Fortbewegung in VR: Redirected Walking

Es gibt verschiedene Möglichkeiten sich in einer virtuellen Welt fortzubewegen. Die intuitivste und natürlichste davon ist einfach die durch Bewegung des eigenen Körpers. So kann man die virtuelle Umgebung in genau derselben Weise erforschen, wie man es von der realen Welt gewohnt ist. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die virtuelle Welt durch den vorhandenen Platz in der Realität begrenzt ist. Welche Techniken zur Fortbewegung es gibt, und insbesondere wieso Redirected Walking eine besonders interessante Art der Fortbewegung in VR ist, erkläre ich in diesem Beitrag.

Seitdem es VR gibt, wurden die Techniken zur Fortbewegung in der virtuellen Welt ständig weiterentwickelt und es gibt bereits sehr viele Variationen davon. Dabei hat jede gewisse Vor- und Nachteile und ist für bestimmte Anwendungen besser oder weniger gut geeignet.

Während in der Vergangenheit die größten Herausforderungen bei Virtual Reality vorwiegend hardwarebedingt waren (Field of View, Auflösung, usw.), ist das Problem der Fortbewegung vorwiegend mit Software zu lösen. Die Herausforderung dabei ist, dem Nutzer ein möglichst reales Gefühl von Fortbewegung zu geben während der begrenzte Raum und mögliches Auftreten von Motion Sickness zu berücksichtigen sind. Ich möchte euch hier kurz ein paar bekannte Methoden vorstellen.

Smooth Artificial Locomotion

Hier bewegt man sich wie bei einem traditionellen Konsolenspiel mithilfe eines Trackpads oder Thumbsticks durch die virtuelle Umgebung.

Flight

Über diese Methode der Fortbewegung konntet ihr bereits in Stefans Blog über Motion Sickness lesen. Für das Spiel Eagles Flight entwickelt, bestimmt hier die Blickrichtung des Spielers die Richtung der Bewegung.

Teleporting

Eine weitere sehr einfache und auch intuitive Methode ist Teleporting. Dabei sieht oder deutet der Spieler in eine bestimmte Richtung und klickt einen Button auf einem Controller um sich an die gewünschte Stelle zu teleportieren

Armswinger

Hier werden zur Fortbewegung Motion-Tracked Controller benötigt. Man bewegt sich indem man seine Arme wie beim Laufen hin und her schwingt aber dabei seine Füße nicht bewegt. Je schneller man seine Arme schwingt, desto schneller bewegt man sich in VR. Eine Variation dieser Methode erlaubt es, eine Hand zu schwingen, während man die andere Hand für Waffen und andere Interaktionen benutzen kann.

Bobbing-Walking

Ähnlich wie bei der Armswinger-Methode versucht man hier die natürliche Geh- und Laufbewegung als Input zu benutzen. Während man Geht oder Läuft bewegt sich üblicherweise der Kopf auf und ab. Bei dieser Technik muss man diese Kopfbewegung imitieren um sich fortzubewegen.

Redirected Walking

Da man in der Regel nur einen begrenzten Raum zur Verfügung hat, sind die meisten Methoden in-place, d.h. man sitzt oder steht, ohne sich von der Stelle zu bewegen. Am natürlichsten würde es sich jedoch anfühlen, wenn man sich in der virtuellen Welt genauso bewegen würde wie in der realen. Das Problem sind in diesem Fall die Einschränkungen der realen Welt und ein mögliches Verletzungsrisiko durch unerwartete Hindernisse (Wände, Stühle, …) 😉 Eine simple Lösung wäre ‚Walkabout locomotion‘. Hier kann die Umgebung manuell gedreht werden. D.h. wenn man den Rand seines verfügbaren Raumes erreicht hat, „freezed“ man die Umgebung und dreht sie so, dass man weitergehen kann ohne im Spiel die Richtung gewechselt zu haben. Diese Methode ist eine Form von Redirected Walking und mag für einige Anwendungen durchaus geeignet sein.

Benutzerfreundlicher sind jedoch „Behind-the-scenes“ Prozesse und werden im Idealfall vom Nutzer nicht erkannt. Ursprünglich wurde diese Technik dadurch inspiriert, dass eine Person mit verbundenen Augen unwissentlich einen Bogen entlanggeht, obwohl sie dazu aufgefordert wurde eine gerade Linie zu gehen. In VR umgesetzt bedeutet dies, dass versucht wird, den Nutzer so zu manipulieren, dass er seine Richtung ändert ohne etwas davon mitzubekommen oder seekrank zu werden. Ein extremes Beispiel: Man glaubt man geht geradeaus, einen langen Gang entlang, doch in Wirklichkeit geht man im Kreis. Dieser Effekt kann dadurch erzielt werden, dass man die virtuelle Szene um den Nutzer rotiert. Im Idealfall bekommt er von dieser Rotation nichts mit. Wir Menschen verlassen uns hauptsächlich auf vestibuläre (Gleichgewichtssinn), visuelle und auditive Wahrnehmungen für unsere Balance und Orientierung. Wir nutzen diese Sinne auch um festzustellen, ob wir uns selbst bewegen oder ob sich die Objekte um uns herumbewegen. Ziel von Redirected Walking ist es, diese Hinweise möglichst kontinuierlich zu erhalten, sodass der Nutzer die Bewegung der Umgebung nicht erkennt, sondern als seine eigene wahrnimmt. Natürlich hat Redirected Walking auch Nachteile. Der benötigte physische Platz ist größer als bei den anderen bereits erläuterten Methoden – je mehr Platz desto besser und unauffälliger werden die Manipulationen. Des Weiteren kann es sein, dass in der virtuellen Umgebung der Pfad für den Spieler vorgegeben sein muss.

Redirected Walking ist ein interessantes Konzept und hat Potential. NVIDIA, Adobe und Forscher der Sony-Brook-Universität haben erst kürzlich ein weiteres ‚Redirected Walking‘ System vorgestellt: hier geschieht die Manipulation der virtuellen Szene während wir für kurze Zeit blind sind. Genauer gesagt, werden hier ebenfalls die sakkadischen Augenbewegungen genutzt (Stefan erwähnte sie bereits in seinem Blog). Sakkaden sind schnelle und unbewusste Augenbewegungen, die auftreten, wenn man seinen Blick von einem Teil der Szene auf einen anderen Teil lenkt. Während man ein bewegendes Objekt verfolgt oder auch wenn man sich auf einen Punkt konzentriert bewegen sich die Augen schnell umher und zwischen den Fokussierungen sind wir sozusagen blind. Diese Blindheit dauert nur einige Millisekunden und diese wird ausgenutzt um die virtuelle Szene minimal zu verschieben. Das System soll sogar auf dynamische Veränderungen reagieren (z.B wenn andere Menschen in den Weg laufen) und den Nutzer daran vorbeileiten können.

Bis dieses System auf den Markt kommt, wird es wahrscheinlich noch einige Zeit dauern. Es bleibt auch spannend, welche neuen und kreativen Methoden zur Fortbewegung in VR noch entwickelt werden.