Virtuelle Realität (VR) , die Verwendung von Computermodellierung und Simulation, die es einer Person ermöglichen, mit einem künstlichen dreidimensionalen (3D) visuellen oder anderen sensorischen Umgebung . VR-Anwendungen tauchen den Benutzer in eine computergenerierte Umgebung ein, die die Realität durch den Einsatz interaktiver Geräte simuliert, die Informationen senden und empfangen und als Brille, Headset, Handschuhe oder Body getragen werden. In einem typischen VR-Format betrachtet ein Benutzer, der einen Helm mit einem stereoskopischen Bildschirm trägt, animierte Bilder einer simulierten Umgebung. Das Illusion der Anwesenheit (Telepräsenz) erfolgt durch Bewegungssensoren, die die Bewegungen des Benutzers aufnehmen und die Ansicht auf dem Bildschirm entsprechend anpassen, in der Regel in Echtzeit (im Moment der Bewegung des Benutzers). Auf diese Weise kann ein Benutzer eine simulierte Reihe von Räumen besichtigen und wechselnde Blickwinkel und Perspektiven erleben, die überzeugend mit seinen eigenen Kopfdrehungen und Schritten in Verbindung stehen. Mit Datenhandschuhen, die mit Force-Feedback-Geräten ausgestattet sind, die das Gefühl von Berührung vermitteln, kann der Benutzer sogar Objekte aufnehmen und manipulieren, die er in der virtuellen Umgebung sieht.
Bildschirm von World of Warcraft , ein Massively Multiplayer Online Game (MMOG). 2006 Blizzard Entertainment, alle Rechte vorbehalten
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Der Begriff virtuelle Realität wurde 1987 von Jaron Lanier geprägt, dessen Forschung und Technik eine Reihe von Produkten zum im Entstehen begriffen VR-Branche. Ein roter Faden, der die frühe VR-Forschung und Technologieentwicklung in den Vereinigten Staaten verband, war die Rolle der Bundesregierung, insbesondere des Verteidigungsministeriums, der National Science Foundation und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Von diesen Agenturen finanzierte und in universitären Forschungslabors durchgeführte Projekte brachten einen umfangreichen Pool an talentierten Mitarbeitern in Bereichen wie Computergrafik, Simulation und vernetzte Umgebungen und etablierte Verbindungen zwischen akademischer, militärischer und kommerzieller Arbeit. Die Geschichte dieser technologischen Entwicklung und die sozialen Kontext in dem es stattfand, ist Thema dieses Artikels.
Künstler, Performer und Entertainer interessieren sich seit jeher für Techniken, um fantasievolle Welten zu erschaffen, Erzählungen in fiktionalen Räumen zu versetzen und die Sinne zu täuschen. Zahlreiche Präzedenzfälle für die Aussetzung des Unglaubens an eine künstliche Welt in Kunst- und Unterhaltungsmedien gingen der virtuellen Realität voraus. Für Wohnhäuser und öffentliche Räume werden seit der Antike durch Gemälde oder Ansichten geschaffene illusionäre Räume konstruiert, die in den monumentalen Panoramen des 18. und 19. Jahrhunderts gipfeln. Panoramen verwischten die visuellen Grenzen zwischen den zweidimensionalen Bildern, die die Hauptszenen zeigten, und den dreidimensionalen Räumen, aus denen diese betrachtet wurden, und erzeugten eine Illusion von Eintauchen bei den dargestellten Ereignissen. Diese Bildtradition stimulierte im Laufe des 20. Jahrhunderts die Entstehung einer Reihe von Medien – von futuristischen Theaterdesigns, Stereopticons und 3D-Filmen bis hin zu IMAX-Kinos –, um ähnliche Effekte zu erzielen. Das Breitbild-Filmformat Cinerama beispielsweise, das ursprünglich Vitarama genannt wurde, als es 1939 von Fred Waller und Ralph Walker für die New Yorker Weltausstellung erfunden wurde, entstand aus Wallers Studien des Sehens und der Tiefenwahrnehmung. Wallers Arbeit führte ihn dazu, sich auf die Bedeutung des peripheren Sehens für das Eintauchen in eine künstliche Umgebung zu konzentrieren, und sein Ziel war es, eine Projektionstechnologie zu entwickeln, die das gesamte menschliche Sichtfeld duplizieren konnte. Der Vitarama-Prozess verwendete mehrere Kameras und Projektoren und eine bogenförmige Leinwand, um die Illusion des Eintauchens in den vom Betrachter wahrgenommenen Raum zu erzeugen. Obwohl Vitarama bis Mitte der 1950er Jahre (als Cinerama) kein kommerzieller Hit war, nutzte das Army Air Corps das System erfolgreich während Zweiter Weltkrieg für das Flugabwehrtraining unter dem Namen Waller Flexible Gunnery Trainer – ein Beispiel für die Verbindung von Unterhaltungstechnologie und militärischer Simulation, die später die Entwicklung der virtuellen Realität vorantreiben sollte.
Panorama der Schlacht von Gettysburg, Gemälde von Paul Philippoteaux, 1883; im Gettysburg National Military Park, Pennsylvania James P. Rowan
Die sensorische Stimulation war eine vielversprechende Methode, um virtuelle Umgebungen vor dem Einsatz von Computern zu schaffen. Nach der Veröffentlichung eines Werbefilms namens Das ist Kino (1952) wurde der Kameramann Morton Heilig von Cinerama und 3-D-Filmen fasziniert. Wie Waller studierte er menschliche Sinnessignale und Illusionen , in der Hoffnung, ein Kino der Zukunft zu realisieren. Bis Ende 1960 hatte Heilig eine individuelle Konsole mit einer Vielzahl von Eingängen gebaut – stereoskopische Bilder, Bewegungsstuhl, Audio, Temperaturänderungen, Gerüche und geblasene Luft –, die er 1962 als Sensorama-Simulator patentieren ließ, um die Sinne eines Menschen zu stimulieren Person, um eine tatsächliche Erfahrung realistisch zu simulieren. Während der Arbeit an Sensorama entwarf er auch die Telesphere Mask, ein kopfmontiertes stereoskopisches 3D-TV-Display, das er 1960 patentieren ließ. Obwohl Heilig bei seinen Bemühungen, Sensorama zu vermarkten, keinen Erfolg hatte, erweiterte er Mitte der 1960er Jahre die Idee auf ein als Experience Theatre patentiertes Multiviewer-Theaterkonzept und ein ähnliches System namens Thrillerama für die Walt Disney Company.
Die Saat für die virtuelle Realität wurde in den 1950er und 60er Jahren in mehreren Computerbereichen gepflanzt, insbesondere in der interaktiven 3-D-Computergrafik und der Fahrzeug-/Flugsimulation. Beginnend in den späten 1940er Jahren verwendeten das von der US Navy finanzierte Project Whirlwind und sein Nachfolgeprojekt, das SAGE ( Semi-Automated Ground Environment ) Frühwarnradarsystem, das von der US Air Force finanziert wurde, erstmals eine Kathodenstrahlröhre (CRT .). ) Displays und Eingabegeräte wie Lichtstifte (ursprünglich Light Guns genannt). Als das SAGE-System 1957 in Betrieb ging, Luftwaffe Die Betreiber verwendeten diese Geräte routinemäßig, um Flugzeugpositionen anzuzeigen und zugehörige Daten zu manipulieren.
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In den 1950er Jahren war das populäre kulturelle Bild des Computers das einer Rechenmaschine, eines automatisierten elektronischen Gehirns, das in der Lage war, Daten mit zuvor unvorstellbarer Geschwindigkeit zu manipulieren. Das Aufkommen der erschwinglicheren zweiten Generation ( Transistor ) und dritte Generation ( Integrierter Schaltkreis ) emanzipierten Computer die Maschinen von dieser engen Sichtweise und lenkten damit die Aufmerksamkeit auf Möglichkeiten, wie Computer das menschliche Potenzial steigern können, anstatt es in spezialisierten Domänen einfach zu ersetzen förderlich zur Zahlenverarbeitung. 1960 Joseph Lecklider , ein auf Psychoakustik spezialisierter Professor am Massachusetts Institute of Technology (MIT), postulierte eine Mensch-Computer-Symbiose und wandte psychologische Prinzipien auf Mensch-Computer-Interaktionen und -Schnittstellen an. Er argumentierte, dass eine Partnerschaft zwischen Computern und dem menschlichen Gehirn die Fähigkeiten beider allein übersteigen würde. Als Gründungsdirektor des neuen Büros für Informationsverarbeitungstechniken (IPTO) der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) konnte Licklider Projekte finanzieren und fördern, die seiner Vision der Mensch-Computer-Interaktion entsprechen und gleichzeitig Prioritäten für militärische Systeme, wie Datenvisualisierung und Befehls- und Kontrollsysteme.
Ein weiterer Pionier war der Elektroingenieur und Informatiker Ivan Sutherland, der seine Arbeit in Computergrafik am Lincoln Laboratory des MIT (wo Whirlwind und SAGE entwickelt wurden) begann. 1963 stellte Sutherland Sketchpad fertig, ein System zum interaktiven Zeichnen auf einem CRT-Display mit einem Lichtstift und einer Steuertafel. Sutherland achtete sorgfältig auf die Struktur der Datendarstellung, was sein System für die interaktive Manipulation von Bildern nützlich machte. 1964 wurde er Leiter des IPTO und von 1968 bis 1976 leitete er das Computergrafikprogramm an der University of Utah, einem der führenden Forschungszentren der DARPA. 1965 skizzierte Sutherland die Eigenschaften dessen, was er das ultimative Display nannte, und spekulierte darüber, wie Computerbilder plausibel und reichhaltig konstruiert werden könnten artikuliert virtuelle Welten. Seine Vorstellung von einer solchen Welt begann mit visueller Darstellung und sensorischem Input, aber sie endete nicht dort; er forderte auch mehrere Arten von sensorischem Input. DARPA förderte in den 1960er Jahren Arbeiten an Ausgabe- und Eingabegeräten, die auf diese Vision ausgerichtet waren, wie das Sketchpad III-System von Timothy Johnson, das 3D-Ansichten von Objekten präsentierte; Larry Roberts’ Lincoln Wand, ein System zum Zeichnen in drei Dimensionen; und Douglas Engelbarts Erfindung eines neuen Eingabegeräts, der Computermaus.
Innerhalb weniger Jahre steuerte Sutherland die technologische Artefakt am häufigsten mit Virtual Reality identifiziert, dem am Kopf befestigten 3D-Computerdisplay. Im Jahr 1967 führte Bell Helicopter (jetzt Teil von Textron Inc.) Tests durch, bei denen ein Hubschrauberpilot ein Head-Mounted-Display (HMD) trug, das Videos von einer unter dem Hubschrauber montierten servogesteuerten Infrarotkamera zeigte. Die Kamera bewegte sich mit dem Kopf des Piloten, was sowohl seine Nachtsicht verbessert als auch eine ausreichende Eintauchtiefe für den Piloten bietet, um sein Sichtfeld mit den Bildern der Kamera gleichzusetzen. Diese Art von System würde später genannt werden erweiterte Realität weil es verbessert eine menschliche Fähigkeit (Vision) in der realen Welt. Als Sutherland 1966 die DARPA an die Harvard University verließ, begann er mit der Arbeit an einem kabelgebundenen Display für Computerbilder ( sehen Foto). Dies war ein Apparat, der so geformt war, dass er über den Kopf passte, mit einer Schutzbrille, die eine computergenerierte grafische Ausgabe anzeigte. Da das Display zu schwer war, um bequem getragen zu werden, wurde es von einem Aufhängungssystem gehalten. Zwei kleine CRT-Displays wurden im Gerät in der Nähe der Ohren des Trägers angebracht und Spiegel reflektierten die Bilder in seine Augen, wodurch eine visuelle Stereo-3D-Umgebung geschaffen wurde, die aus kurzer Entfernung bequem betrachtet werden konnte. Das HMD verfolgte auch, wohin der Träger schaute, um korrekte Bilder für sein Sichtfeld zu erzeugen. Das Eintauchen des Betrachters in den dargestellten virtuellen Raum wurde durch die visuelle Isolation des HMD intensiviert, andere Sinne wurden jedoch nicht in gleichem Maße isoliert und der Träger konnte weiterlaufen.
Frühes kopfmontiertes Anzeigegerät, entwickelt von Ivan Sutherland an der Harvard University, c. 1967. Mit freundlicher Genehmigung von Ivan Sutherland
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