Diese Bachelorarbeit im Bereich der Digitalen Medien behandelt das Hantieren mit unterschiedlich schweren Kamera-Prototypen in der virtuellen Realität. Der Fokus liegt auf dem Einfluss unterschiedlicher Gewichte und haptischer Eigenschaften auf die Immersion und das Handling. Das genutzte VR-Medium ist die "HTC-Vive". Die genutzte Entwicklungsumgebung ist "Unity".
Die Arbeit wird anhand eines Experteninterviews mit einem professionellen Kameramann eingeleitet. Nach der Einführung in den aktuellen Stand der Technik werden Aufbau des virtuellen Raumes, Erstellung des Prototypen und die damit durchgeführte Evaluation interpretiert. Zusätzlich werden mögliche weiterführende und noch offene Themengebiete vorgestellt. Ergebnis dieser Arbeit ist, dass das Führen eines Prototypen gegenüber dem nahezu gewichtslosen Umgang mit einem Controller stark bevorzugt wird. Geringe Abweichungen in den Bereichen Haptik und Gewicht nehmen jedoch kaum Einfluss auf Immersion und Handling, solange der geführte Prototyp in etwa dem realen Pendant entspricht.
Unsere menschlichen Sinne lassen uns Dinge wahrnehmen und spüren. Der Tastsinn lässt uns beispielsweise Gegenstände erfühlen. Genauso wichtig wie die Haptik dieses Gegenstandes ist ein dazu authentisches Gewicht. Passt das Gewicht eines Objekts nämlich nicht zu dem von der Person erwarteten Gewicht, entsteht eine Nichtübereinstimmung, die das Gefühl der Immersion und die Glaubwürdigkeit der Situation für unser Gehirn negativ beeinflusst. Der Bereich der virtuellen Realität ist ein Arbeitsgebiet, in dem dieses Problem jede Interaktion beeinflusst.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Einführung anhand des Experteninterviews mit Vogel Audiovision GmbH
1.3 Zielsetzung
1.4 Aktueller Stand der Forschung
1.4.1 Virtuelle Realität
1.4.2 Haptik
1.4.3 Haptik in der virtuellen Realität
2 Hauptteil
2.1 Aufbau des virtuellen Raumes in Unity
2.1.1 Vorteile einer virtuellen Testumgebung
2.1.2 Prävisualisierung
2.1.3 Immersion
2.1.4 Der virtuelle Raum
2.2 Erstellung des Kamera-Prototypen
2.2.1 Vorteile eines Kamera-Prototypen
2.2.2 3D-Druck des Prototypen
2.3 Evaluation
2.3.1 Erhebung der Daten
2.3.2 Fragebogen
3 Schlussteil
3.1 Ergebnisse und Diskussion
3.2 Ist die Forschungsfrage beantwortet?
3.3 Mögliche weiterführende Themen/Fragen
3.3.1 Bedienbarkeit
3.3.2 Kamera Zubehör
3.3.3 Haptisches Feedback
3.3.4 Der finanzielle Aspekt und die Lage in Deutschland
3.4 Fazit
4 Literaturverzeichnis
5 Abbildungsverzeichnis
6 Anhang
Abstract
Diese Bachelorarbeit im Bereich der Digitalen Medien behandelt das Hantieren mit un- terschiedlich schweren Kamera-Prototypen in der virtuellen Realität. Der Fokus liegt auf dem Einfluss unterschiedlicher Gewichte und haptischer Eigenschaften auf die Im- mersion und das Handling.
Das genutzte VR-Medium ist die „HTC-Vive“.
Die genutzte Entwicklungsumgebung ist „Unity“.
Die Arbeit wird anhand eines Experteninterviews mit einem professionellen Kamera- mann eingeleitet.
Nach der Einführung in den aktuellen Stand der Technik werden Aufbau des virtuellen Raumes, Erstellung des Prototypen und die damit durchgeführte Evaluation interpre- tiert.
Zusätzlich werden mögliche weiterführende und noch offene Themengebiete vorge- stellt.
Ergebnis dieser Arbeit ist, dass das Führen eines Prototypen gegenüber dem nahezu ge- wichtslosen Umgang mit einem Controller stark bevorzugt wird. Geringe Abweichun- gen in den Bereichen Haptik und Gewicht nehmen jedoch kaum Einfluss auf Immersion und Handling, solange der geführte Prototyp in etwa dem realen Pendant entspricht.
1 Einleitung
1.1 Motivation
Unsere menschlichen Sinne lassen uns Dinge wahrnehmen und spüren. Der Tastsinn lässt uns beispielsweise Gegenstände erfühlen. Genauso wichtig wie die Haptik dieses Gegenstandes ist ein dazu authentisches Gewicht.
Passt das Gewicht eines Objekts nämlich nicht zu dem von der Person erwarteten Ge- wicht, entsteht eine Nichtübereinstimmung, die das Gefühl der Immersion und die Glaubwürdigkeit der Situation für unser Gehirn negativ beeinflusst.1
Der Bereich der virtuellen Realität ist ein Arbeitsgebiet, in dem dieses Problem jede In- teraktion beeinflusst.
In einer Studie konnte gezeigt werden, dass dieses Arbeiten mit realistischen Gewichts- verhältnissen im virtuellen Raum sogar das Gefühl für die Objekte um einen herum be- einflusst. So erwarte man auch von diesen ein entsprechendes Gewicht, wenn das aktu- elle Objekt in der Hand auch passend schwer ist.2
Beim Berühren von Objekten in der virtuellen Realität stellt das Führen der Controller ein weiteres Hindernis dar. Es existieren jedoch schon Prototypen von Controllern, die unterschiedliche Gewichte simulieren können. In verschiedenen Tests mit diesen konnte aufgezeigt werden, dass auch hier das Gefühl, ein reales Objekt zu bewegen, verstärkt wird.3
Im virtuellen Raum scheint das Gewicht also eine äußerst wichtige Rolle im Bezug auf Realismus und Immersion zu spielen.
Die stetig anwachsenden Möglichkeiten im Umgang mit der virtuellen Realität, durch immer anwenderfreundlichere Soft- und Hardware, haben in den letzten Jahren begon- nen den Entertainment-Bereich zu überschreiten und fungieren nun unterstützend in neuen Bereichen, von der Medizin bis zur Automobilindustrie.
Auch die Filmproduktion hat die dadurch entstehenden Möglichkeiten für sich entdeckt und erkannt, sodass dem Bereich des Szenenaufbaus und der Planung der Kamerafahr- ten und Bewegungen keine Grenzen mehr gesetzt sind.
Diese Ausarbeitung erörtert daher, in wie weit das Gewicht für ein realistischeres Ge- fühl bei Kamerabewegungen sorgen kann.
1.2 Einführung anhand des Experteninterviews mit Vogel Audiovision GmbH
Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Experteninterview mit einem Kameramann von Vogel-Audiovision GmbH geführt.
Nach kurzer Einführung in das Themengebiet wurde schnell klar, dass die verschiede- nen Kameragrößen und Formen einen wichtigen Aspekt bei der Planung der Kamera- bewegungen einnehmen. So wird in der Regel mit unterschiedlichen Gewichten gear- beitet, welche von einem halben bis drei Kilogramm schwer sind. Mit dem Anbau von Erweiterungen, Monitoren und Gehäusen können Gewichte von bis zu acht Kilogramm erreicht werden. Repräsentativ für die leichteren und somit flexibleren Kameras wurde die Sony Alpha 7 (477g) genannt.
Für komplexere Kinoproduktionen werden in der heutigen Zeit Kameras wie das Mo- dell PMW-F55 von Sony (2200g) eingesetzt.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 4: Sony Alpha 7 III Abb. 5: Sony PMW-F55
Für folgende Bereiche dieser Bachelorarbeit, wie das Erstellen eines 3D-Druck Proto- typs und die Nutzung von 3D Kameramodellen in der virtuellen Entwicklungsumge- bung, liegt die Spezialisierung auf kleineren Kameramodellen. So wird der Umfang für die 3D Drucker nicht zu groß und die Komplexität der Kameraführung für die späteren Testpersonen attraktiver.
Die Möglichkeit, Kamerafahrten in realistischen Filmsets in der virtuellen Realität zu proben, stellt für professionelle Kameraleute in vielerlei Hinsicht eine attraktive Art dar, spätere Hindernisse frühzeitig zu erkennen und Zeit zu sparen. Dies überschattet teil- weise sogar die Wichtigkeit des simulierten passenden Gewichtes der Kamera. Es ist erfahrungsgemäß leichter, sich das Gewicht der Kamera für den Moment vorzustellen, als sich mit passendem Gewicht in eine schlechte Szene zu denken.4 Dies unterstreicht, dass, im Rahmen dieser Ausarbeitung, neben Haptik und Gewicht die virtuelle Realität nicht aus dem Auge verloren werden soll.
1.3 Zielsetzung
Ziel dieser Arbeit ist es, die aufgestellte These mit Hilfe eines theoretischen, praktischen und eines empirischen Bereichs zu bestätigen oder zu widerlegen.
Der Faktor Gewicht soll in diesem Kontext genauer untersucht werden und im Idealfall sogar mögliche Prognosen für die Zukunft der Zusammenarbeit von virtueller Realität und Filmproduktion ermöglichen.
Dabei soll folgende Frage beantwortet werden: “Wie sehr beeinflussen unterschiedliche Gewichte und haptische Gegebenheiten die Immersion und das Handling beim Führen von Kameras in der virtuellen Realität?“.
Wünschenswert wäre, dass die Ergebnisse dieser Arbeit Türen für weiterführende The- mengebiete in dieser Richtung öffnen und dass diese Ausarbeitung für neue Projekte und Interessierte als Grundlage zur Einführung in die Thematik genutzt werden kann.
1.4 Aktueller Stand der Forschung
Der Hauptteil dieser Arbeit beginnt mit einer Einführung in den aktuellen Stand der Forschung. Dabei werden Begrifflichkeiten rund um die virtuelle Realität, wie die Hap- tik, das Gewicht und das Realitätsgefühl, näher erläutert.
1.4.1 Virtuelle Realität
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 6: VR Brille und Handschuhe bei
Forschungen der NASA in den 90er Jahren "Definition: Virtual reality is a high-end user-computer interface that involves realtime simulation and interactions through multiple sensorial channels. These sensorial modali- ties are visual, auditory, tactile, smell and taste“ 5 Die virtuelle Realität dient in dieser Ausarbeitung als Arbeitsmedium. Jegliche Interak- tion mit dem Prototypen, sowie das Filmen einer bestimmten Szene, wird virtuell durchgeführt. Dies schafft die Möglichkeit Filmsets zu simulieren die noch nicht exis- tieren und täuscht das Hantieren mit teueren Kameras, ohne das Risiko der Beschädi- gung, vor. Zusätzlich ermöglicht eine virtuelle Umgebung ein endloses Maß an Flexibi- lität. Vom Austauschen der Kamera bis zum Verändern der gesamten Szene sind hier keine Grenzen gesetzt.
1.4.2 Haptik
„Der Begriff Haptik selbst entstammt dem griechischen haptein, mit der Bedeutung be- rühren, begreifen, erfassen oder tasten und steht allgemein für den Tastsinn Betreffen- des. Der Begriff Haptik steht nach heutiger Bedeutung für die Lehre vom Tastsinn und umfasst, vergleichbar mit den Bereichen Akustik oder Optik, alle Wahrnehmungen, die in unmittelbarem Zusammenhang mit Anfassen, Erfühlen und Begreifen bzw. deren wissenschaftlich oder technisch verwandten Themen stehen.“ 6
Im Kontext dieser Ausarbeitung spielt die Haptik eine immens wichtige Rolle. Wie schon Titel und Forschungsfrage schließen lassen, wird untersucht, in wie weit eine rea- litätsgetreue äußerliche Darstellung des Kameraprototypen Einfluss auf die Immersion nimmt. So werden in der Evaluation Tests mit Kamera ähnlichen und Kamera unähnli- chen Gegenständen durchgeführt.
1.4.3 Haptik in der virtuellen Realität
Um optische sowie akustische Reize der virtuellen Realität weiter zu verstärken und um ein zusätzliches Element zu ergänzen, kommen häufig haptische Aspekte zum Tragen. Mit Gesten werden Dinge verschoben, Bewegungen gesteuert und Befehle erteilt. Doch dem menschlichen Gehirn fehlt hier ein wichtiges Feedback. Wir berühren meist nur virtuelle Objekte und fassen diese nicht wirklich an. So kann es schnell zu einem ver- minderten Realitätsgefühl kommen.
Betrachtet man den aktuellen Stand der Forschung, wird schnell klar, dass hier momen- tan in mehrere unterschiedliche Richtungen gearbeitet und geforscht wird.
Ein Bereich ist die Verwendung von Handschuhen, die Widerstände simulieren und so ein Gefühl für Berührung erzeugen. Hier kann jedoch nur Druck beim Zugreifen ermög- licht werden. Seitlich auftretende Reize auf die Hände zu simulieren ist dabei nicht möglich. Die aktuelle Genauigkeit liegt im Bereich weniger Zentimeter und macht so eine genaue Oberflächendarstellung oder das Ertasten von sehr kleinen Objekten un- möglich. Diese Handschuhe werden jedoch Jahr für Jahr genauer und verlieren an Ge- wicht. Dieser Gewichtsverlust stellt einen ebenso wichtigen Schritt dar, wie die Moder- nisierung der Technik, da sich zusätzliches Gewicht an den Händen negativ auf eine möglichst echte Darstellung der Realität auswirkt.7
Eine weitere Herangehensweise, die atomfreie virtuelle Realität spürbar zu machen, ist die Verwendung von gezielten Stromstößen. So soll unter Verwendung von Reizstrom eine Muskelkontraktion ausgelöst werden, welche beispielsweise das Berühren einer Wand widerspiegelt. Die Technik dazu stammt aus dem Bereich der Physiotherapie und Medizin. Was im ersten Moment beeindruckend klingt, bringt jedoch große Komplexität mit sich. Denn mit Berücksichtigung der anzusprechenden Muskelgruppen bei jeder Bewegung oder Berührung eines Objektes im virtuellen Raum, müsste die die komplet- te Programmierung erweitert werden. Der Programmcode würde also eine ganz neue Ebene benötigen, die im Hintergrund immer gerade die notwendigen Muskeln unter Strom setzt.8
Mit Förderungen im mehrstelligen Millionen-Euro-Bereich versucht die Firma Ultrah- aptics derzeit haptische Simulationen via Ultraschall zu erzeugen. Hier werden Objekte überhalb einer kleinen Matte aus Lautsprechern für den Nutzer in der virtuellen Realität dargestellt. Diese Technik ist somit jedoch auf genau diesen Bereich über der Matte be- grenzt und infolgedessen sehr stationär.9
Der aktuelle Stand der VR-Technoligie schafft es durchaus Augen und Gehör effektiv zu täuschen. Raumfüllende Bilder und Klänge lassen uns für kurze Zeit in eine Paral- lelwelt abtauchen und vermitteln das Gefühl wirklich vor Ort zu sein. Was die Technik aktuell noch nicht vernünftig realisieren kann, ist die Komponente der Haptik mit ein- zubringen. Dies ist ein sehr wichtiger Punkt, um ein authentisches immersives Gefühl in der alternativen Realität zu erzeugen.
Diese Hürde gilt es in den nächsten Jahren zu nehmen. Wie oben angesprochen befassen sich bereits viele unterschiedliche Unternehmen auf unterschiedliche Art und Weis mit dem Thema Haptik. Es gibt aktuell jedoch nur Lösungsansätze mit diversen Einschrän- kungen. Diese Ausarbeitung greift das Haptik-Problem auf eine noch andere Art auf. Es wird nicht versucht etwas zu erzeugen, was nicht vorhanden ist. Vielmehr wird mit rea- len Prototypen gearbeitet, deren Gegenstücke im virtuellen Raum ebenfalls angefasst und bewegt werden können.
2 Hauptteil
2.1 Aufbau des virtuellen Raumes in Unity
Die drei Hauptaspekte auf denen diese Arbeit basiert, bestehen aus einem Kamera-Pro- totypen, einer Virtual Reality Umgebung, in welcher man sich mit dem Prototypen be- wegt und der dazugehörigen Evaluation. Im Folgenden gehen wir auf den zweiten Teil, die virtuelle Umgebung und deren Nutzen, weiter ein.
2.1.1 Vorteile einer virtuellen Testumgebung
Die Umgebung, in der die Bewegungen mit der Kamera getestet und geplant werden sollen, wird vorab am Computer erstellt. Genutzt wird hier die Laufzeit- und Entwick- lungsumgebung Unity vom Unternehmen Unity Technologies.
Digitale Objekte lassen sich ohne Aufwand modellieren, bewegen und können entfernt werden. Dabei können Filmsets nacherstellt werden, um einen Eindruck der Szene zu erzeugen und die Bewegungen mit der Kamera zu proben. Hier lassen sich frühzeitig mögliche Hindernisse und Probleme erkennen können und vermieden werden. Es wer- den Produktionskosten und Zeit gespart. Es werden keine Objekte beschädigt, wodurch das Verletzungsrisiko minimiert wird. Letzteres wird vor allem bei körperlich aktiven und riskanten Szenen nützlich.
Dieses System orientiert sich an einem ähnlichen Ansatz, welcher aktuell schon kom- plett in der Filmbranche integriert ist und bei nahezu jeder größeren Produktion Ver- wendung findet. Um elementare Produktionsschritte vorab planen zu können, wird bei einer komplexeren Filmproduktion oft die Technik der Prävisualisierung genutzt.
2.1.2 Prävisualisierung
Eine Filmproduktion ist immer die Herstellung eines Unikats. Der Film entzieht sich so, im Gegensatz zu anderen, industriell hergestellten Massenprodukten, grundsätzlich ei- ner übermäßigen Standardisierung und Nominierung im Herstellungsprozess.10
Aktives Filmen birgt teilweise unberechenbare Komponenten und kann an vielen Stel- len unerwartete Komplikationen mit sich bringen.
Prävisualisierung ist eine Möglichkeit, die Risiken zu minimieren, Kosten zu senken und Zeit einzusparen, wobei dem Nutzer gleichzeitig die Möglichkeit geboten wird, sei- nen Gedanken und seiner Kreativität freien Lauf zu lassen, ohne große Produktionskos- ten zu verursachen.
Dem Visualisieren vor Produktionsbeginn sind durch die Verwendung von Prävisuaili- sierungsprogrammen quasi keine Limitierungen mehr gesetzt. „Depending on the needs of the production, teams can previs everything from a single shot to the entire produc- tion, with most previs work falling somewhere in the middle.“11
Mit fortschreitender Technik werden die gebotenen Möglichkeiten immer komplexer und Prävisualisierung ist zu einem festen Bestandteil vieler Filmproduktionen gewor- den.
„Für Produktionen mit vielen Visual Effects oder auch für komplexe Realdreh-Szenen bietet es sich an, den Film zu schneiden, bevor man ihn dreht.“12
„Perfektioniert wurden die Verfahren wiederum durch Industrial Light and Magic für Steven Spielbergs „Jurassic Park“ (1993), für den einzelne Sequenzen simuliert wurden. Damit hielt das previz Einzug in das Film-Design; bereits 1995 entwarfen der Phot- oshop-Erfinder John Knoll und der Künstler David Dozoretz ganze Szenen für „Missi- on: Impossible“ (1996). Das previz wurde schnell zum Teil der gestalterischen Planung ganzer Filme und wird heute meist mit dem Regisseur abgestimmt. Filme wie die „Ma- trix“- (1999-2003) oder die „Lord-of-the-Rings“-Trilogie (2001-03) wären ohne ausge- feilte Vorvisualisierungen nicht denkbar.“13
[...]
1 Simeone, Adalberto L. ; Velloso, Eduardo ; Gellersen, Hans: Substitutional Reality: Using the Physical Environment to Design Virtual Reality Experiences, 2015
2 Brent Edward Insko: Passive Haptics Significantly Enhances Virtual Environments, 2001
3 Andre Zenner ; Antonio Krüger: Shifty: A Weight-Shifting Dynamic Passive Haptic Proxy to Enhance Object Perception in Virtual Reality, 2017
4 Experteninterview: Vogel Audiovision GmbH
5 Burdea und Coiffet, Virtual Reality Technology, 2003
6 Reisinger, Parametrisierung der Haptik von handbetätigten Stellteilen, 2008
7 Matthias Bastian, Virtual Reality: Dexmo ist der erste marktreife Exo-Handschuh mit Haptik, 2017
8 Pedro Lopes; Sijing You; Lung-Pan Cheng et al.,Providing Haptics to Walls & Heavy Objects in Virtual Reality by Means of Electrical Muscle Stimulation, 2017
9 Matthias Bastian, Virtual Reality: 21 Millionen Euro für Haptik-Simulation via Ultraschall, 2017
10 Wendling, Eckhard (2008). Praxis Film: Filmproduktion: Einführung in die Produktionsleitung. Kon- stanz (UVK Verlagsgesellschaft mbH) (Band 46). S. 11
11 Baumgartner, Rick, Beyond Worlds: Previs as a Design and Approval Tool for Directors, 2003
12 Bertram, Sascha (2005). VFX: Praxis Film. Konstanz (ZÙVK Verlagsgesellschaft mbH). S. 202
13 http://filmlexikon.uni-kiel.de/index.php?action=lexikon&tag=det&id=6425
- Citation du texte
- Anonyme,, 2019, Verschiedene Gewichte für Kameras in virtueller Realität und deren Einfluss auf Immersion und Handling, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/515221
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