Multi-User-Positionierungstechnologien: Vergleich und Anwendungen

Der Übergang von 3 zu 6 Freiheitsgraden (DoF) war entscheidend für die Revolutionierung der Art und Weise, wie wir in virtuellen Multi-User-Umgebungen interagieren.

Während Benutzer in einem 3-DoF-System den Kopf drehen und sich umsehen können, ermöglichen 6 Freiheitsgrade sowohl die Drehung als auch die Verschiebung im physischen Raum, was zu viel natürlicheren und bereichernden kollaborativen Erfahrungen führt.

In diesem Zusammenhang entstehen immer fortschrittlichere Multi-User-Positionierungstechnologien, um den Standort und die Bewegungen von Benutzern im selben physischen Raum zu verfolgen. Aber welche davon ist für die jeweilige Anwendung am besten geeignet?

Das Outside-In-Tracking basiert auf der Anbringung von Sensoren oder Kameras in der physischen Umgebung, um die verschiedenen Geräte zu verfolgen, die die Benutzer tragen, wie z. B. Headsets oder Controller.

Diese Technologie zeichnet sich durch ihre extrem hohe Präzision aus, da die externen Sensoren die Bewegungen der Nutzer erfassen und die genaue Position der Hände und VR-Brillen erkennen. Dies macht Outside-In Tracking zu einer perfekten Lösung für Umgebungen, die eine genaue Verfolgung erfordern, wie z. B. fortschrittliche Simulatoren oder medizinische Schulungen.

Darüber hinaus ist es eine sehr geeignete Lösung, wenn die Umgebung dynamisch und veränderlich ist, da nach der Kalibrierung des Raums auf der Grundlage der Position der Sensoren keine weiteren Anpassungen erforderlich sind.

Die Ersteinrichtung des Outside-In-Trackings kann jedoch komplex sein, da die Sensoren strategisch um den Spielbereich herum installiert werden müssen. Außerdem gibt es Einschränkungen, wenn große Räume oder eine große Anzahl von Nutzern gleichzeitig abgedeckt werden sollen.

Das Inside-Out Vision Based Tracking verwendet Kameras und Sensoren, die in die Virtual-Reality-Brille integriert sind, um die physische Umgebung und die Bewegungen der Benutzer zu verfolgen, wodurch externe Sensoren überflüssig werden. Diese Technologie ist häufig in Stand-alone-Geräten zu finden, die keine Verbindung zu einem PC erfordern, wie beispielsweise die PICO 4 Ultra oder die Quest 3.

Inside-Out Tracking zeichnet sich durch seine Skalierbarkeit und Einfachheit aus. Da keine zusätzliche Hardware erforderlich ist, ist es einfacher zu installieren und zu verwenden, was es zu einer idealen Option für schnelle Einsätze macht.

Allerdings kann seine geringere Genauigkeit eine Einschränkung für Anwendungen darstellen, die eine sehr detaillierte Bewegungsverfolgung erfordern. Außerdem erlaubt diese Art von Technologie keine Verfolgung von Elementen, die über die VR-Brille und/oder die Controller hinausgehen, wie z. B. Werkzeuge oder andere Objekte, die Benutzer während ihres immersiven Erlebnisses möglicherweise bedienen müssen. Sie reagiert auch empfindlich auf Veränderungen in der Umgebung, da ihre Kalibrierung von den visuellen Eigenschaften des Raums abhängt und daher bei Veränderungen möglicherweise Nachjustierungen erforderlich sind.

Das Marker-Based Tracking verwendet physische Marker wie QR-Codes oder visuelle Muster, die von Kameras oder Sensoren erkannt werden, die in der VR-Brille selbst installiert sind. Diese Technologie ermöglicht es, die Position und Ausrichtung der Benutzer innerhalb der virtuellen Umgebung anhand von Informationen zu schätzen, die durch die Erkennung dieser Marker in der realen Umgebung gewonnen werden.

Es handelt sich also um ein Positionierungssystem, das dem vorherigen ähnelt, bei dem visuelle Elemente integriert sind, um die Arbeit des künstlichen Sehsystems zu erleichtern.

Diese Methode ist effektiv für Anwendungen, die eine genauere Verfolgung erfordern als die von Inside-Out Tracking, obwohl die Genauigkeit immer noch unter der von Lösungen mit externen Sensoren liegt.

Andererseits kann die Abhängigkeit von physischen Markern die Flexibilität und Bewegungsfreiheit einschränken, insbesondere in dynamischen Umgebungen oder bei vollständig immersiven Erlebnissen, bei denen Benutzer oder Objekte selbst die Marker verdecken und so die Kontinuität der Verfolgung beeinträchtigen können.

Inertial Measurement Units (IMUs) sind Geräte, die Beschleunigungsmesser und Gyroskope kombinieren, um die Bewegungen und die Ausrichtung von Benutzern oder von ihnen getragenen Elementen zu verfolgen. Letztendlich liefern sie wertvolle Daten über Beschleunigung und Rotation, was eine genaue Darstellung komplexer und schneller Bewegungen ermöglicht.

Diese Technologie ist besonders nützlich, wenn zusätzliche Elemente oder spezielle Hardware verfolgt werden müssen, wie beispielsweise haptische Handschuhe oder Motion-Capture-Anzüge. PICO bietet beispielsweise den Motion Tracker an, ein armbandförmiges Zubehörteil mit integrierten IMU-Sensoren mit extrem geringer Latenz, die vollständige Posen der Benutzer erkennen können.

Wenn IMUs allein verwendet werden, kann es im Laufe der Zeit zu einer Fehlerakkumulation (Drift) kommen. Daher werden sie häufig durch andere Tracking-Technologien wie Kameras oder optische Sensoren ergänzt, um die Genauigkeit des Trackings zu korrigieren und anzupassen.

Wie wir bereits gesehen haben, hängt die Wahl der geeigneten Technologie von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. der erforderlichen Genauigkeit, der Größe des Spielbereichs, der Latenz und der Komplexität der Umgebung. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass sie unabhängig voneinander oder gemeinsam eingesetzt werden können, um immersive und präzise Erlebnisse für mehrere Benutzer zu schaffen.

Beispielsweise könnte in einem Showroom eines Industrieunternehmens mit komplexen 3D-Modellen die Implementierung einer Outside-In-Tracking-Lösung ideal sein, während für einen Simulator, der mobile Schulungsmaßnahmen unterstützen muss, IMUs mit visionbasierten Inside-Out-Tracking-Systemen integriert werden könnten.

Die Auswahl der richtigen Tracking-Technologie ist entscheidend für den Erfolg jeder VR-Anwendung. Das Verständnis der Stärken und Grenzen jeder Methode ist der erste Schritt zur Auswahl der am besten geeigneten Lösung entsprechend dem Kontext und den spezifischen Anforderungen.