötigt. Denn das menschliche Auge ist in der Brille nur wenige Zentimeter von der Linse entfernt. Das menschliche Auge ist in dieser kurzen Entfernung nicht in der Lage das Bild scharf zu erkennen, wenn die Linsen das Bild des Displays nicht so stark brechen, dass es auf der Netzhaut wirklich scharf abgebildet wird. Das Prinzip ähnelt einer extrem starken Lesebrille.
Wie funktioniert das bei Sehstörungen und Fehlsichtigkeit?
Bei einer Fehlsichtigkeit und Sehstörungen können Brillen in den VR-Headsets verwendet werden. Inzwischen gibt es allerdings auch Angebote mit speziellen VR-Brillenlinsen. Die Standard-Linsen werden beim Headset gegen diese speziellen Linsen ausgetauscht.
Ersatzlinsen für Headsets mit individueller Anfertigung
Ein einzigartiges Angebot in Deutschland macht ein Anbieter auf VR Optiker. Hier kann man sich spezielle Linsen für verschiedene VR-Brillen anfertigen lassen. Ganz genau auf die individuelle Sehstärke hin. Meiner Meinung nach sind die Preise absolut in Ordnung und es gibt meines Wissens auch keinen Konkurrenten für dieses Angebot.
Ersatzlinsen für folgende Brillen sind im Angebot:
- Samsung Odyssey,
- Oculus Go,
- HTC Vive Pro,
- Oculus Rift,
- HTC Vive.
Der Preis liegt aktuell bei 69 € für ein paar Ersatzlinsen. Das finde ich einen ziemlich fairen Preis, weil man dann wirklich ein individuell angepasstes Linsenpaar hat und damit ein optimales Erlebnis in der Brille.
Zum VR-Optiker
Ein Anbieter aus dem englischsprachigen Bereich gibt es auch. Hier findet man die Oculus Go noch nicht, aber dafür das VR-Headset für die Playstation.
Ersatzlinsen werden hierfür folgende VR-Headsets angeboten:
- Playstation VR,
- Oculus Rift,
- HTC Vive,
- Google Daydream,
- Samsung Gear VR.
Die einfachste Möglichkeit ist aber immer noch Kontaktlinsen zu benutzen oder eine sehr kompakte Brille, die in die meisten VR-Brillen problemlos hineinpasst.
Anpassung über die Einstellungen des Headsets
Viele VR-Brillen für das Smartphone bieten entsprechende Einstellmöglichkeiten für leichte Fehlsichtigkeit an. Wer also nur geringe Dioptrien aufzuweisen hat, der kann durch die Einstellung des Abstandes der Linsen zu den Augen leichte Sehschwächen korrigieren. So funktioniert es auch bei mir.
Wie gut ist die Darstellung in der Brille?
Für die Qualität der virtuellen Realität mit einer VR-Brille sind drei Faktoren entscheidend:
- Die Breite des Sichtfeldes, auch Field Of View (FOV) genannt.
- Die Bildauflösung in Pixeln horizontal und vertikal.
- Die Bildwiederholfrequenz (wie viel Bilder pro Zeiteinheit werden eingeblendet).
Die Breite des Sichtfeld oder Field of View (FOV)
Wie sehr man in die virtuelle Realität eintaucht hängt stark vom Sichtfeld ab. Wie gut eine VR-Brille einzuschätzen ist, ist für mich stark mit der Breite des Sichtfeldes verbunden. Dieser sogenannte Field of View (FOV) wird bei den guten Modellen mit angegeben.
VR-Brillen mit einem Sichtfeld von weniger als 80 Grad würde ich persönlich nicht empfehlen. Es sollte schon mindestens dieser Wert sein. Die neue Oculus Go kommt beispielsweise auf ein Sichtfeld von 100 Grad. Das ermöglicht „echte Virtual Reality“.
Was ist das Sichtfeld?
Oft wird das Sichtfeld mit dem Blickfeld verwechselt. Dabei ist das Sichtfeld ein visueller Bereich in der das menschliche Auge Bewegungen erkennen kann. Allerdings natürlich nicht alles scharf, sondern an den Rändern unscharf. Probier das einfach mal aus, indem Du gerade aus schaust und dann mit einer Hand links oder rechts vom Kopf nach vorne fährst. Du nimmst die Hand in einem Sichtfeld von ca. 180 Grad war. Allerdings kannst Du sie natürlich nicht scharf erkennen.
Das Blickfeld beschreibt hingegen den visuellen Bereich in dem man Objekte scharf erkennen kann, indem man nur die Augen bewegt und nicht den Kopf.
Die Bildauflösung in der Virtual Reality
Ein wesentlicher Faktor für die Qualität einer VR-Brille ist die Auflösung. Je höher diese ist, desto schärfer werden die Bilder. Allerdings muss man hier einschränkend dazu sagen, dass hier noch viel Spielraum nach oben ist. Selbst in den Hochleistungs-Headsets muss man hier noch Abstriche machen.
Viele VR-Headsets arbeiten hier mit einem Trick. In der Mitte sind die Objekte schärfer als an den Rändern der Linsen. Konsequenz der noch nicht perfekten Auflösungen sind zu erkennende Pixelstrukturen und Gitternetze. Allerdings wird das immer besser und sollte irgendwann komplett verschwinden. Momentan ist allerdings die Leistung der PCs und Smartphones hier das Nadelöhr.
Die Bildwiederholfrequenz – Flimmern oder nicht?
Die Bildwiederholfrequenz beschreibt die Anzahl der Bilder pro Zeiteinheit. Ein ruckelfreies Bild benötigt eine entsprechende Anzahl von Bildern pro Sekunde. Dazu muss man wissen, dass das Auge des Menschen maximal 35 Bilder pro Sekunde verarbeiten kann. Die Bildrate sollte nicht weniger als 30 Bilder pro Sekunde sein, um bewegte Inhalte flüssig anzeigen zu können.
Gute VR-Brillen bringen es auf 70 MHz und etwas mehr. Je höher dieser Wert ist, desto besser wird das Bild bei schnellen Bewegungen angezeigt. Sonst entstehen Unschärfen und das Bild verwischt.
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