Augmented und Virtual Reality Virtuelle Schallquellen werden im virtuellen Raum realistisch

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Damit die Immersion bei VR und AR so realistisch wie möglich wird, muss die Akustik zur simulierten Szenerie passen. Dafür haben Forscher jetzt eine Audiotechnik entwickelt, mit der sich virtuelle Schallquellen gezielt im Raum platzieren lassen – mit vertretbarem Rechenaufwand.

Im virtuellen Raum mit AR haben Geräusche eine besondere Bedeutung. Damit Anwender die Immersion realistischer erleben, haben Forscher der TU Ilmenau eine spezielle Audio-Technologie entwickelt. Sie soll in Augmented (AR) und Virtual Realtiy (VR) zum Einsatz kommen.

Für eine Person, die sich in dem Raum bewegt, klingt der Schall jederzeit realistisch und überzeugend: Während man auf die Schallquelle zu geht, daran vorbeiläuft oder sich darum herumbewegt, nimmt man den Schall so wahr, als ob die Quelle tatsächlich in dem Raum wäre.

Dreidimensionale Hörwahrnehmung

Beim dreidimensionalen Erleben virtueller Räume spielt der Hörsinn eine elementare Rolle. Nicht nur wenn eine Person darin bewegungslos lauscht, auch wenn sie auf eine virtuelle Schallquelle zu geht, daran vorbeiläuft oder um sie herumgeht, muss ihre Hörwahrnehmung jederzeit in allen drei Dimensionen realistisch sein.

Um ein möglichst naturgetreues Hörempfinden der virtuellen Schallquellen zu erreichen, haben Akustikexperten bisher weltweit handelsübliche Kopfhörer verwendet und die Wiedergabe der im Raum befindlichen Schallquellen an die Bewegungen und Drehungen des Kopfes des Hörers angepasst.

Enormer Mess- und Modellierungsaufwand

Verändert der Hörer seine Position im Raum, verändert er nicht nur seine Hörposition relativ zur Schallquelle selbst, sondern auch relativ zu jeder reflektierenden Fläche, unabhängig von deren Form, Größe, Oberflächenbeschaffenheit, Material, Entfernung und Richtung. Sollen all diese akustischen Details bei der Schallwiedergabe berücksichtigt werden, erfordert das nicht nur eine enorme Rechenleistung der Computer, sondern auch einen enormen Mess- und Modellierungsaufwand.

So ist es für eine 3D-Raumsimulationssoftware und für deren Bediener überaus zeitaufwändig, die akustischen Oberflächeneigenschaften einer komplexen Raumumgebung zu rendern, also aus den vorliegenden Rohdaten etwa einer verwinkelten Bibliothek mit Tausenden Büchern ein Umgebungsbild zu erzeugen, um daraus wiederum die für die Schallwiedergabe notwendigen Eigenschaften aller einzelnen Wand-, Regal- und Buch-Oberflächen zu berechnen.

Datenmenge durch Vereinfachung senken

Hier setzten die Wissenschaftler des Fachgebiets Elektronische Medientechnik der TU Ilmenau an. Um die Datenmenge zu senken, setzten sie auf Vereinfachung: Da der Mensch ohnehin nicht alle akustischen Details in seiner Umgebung wahrnimmt, berücksichtigten die Forscher die Reflexionen der räumlichen Umgebung nur in dem geringen Maße, wie sie tatsächlich wahrgenommen werden. Dadurch konnte die Rechenleistung der Computer und vor allem der Arbeitsaufwand gegenüber früheren Verfahren drastisch reduziert werden.

Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig: Neben Spielen profitiert die Industrie: Automobilentwickler können beim Virtual Prototyping ein neues Fahrzeug bereits erkunden und erleben, bevor ein teurer realer Prototyp gebaut wird.

Einsatz in Medizin und bei Videokonferenzen

In der Medizin kann eine realistische Trainingsumgebung für Ärzte geschaffen werden. Auch die Behandlung von Angststörungen und Depressionen ist denkbar. Bei Videokonferenzen können sich mehrere Teilnehmer in Form von Avataren in einem virtuellen Raum treffen und nicht nur miteinander kommunizieren, sondern auch verschiedene Aktivitäten gemeinsam ausführen: zusammenarbeiten, Entwürfe erstellen oder ein Spiel spielen.

Die Ilmenauer Entwicklung kann in Mixed-Reality-Anwendungen eingesetzt werden, bei denen virtuelle Inhalte in die reale Umgebung eingeblendet werden. So könnten reale Objekte virtuelle Geräusche erzeugen, wenn etwa ein Gerät selbst erklärt, wie es zu bedienen ist.

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