13. DEZEMBER 2021
Tracking, Kabel und Leistungen – wie hängt was zusammen?
Kurz erklärt
VR-Headset mit oder ohne Kabel? Wann brauche ich eine kabelgebundene oder eine mobile VR-Brille? Was ist Tracking überhaupt, welche Varianten gibt es? Welche Leistungsunterschiede haben VR- Brillen? Und wie hängt dies alles miteinander zusammen?
VR-Headsets haben u.a. folgende Unterscheidungsmerkmale:
- kabelgebunden und Standalone
- 3DoF und 6DoF
- externes und internes Tracking
VR-Headsets sind entweder kabelgebunden oder Standalone. Bei kabelgebundenen VR-Headsets wird immer eine Workstation, also ein PC oder ein Notebook mit entsprechender Leistung benötigt. Diese Headsets sind meist leichter, da Prozessoren und Akkus für die Stromversorgung nicht integriert werden müssen. Bildsignal und Stromversorgung finden über das Kabel statt. Einige kabelgebundene Headsets kann man jedoch mit Akkus und Funkmodulen nachrüsten, um sie ohne Kabel zu betreiben, jedoch wird auch hier immer noch ein PC als Basisstation benötigt. Ein Standalone-Headset kann – wie der Name schon sagt – auch ohne zusätzliche Workstation betrieben werden. Die gesamte Technik ist im Headset verbaut und wird nach dem Prinzip Plug-and-Play verwendet. Ein Standalone Headset kann aber in den meisten Fällen optional mit einer Workstation verbunden werden, um eine verbesserte Leistung zu bekommen.
Entscheidender Unterschied zwischen den beiden Varianten ist die Leistung. Bei kabelgebundenen Headsets wird immer auf die Leistung (Prozessor und Grafikkarte) der Workstation zurückgegriffen. Über das Kabel (bei entsprechender Nachrüstung über das Funkmodul) wird dann das Bildsignal zum Headset gesendet. Trackinginformationen (also die aktuelle Raumposition) der VR-Brille werden über das Kabel zurück an die Workstation gegeben. Eine Standalone Brille kann nur auf die begrenzte Rechenkapazität des internen Prozessors zurückgreifen. Daher ist die Leistung, Akkulaufzeit und somit auch die Auflösung bei Standalone-Headsets begrenzt.
Die zwei verschiedenen Bewegungsfreiheitsgrade 3DoF und 6DoF haben wir in diesem Blogartikel ausführlich erklärt. Verwendet man ein 3DoF Headset, so benötigt man kein Tracking. Verwendet man ein Headset mit 6DoF, so muss die Position der VR-Brille durch interne Sensoren oder externe Trackingsysteme erfasst werden: Beim VR-Tracking werden die realen User-Bewegungen von Sensoren erfasst und in die virtuelle Welt übertragen. Die benötigten Sensoren sind zum Teil in den VR-Brillen integriert (siehe Vergleich in der untenstehenden Tabelle) und erfassen dort unter anderem die Kopfbewegung (sogenanntes Headtracking).
Um die Position im Raum zu ermitteln (6DoF), gibt es zwei Tracking-Varianten:
Externes VR-Tracking
Beim externen Tracking werden ergänzend zur VR-Brille und zum PC zusätzliche “Geräte” aufgestellt, die Bewegungen im Trackingbereich „beobachten“. Die Basisstationen der Valve Index [oder HTC Vive] können beispielsweise an der Wand oder auf Stativen montiert werden.
Diese Basisstationen senden in Abständen von Millisekunden ein dichtes Infrarot-Laserstrahlennetz in den Raum (diese Laser der Klasse 1 sind für Menschen ungefährlich). Die Infrarotstrahlen treffen auf die Sensoren, die an unterschiedlichen Stellen der VR-Brille platziert sind. Auf Basis der Messdaten kann die aktuelle Position und Bewegung der Brille im Raum trianguliert werden.
Die VR-Brille und die PC-Software synchronisieren die Bewegungsdaten laufend in Echtzeit. So wird die reale Bewegung virtuell umgesetzt und ihr könnt durch eine Computerwelt spazieren wie durch die Realität. Valves SteamVR-Tracking liefert derzeit auf bis zu 20 Quadratmetern das verlässlichste und präziseste externe Tracking. Mit SteamVR-Tracking Version 2.0 können sogar noch viel größere Trackingflächen abgedeckt werden.
Vorteil des externen Trackings ist die vergleichsweise hohe Tracking-Genauigkeit und die Größe des Spielbereiches. Zudem ist die Stabilität des Trackings sehr hoch. Der größte Nachteil dieses Trackingsystems ist die verhältnismäßig aufwendige Installation: Die Infrarot-Sender müssen an bestimmten Punkten im Raum angebracht sein und einzeln mit Strom versorgt werden. Außerdem lässt sich das System nur schwer an andere Orte mitnehmen.
Internes VR-Tracking
Bei dieser Variante ist das Tracking direkt in der VR-Brille verbaut. Externe Geräte sind nicht notwendig. Das Tracking erfolgt etwa bei der Oculus Quest 2 über Infrarot-Kameras in der VR-Brille, die die Position und Bewegungen des Nutzers relativ zur Umgebung verfolgen. Die VR-Brille übernimmt sämtliche Aufgaben selbst, wodurch Laien das Headset schnell und einfach an jedem Ort in Betrieb nehmen können.
Die größten Vorteile des internen Trackings sind einfache Bedienung und hohe Mobilität: Eine Oculus Quest etwa kann nahezu in jedem Raum und – wenn die Lichtbedingungen stimmen – sogar draußen genutzt werden. Dafür kann es, abhängig vom System, zu Tracking-Aussetzern kommen, wenn man die Controller außerhalb des Kamerasichtfelds führt – beispielsweise hinter dem Rücken – oder wenn es sehr hell oder zu dunkel ist. Entwickler:innen werden aber immer besser darin, diese Aussetzer zu minimieren, beispielsweise mit KI-gestützten Bewegungsvorhersagen.
VR Systeme im Vergleich
Liegt der eigene Anspruch bei einer hohen Auflösung, bei einem stabilen Tracking und möchte man auch bei der Grafik keine Kompromisse eingehen, so sollte man auf kabelgebundene VR-Headsets setzen. Hier können z.B. die Valve Index oder die HP Reverb G2 genannt werden, die insgesamt das hochwertigste VR-Erlebnis bei entsprechender PC-Leistung bieten. Dafür wird jedoch ein deutlich höherer Preis fällig, da zusätzlich zum professionellen VR-Headset auch ein leistungsstarker High-End PC benötigt wird.
Standalone-Headsets sind deutlich günstiger und mobiler, allerdings lassen sich nur speziell entwickelte Erlebnisse darauf abspielen und in puncto Grafik und Auflösung müssen einige Abstriche gemacht werden. Im Standalone Bereich ist die Oculus Quest 2 aufgrund des Preis-Leistungsverhältnisses zu empfehlen. Der Preis dieser Brille ist konkurrenzlos günstig, weil der durch den Mutterkonzern Meta (Facebook) subventioniert wird. Standalone Headsets lassen sich meist auch per Kabel oder WLan an einen PC anschließen, sodass man auf höhere Rechen- und Grafikleistung für das VR-Erlebnis zurückgreifen kann. Mit einem Standalone kann man also sehr gut in die Virtuelle Welt starten und bei Bedarf später mit einem PC sein VR-Setup verbessern.
In dieser abschließenden Grafik geben wir eine kurze Übersicht einiger ausgewählter und am Markt erhältlicher VR-Brillen, kategorisiert nach den im Artikel genannten Kriterien.
Weitere Entscheidungskriterien für den Kauf von VR-Brillen sind im Blogartikel “Kurz erklärt: Im VR Headset Dschungel” zu finden. Und eine ausführlichere Erklärung zum Thema Tracking gibt es auf der Website mixed.de: Virtual Reality: Alles, was ihr über VR wissen müsst.
Titelbild: © Collage Pablo Dornhege – Fotos von cottonbro und Michelangelo Buonarroti von Pexels
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