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Serie: Virtual Reality im Unternehmen, Teil 4

Die Technik hinter Virtual-Reality-Anwendungen

Thomas Fischer schreibt seit über 20 Jahren für unterschiedliche namhafte PC-Zeitschriften über IT-Themen sowie Business-Software, war beteiligt an der Entwicklung von Konzepten neuer IT-Magazine und arbeite mehrere Jahre in einem Verlag im Bereich Corporate Publishing. Sein Slogan ist: Technik einfach erklärt..
Steht einmal die Entscheidung, die Vorteile von Virtual Reality im eigenen Unternehmen zu nutzen, folgen die Fragen zur Umsetzung, der Technik dahinter und was das kosten wird. Dies lässt sich fundiert beantworten, wenn man weiß, welche VR-Techniken es gibt und welche davon für Ihr Vorhaben die richtige ist. Der vierte Teil unserer Serie "Virtual Reality im Unternehmen" liefert das passende Hintergrundwissen.

Was unter Virtual Reality zu verstehen ist und welche Faszination sie auf den Betrachter ausübt, beschreibt unser erster Beitrag der VR-Serie: "Faszination Virtual Reality: Neue Perspektiven für Ihre IT". Anhand konkreter Beispiele haben wir im zweiten Teil unserer Serie zur Virtual Reality gezeigt, wie dieses Technik bereits erfolgreich in Unternehmen eingesetzt wird.

Wer als IT-Verantwortlicher plötzlich mit dem Thema Virtual Reality konfrontiert ist, stellt sich schnell die Frage: "Was braucht man dafür an Hardware, Software und Infrastruktur?" Firmen, die virtuelle Techniken in ihrem geschäftlichen Alltag einsetzen möchten, benötigen daher konkrete Informationen darüber, welche Technik es am Markt gibt, was sie kann, ob sie für den geplanten Einsatz taugt. Wichtig auch: Wer ist in der Lage, die richtige Technik zu liefern und last but not least, was kostet sie? Die Kosten hängen sehr stark davon ab, ob ein Unternehmen lediglich nur VR-Anwendungen nutzt oder aber VR-Anwendungen selbst produziert. Während die PC- und Wiedergabetechnik bei beiden zunächst gleich oder ähnlich sind, erfordert die Produktion von VR-Anwendungen noch zusätzliche Techniken, wie spezielle Kameras und Produktionssoftware. Nicht zu vergessen: Diese Techniken benötigen zusätzliche Mitarbeiter mit entsprechenden Kenntnissen.

Virtual-Reality-Technik: Aufwand und Nutzen

Die im zweiten Teil unserer Serie beschriebene Fallstudie einer Virtual-Reality-Anwendung im Kohlebergbau erfordert insgesamt einen durchaus hohen technischen und finanziellen Aufwand bis hin zu einem speziell dafür eingerichteten Raum. Da es hierbei aber um die richtigen Entscheidungen in Krisenfällen, Vermeidung von Unfällen und letztendlich um Menschenleben im Alltag des Kohlebergbaus geht, ist dieser Aufwand gerechtfertigt und erfolgversprechend. Viele andere Anwendungen lassen sich aber bereits mit geringerem Aufwand erfolgreich einsetzen, etwa mit einer speziellen VR-Brille als Sichtgerät.

Hierfür gibt es mittlerweile eine Reihe verfügbarer Typen. Einige sind noch in der Entwicklung und mit Sicherheit sind in dieser Branche in naher Zukunft weitere spannende Neuentwicklungen zu erwarten. Die derzeit wichtigsten VR-Brillen haben wir im ersten Teil bereits kurz vorgestellt. Sind für VR-Projekte im Unternehmen VR-Brillen erforderlich, stellen sich automatisch die Fragen: Was unterscheidet sie? Und: Worauf kommt es bei diesen Brillen hauptsächlich an?

Hohe Grafik-Rechenleistung nötig

Zunächst einmal ist es wichtig, auf die Bildwiederholrate des Displays der Brille zu achten. Dieser Wert wird in Hertz (Hz) angegeben und beschreibt, wie oft das Display ein Bild pro Sekunde darstellt. Das ist für Bewegtbilder wichtig. Je höher dieser Wert ist, desto weniger nimmt das Auge ein Flimmern oder Ruckeln des Bildes wahr. Dann erscheinen die Bewegungen am Display flüssig und nicht abgehackt.

Hierbei spielen die verwendete Software und Grafik-Hardware die entscheidende Rolle. 24 Bilder pro Sekunde, die einen normalen Kinofilm vollkommen ohne Flimmern und Ruckeln erscheinen lässt, genügen bei einem VR-Display noch lange nicht. Hier sind 60 Bilder pro Sekunde (60 Hz) das absolute Minimum. Bei der Wahl der VR-Technik ist darauf zu achten, dass eine Bildwiederholrate von wenigsten 120 Hz möglich ist.

Displays mit sehr hoher Auflösung

Wie bei anderen Sichtgeräten (Bildschirme, Smartphone-Displays) entscheidet auch beim Display einer VR-Brille die Auflösung über die Schärfe und Detailtreue der Bildwiedergabe. Sie muss hoch sein, damit der Eindruck entsteht, sich in einer virtuellen Welt zu bewegen. Je höher sie ist, desto besser und angenehmer empfindet der Betrachter die virtuelle Realität.

Die Pixeldichte wird in "Dots per Inch" (Bildpunkte pro Zoll) oder kurz DPI angegeben. 400 DPI sollte ein gutes VR-Display haben. Auflösungsangaben wie 1920 x 1080 führen hier in die Irre, weil Ihnen die Angabe fehlt, auf welche Fläche sich die Pixel verteilen. Pixeldichte und die davon unabhängige Bildwiederholrate sind die beiden wichtigsten Merkmale, um eine VR-Brille einschätzen zu können.

Virtual-Reality-Anwendungen erfordern ein optimales Zusammenspiel der gesamten Technik. Auch die Sensoren zur Erkennung von Aktionen spielen dabei eine wichtige Rolle. Sie dürfen beispielsweise keine spürbare zusätzliche Verzögerung in die Anwendung einbringen.
Virtual-Reality-Anwendungen erfordern ein optimales Zusammenspiel der gesamten Technik. Auch die Sensoren zur Erkennung von Aktionen spielen dabei eine wichtige Rolle. Sie dürfen beispielsweise keine spürbare zusätzliche Verzögerung in die Anwendung einbringen.
Foto: Dell

Was ein Fliegengitter mit eine VR-Brille zu tun hat

Naturgemäß hat das Display der VR-Brille einen nur geringen Abstand zum Auge des Betrachters. Das hat zur Folge, dass bei einer geringen Pixeldichte das menschliche Auge jedes einzelne Pixel als solches erkennen kann. Daraus folgt, dass die Verschmelzung aller Pixel zu einem Gesamtbild nicht gelingt (was bei Monitoren auch mit niedrigen DPI-Werten klappt, da diese deutlich weiter vom Auge entfernt stehen). Dieser Effekt ist als "Fliegengitter-Effekt" einer VR-Brille bekannt. Je geringer die Auflösung des Displays der VR-Brille ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass Anwender diesen Effekt wahrnehmen.

Daher ist eine Auflösung des VR-Displays von 1920x1080 Pixeln (1080p) zwar als untere Grenze anzusehen, aber dennoch für geschäftliche VR-Anwendungen zu gering. Selbst 4k-Displays, die eine Auflösung von 3840x2160 Pixel haben, können bei VR-Anwendungen im kommerziellen Bereich nicht vollständig überzeugen. Die Entwicklung geht daher in Richtung 8k-Displays, mit einer Auflösung von 7680x4320 Pixeln. Dazu muss man aber auch wissen, dass mit der höheren Display-Auflösung zugleich die Rechenleistung steigt. Von 1080p auf 4k braucht es die vierfache Rechenleistung, von 4k auf 8k ist nochmal die vierfache Rechenleistung erforderlich.

Kein Tunnelblick

Ein weiteres wichtiges Kriterium einer VR-Brille ist ihr darstellbarer Blickwinkel. Denn der bestimmt das verfügbare Sichtfeld für den Betrachter. Normalerweise überblickt ein Mensch ohne den Kopf und den Körper zu bewegen, einen horizontalen (rechts/links) Bereich von 180 Grad. In der Vertikalen (hoch/runter) sind es dagegen 60 Grad.

Jedes Auge für sich hat ein horizontales Sichtfeld von 150 Grad. Die horizontalen Blickwinkel beider Augen überschneiden sich dabei in der Mitte, sodass letztendlich in einen Bereich von rund 120 Grad die räumliche Wahrnehmung möglich. Daraus ergibt sich, dass eine gute VR-Brille einen Blickwinkel von mindestens 100 Grad bieten muss, damit die räumliche Wahrnehmung echt wirkt. Alles darunter erzeugt einen Tunnelblick und ist daher nicht zu empfehlen.

Kennzahlen zu verschiedenen Virtual-Reality-Brillen (Stand: Apri 2016)

Auflösung horizontal (Pixel)

Auflösung vertikal (Pixel)

Blickwinkel (Grad)

Gewicht (Gramm)

Preis (Euro)

Oculus Rift

2.160

1.200

110

500

720

HTC Vive

2.160

1.200

110

600

899

Playstation VR

1.920

1.080

100

610

400

LG 360 VR

960

720

80

100

280

Samsung Gear VR

2.560

1440

96

318

99

Latenz

Ebenfalls wichtig ist die sogenannte Latenz: Bekannt aus der Netzwerktechnik sie die Zeit an, die zwischen einer Anfrage und dem Erhalt der Antwort vergeht.

Ähnlich verhält es sich mit einer VR-Brille. Verschiebt der Betrachter innerhalb der virtuellen Umgebung über Controller einen Gegenstand, muss das möglichst verzögerungsfrei im Display passieren. Eine Reaktionszeit auf Aktionen von 20 Millisekunden ist dabei das obere Maximum. Besser sind nur einige wenige Millisekunden. Die Latenz wird durch unterschiedliche Komponenten und Faktoren beeinflusst. In erster Linie ist das die Rechen- und Grafikleistung der eingesetzten PC-Technik, die Güte des Brillendisplays sowie die Qualität der Sensortechniken, die Aktionen und Gesten erfassen.

Die Erforschung des sozialen Zusammenlebens der Wale zählt zu den Hauptbeschäftigungen von Adrian Grenier. Gemeinsam mit Dell wurde das Virtual Reality Projekt "Cry Out: The Lonely Whale Experience" verwirklicht, das den Betrachter in die Tiefen des Ozeans direkt zu den Walen entführt. Die virtuelle Welt vermittelt die Erfahrung, welche Auswirkungen Umweltsünden der Menschheit auf die Lebensweise der Wale haben.

Rechenleistung nach Maß

Für einen ersten Eindruck von den Möglichkeiten der Virtual Reality genügt bereits ein Smartphone und beispielsweise das Google Cardboard. Die Qualität dieser primitiven Ausstattung lässt erwartungsgemäß sehr zu wünschen übrig und bestätigt, wie relevant die zuvor beschriebenen Eigenschaften sind. Dennoch lässt sich anhand dieser einfachen Technik bereits erahnen, was eine professionelle Ausstattung vermag.

Für den professionellen Einsatz im geschäftlichen Alltag steht daher auch professionelle Rechentechnik an oberster Stelle. Das trifft vor allem für die Anforderungen von Kreativ-Profis bei der Erstellung von Virtual-Reality-Inhalten zu. Hier kommt es vor allem auch eine hohe Rechen-, Grafik- und Speicherleistung an. Dell hat bereits zu Beginn des Jahres seine Precision Workstations mit entsprechenden Komponenten ausgestattet, um Unternehmen die Möglichkeit zur Entwicklung von Inhalten mit virtueller Realität zu geben. Die Dell Precision Workstations haben mit dieser Aktualisierung die zusätzliche Bezeichnung "VR-ready" bekommen.

Dell hat seine Precision Tower Workstations s der Reihen 5810, 7810 und 7910 sowie die Dell Precision Rack Workstation 7910 mit Intel® Broadwell® EP Prozessoren ausgestattet. Es sind in erster Linie die zusätzlichen Kerne dieser Prozessoren, die die Performance für Multithread-Anwendungen spürbar erhöhen. Davon profitieren vor allem professionelle Modellierungen, Analysen und Berechnungen.

Dell hat seine Precision Tower und Rack Workstations mit aktuelle Intel® Broadwell® EP Prozessoren sowie leistungsstarken Grafikkarten ausgestattet. So sind sie für jetzige und für zukünftige Virtual Reality Anwendungen VR-ready.
Dell hat seine Precision Tower und Rack Workstations mit aktuelle Intel® Broadwell® EP Prozessoren sowie leistungsstarken Grafikkarten ausgestattet. So sind sie für jetzige und für zukünftige Virtual Reality Anwendungen VR-ready.
Foto: Dell

Aber es sind nicht nur die Hauptprozessoren, die einen großen Einfluss auf die Entwicklung von VR-Anwendungen haben. Auch die Grafikleistung spielt dabei eine entscheidende Rolle. Aktuelle professionelle Grafikkarten werden diesen Ansprüchen gerecht. Des Weiteren stattete Dell seine VR-ready-Workstations mit Dell Precision Ultra-Speed PCIe-SSDs und mit schnelleren Speichermodulen aus.

Zudem spendiert Dell dieser Workstation-Familie eine Reihe exklusiver Technologien. Dazu gehören die Dell Reliable Memory Technology, die Dell Intel® CAS-W Cache Acceleration Software und ein Upgrade des Dell Precision Optimizer. Letzterer erspart eine Menge Zeit für die Konfiguration von 22 häufig eingesetzten Anwendungen.

Das steckt hinter VR-ready

Damit eine PC-Lösung als VR-ready gilt, müssen sie speziell dafür definierte Anforderungen erfüllen. Dell legt dafür spezielle Minimalkonfigurationen fest, die die Mindestausstattung und Leistungswerte beschreiben. Das stellt sicher, dass bei der Erstellung und beim Anwenden von Virtual-Reality-Inhalten mit VR-Brillen - wie HTC Vive oder Oculus Rift - die dafür notwendige optimale Leistung zur Verfügung steht.

Dell überprüft in diesem Zusammenhang außerdem, ob die PC-Lösungen zuverlässig die Rechen-, Speicher- und Grafik-Anforderungen erfüllen, die für ein optimales VR-Erlebnis nötig sind. Zudem müssen die Grafiktreiber für ein zuverlässiges Zusammenspiel mit den entsprechenden Komponenten qualifiziert sein. Darüber hinaus führt Dell für diese Konfigurationen Leistungstests durch, die auf Kriterien von VR-Brillen-Herstellern, ISVs (Independent Software Vendor) und unabhängigen Benchmarks basieren.

Fazit

Auch wenn Virtual Reality nicht absolut neu ist, kommt es jetzt so richtig in Fahrt. Grund ist, dass die dafür erforderlichen Technologien wie leistungsstarke Computer, Grafikkarten, Speichersysteme, Displays, Kameras und Projektionsverfahren endlich verfügbar und auch bezahlbar sind. Das Interesse im Endkundenbereich an virtueller Realität ist enorm (wie die diesjährige Spielemesse Gamescom gezeigt hat).

Im professionellen, geschäftlichen Bereich ist Virtual Reality oft schon Realität. Große Reiseveranstalter, Autohersteller, Hotelketten und Krankenhäuser nutzen die Technik für Präsentationen, Trainings und den Verkauf. Schier unendlich viele neue Geschäftsfelder, verbunden mit neuen Arbeitsplätzen, werden zukünftig durch den wachsenden Einsatz der VR-Technik entstehen, etwa bei der Entwicklung von Hardware und vor allem beim Erstellen von VR-Anwendungen

Der letzte Teil der Serie: "Virtual Reality im Unternehmen" wird sich mit dem Thema "VR-Arbeitsplätze der Zukunft" beschäftigen.