Einsatzpotenziale von Virtuellen Realitäten im Tourismus

Inhaltsverzeichnis

Darstellungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

A. PROBLEMSTELLUNG, VORGEHENSWEISE UND ZIEL

B. GRUNDLAGEN
B. 1. Virtuelle Realität
B. 1.1 Definition und Wesen von VR
B. 1.2 Abgrenzung zu anderen Konzepten
B. 1.3 Technische Umsetzungen
B. 1.4 Anwendungen
B. 2. Das Phänomen Tourismus
B. 2.1 Tourismus als System
B. 2.2 Die Tourismusnachfrage
B. 2.3 Das Tourismusangebot
B. 2.4 Die Bedeutung des Tourismus

C. ANALYSE DER EINSATZPOTENZIALE VON VR IM TOURISMUS
C. 1. VR als Form des Tourismus
C. 1.1 Einführung
C. 1.2 Grenzen der Einsatzmöglichkeiten
C. 1.3 Eignungsanalyse der verschiedenen Tourismusarten
C. 1.4 Fazit und Ausblick
C. 2. VR als strategisches Instrument im Tourismusunternehmen
C. 2.1 Generelle Analyse möglicher Anwendungsgebiete
C. 2.1.1 Die Wertkette nach Porter
C. 2.1.2 Mögliche Anwendungsgebiete bei den Leistungsträgern
C. 2.1.3 ... bei den Reiseveranstaltern
C. 2.1.4 ... bei den Reisemittlern
C. 2.1.5 ... bei den Destinationen
C. 2.1.6 Fazit
C. 2.2 Analyse der Einsatzpotenziale von VR im Tourismus-Marketing.
C. 2.2.1 Besonderheiten des Marketing im Tourismus
C. 2.2.2 Eignung des VR-Einsatzes im Marketing allgemein
C. 2.2.3 Einsatzpotenziale von VR im Tourismus-Marketing
C. 2.2.4 ... bei den Leistungsträgern
C. 2.2.5 ... bei den Reiseveranstaltern
C. 2.2.6 ... bei den Reisemittlern
C. 2.2.7 ... bei den Destinationen
C. 2.2.8 Einflüsse des VR-Einsatzes auf das touristische Wertsystem

D. ZUSAMMENFASSUNG

E. LITERATURVERZEICHNIS

Darstellungsverzeichnis

Darst. 1: Zusammenhang zwischen Medium und Effizienz der Informations aufnahme

Darst. 2: Tourismus als System

Darst. 3: Entwicklung der Anzahl der Reisenden und des Umsatzes

Darst. 4: Prognose für Tourismusentwicklung inkl. Online-Anteil in der BRD

Darst. 5: Das Modell einer Wertkette

Darst. 6: Wertkette der Leistungsträger

Darst. 7: Wertkette der Reiseveranstalter

Darst. 8: Wertkette der Reisemittler

Darst. 9: Wertkette der Destinationen

Darst. 10: Technologietauglichkeit touristischer Produkte

Darst. 11: Alternative koexistente Vertriebswege im Tourismus

Darst. 12: Funktionswandel in der Tourismusbranche

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

A. PROBLEMSTELLUNG, VORGEHENSWEISE UND ZIEL

Die Tourismusindustrie ist der größte Arbeitgeber weltweit: jeder sechste Arbeitsplatz ist vom Tourismus direkt oder indirekt abhängig. Und weiterhin sind sich Freizeitforscher, Prognostiker und Praktiker darüber einig, dass der Tourismus zu den hoffnungsvollsten Wachstumsbranchen zählt. In der Tat lassen verschiedene Indikatoren wie Einkommens- und Freizeitentwicklung, verbesserte und billigere Transporttechnologien oder der Eintritt junger Industrienationen in die „Wegfahrgesellschaft“ erwarten, dass in Zukunft mehr und öfters Reisen unternommen werden.

Trotz dieser günstigen Prognosen müssen die Unternehmen in Zukunft ihre Wettbewerbsfähigkeit in einem veränderten Umfeld und damit auch auf geän- derten Märkten unter Beweis stellen. Hier seien stichwortartig Globalisierung der Märkte, kürzer werdende Produktlebenszyklen, sich schnell verändernde Technologien und immer anspruchsvollere und reiseerfahrenere Kunden ge- nannt. Diese Veränderungen bedeuten in der Regel eine Verschärfung des Wettbewerbs, die sich durch zunehmenden Verdrängungs- und Preiswett- bewerb, Wertewandel der Verbraucher und neuen wirtschaftlichen Rahmenbe- dingungen ausdrückt. Die größte Veränderungskraft auf Branche und Wettbe- werb geht allerdings von den neuen Informations- und Kommunikations- technologien aus. Allen voran hat das Internet die Tourismusbranche hinsicht- lich Marketing, Vertrieb und Wettbewerb grundlegend verändert. Dabei sind vor- handene Einsatzpotenziale immer noch nicht ausgechöpft.

Die vorliegende Arbeit soll sich jedoch nicht in die Reihe der Abhandlungen über die Auswirkungen des Internets auf die Tourismusbranche einordnen. Viel- mehr wird hier der Fokus auf die Einsatzpotentiale von Virtuellen Realitäten (VR) im Tourismus gerichtet. VR kann zwar mit dem Internet kombiniert wer- den, stellt jedoch ein eigenständiges Konzept dar. Das Konzept an sich, welches eine neue Qualitätsdimension in den Kommunikationsmedien, in der Visualisierung und in der Mensch-Maschine-Schnittstelle verspricht, ist dabei schon Ende der achtziger Jahre des 20. Jahrhunderts entstanden. Die Umsetzung allerdings, durch den bisherigen Technologiestand gebremst, hinkt bis heute den potenziellen Einsatzmöglichkeiten hinterher, denen, ähnlich dem Internet, revolutionäre Ausmaße zugesprochen werden. Trotz der Diskrepanz zwischen technisch Machbarem und Vision hat sich die Anwendung von Virtuellen Realitäten in Industrie, Forschung und Entertainment schon einen festen Platz erobert. Die Industrie hat VR als Mittel zum Ausbau und zur Sicherung von Wettbewerbsvorteilen erkannt (Stichwort Produktdesign beim Virtual Prototyping) und in die Wertschöpfung gewinnbringend integriert.

Angesichts der Informationsintensität des Tourismusgeschäfts stellt sich die Frage, ob nicht auch hier die Qualitäten von VR für die Schaffung von Wettbe- werbsvorteilen genutzt werden können. Womöglich birgt die Kombination mit dem Internet eine Verstärkung der bisherigen, durch Internet allein induzierten Auswirkungen auf die Tourismusindustrie. Mehr noch, neben der Integration in den Wertschöpfungsprozess könnten Tourismusunternehmen VR auch dazu verwenden, das Produkt „virtuelle Reise“ zu kreieren. Was die Frage aufwirft, ob sich hieraus eine Substitutionsgefahr für den „realen“ Tourismus ergeben ergeben könnte.

Es ist das Ziel dieser Arbeit, auf diese Fragen hinsichtlich eines VR-Einsatzes im Tourismus einzugehen und eine theoretisch begründete Bewertung des Konzeptes VR durchzuführen sowie seine möglichen Auswirkungen auf die Tourismusindustrie aufzuzeigen.

Hierzu werden in Teil B die Grundlagen vermittelt, auf denen sich die anschließenden Überlegungen aufbauen. Das Konzept VR wird ausführlich dargestellt. Die Komplexität des Themas erfordert eine gründliche Vorstellung aller relevanten Aspekte, vor allem die der technischen Realisierung (bezogen auf die Geräte, nicht die Programmierung). Es folgt eine Einführung in das Phänomen Tourismus.

Im Hauptteil C, der Analyse der Einsatzpotenziale von VR, wird zunächst auf die interessante Frage eingegangen, ob die touristische Produktangebots- palette durch die virtuelle Reise erweitert werden könnte. Hiernach werden im zweiten Abschnitt die Möglichkeiten zur Schaffung von Wettbewerbsvorteilen durch den VR-Einsatz im Tourismusunternehmen beleuchtet. Der hier zugrunde gelegte Ansatz geht auf Michael E. Porter zurück. Es wird gezeigt, dass das Marketing den vielversprechendsten Bereich darstellt. Daraufhin werden ent- lang der verschiedenen Stufen im touristischen Wertsystem konkret Einsatz- möglichkeiten vorgestellt. Mögliche Auswirkungen auf das touristische Wert- system (Stichwort Desintermediation) werden im letzten Abschnitt behandelt.

Die Zusammenfassung im letzten Kapitel D rekapituliert die Ergebnisse, wagt einen Ausblick auf künftige Entwicklungen und zeigt auf, in welchen Gebieten eventuell noch Forschungsbedarf besteht.

B. GRUNDLAGEN

Dieser Teil hat zum Ziel, die Grundlagen zu vermitteln, die nötig sind, um eine realistische Einschätzung der Einsatzpotentiale von VR im Tourismus durch- führen zu können. Dazu wird im ersten Kapitel eingehend auf das Phänomen VR eingegangen, während im zweiten Kapitel dann die Tourismusindustrie vorgestellt wird.

B. 1. Virtuelle Realität

„ Es ist wahrgewordene Science-Fiction - es ist Science-Fact! “ ^[1] Zunächst werden einige in der Fachliteratur vorzufindende Definitionen vor- gestellt, die das Phänomen Virtuelle Realitäten (oder auch abgekürzt VR) be- grifflich faßbar machen sollen. Ferner wird eingehend auf das Wesen von VR eingegangen. Es folgt eine Abgrenzung zu ähnlichen Konzepten, um Eigenar- ten und Unterschiede aufzuzeigen. Daraufhin wird auf die technische Umset- zung von VR eingegangen, da die Kenntnis hierüber entscheidend hilft, Anwen- dungen und Einsatzpotentiale von VR zu verstehen und zu erkennen. Mit dem Abschnitt über die Anwendungen, die das breite Spektrum an Einsatzgebieten verdeutlichen, wird die Einführung in das Phänomen VR abgeschlossen.

B. 1.1 Definition und Wesen von VR

Der Ausdruck „Virtual Reality“ wurde im Jahre 1989 von Jaron Lanier, dem Gründer der Firma VPL^[2], geprägt. Der Forscher und Entrepreneur mit dem Spitznamen „VR-Guru“ hatte damit im Grunde marketingtechnische Absichten: seinem neuen „Hobby“, das bis dato nur ihn und seine Forscher-Kollegen interessierte, wollte er einen vermarktungsfähigen Begriff geben.^[3]

Etymologisch gesehen ist dieser Begriff sehr interessant: es handelt sich um ein Antonym, also um zwei Wörter, die in Bezug auf ihre Bedeutung entgegengesetzt sind. „Virtuell“ bezeichnet etwas, das es real nicht gibt, das physikalisch nicht existent ist. „Realität“ hingegen wird verstanden als das, was nachweisbar und überprüfbar ist. Vielleicht ist es gerade dieser Umstand, der dazu beiträgt, dass der Name Virtuelle Realität so populär wurde und sich somit im Sprachgebrauch gegen „seriösere“, aber auch weniger attraktive Begriffe wie z.B. „Wirklichkeitstreue Simulation“ hat durchsetzen können.

Allerdings hat diese begriffliche Unsicherheit^[4] dazu verleitet, parallel weitere Ausdrücke zu erfinden und zu benutzen, wie z.B. „Cyberspace“ und „Virtual Environments“. In Japan z.B. hat sich der Begriff „Realistic Sensation“ durchgesetzt.^[5] Andere Autoren wiederum behaupten, dass diese Termini für eigenständige Konzepte stehen. Im nächsten Abschnitt wird auf die hier angesprochene Abgrenzung weiter eingegangen.

Wie aber ist nun der Begriff der Virtuellen Realität definiert? Vielleicht ist eine weitere Konsequenz der oben angesprochenen begrifflichen Unsicherheit, dass es nicht eine von allen Wissenschaftlern akzeptierte Definition gibt. Vielmehr gibt es mehrere, von denen nun einige exemplarisch vorgestellt werden:

„Mit dem Begriff der Virtual Reality wird meist die rechnergestützte Gene- rierung eines möglichst perfekten sensorischen Abbildes unserer realen Umwelt assoziiert“.^[6]

„Im engeren Sinn fasst man darunter nur die spezielle Wahrnehmung von visualisierten Datenstrukturen mittels Helm und ihre Manipulation per Hand- schuh. Dabei entsteht das Gefühl für Körper und Sinne, aufgrund der Wahrnehmungseinengung in eine andere Wirklichkeit einzutauchen“.^[7]

„Virtual Reality ist eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, die es erlaubt, eine computergenerierte Umwelt in Ansprache mehrerer Sinne als Realität wahr- zunehmen“.^[8]

„Diese neue Technik zur Interaktion mit dem Computer kann als ein System beschrieben werden, das dem Benutzer durch eine interaktive Grafik in Echt- zeit mit dreidimensionalen Modellen und einer geeigneten Ausgabetechnik erlaubt, in die Modellwelt einzutauchen und diese direkt zu manipulieren“.^[9]

„In general [...] the term virtual reality refers to an immersive, interactive experience generated by a computer“.^[10]

Bei den hier vorangegangenen Definitionen werden stets zwei verschiedene Bereiche der VR angesprochen: zum einen das Gedankenkonzept und zum anderen dessen technische Realisierung durch Computertechnologie.

Das gedankliche Grundkonzept, welches das Fundament der VR bildet, steht für „die Konzeption einer interaktiven, scheinbaren, künstlichen Umgebung“^[11], die nicht in der Wirklichkeit existiert. Daher virtuell.

Der Bereich der technischen Realisierung durch den Computer zielt auf die Hard- und Software-Komponenten ab, die zur Erstellung und Durchführung der Simulation gebraucht werden.

Die Verbindung dieser beiden Bereiche bildet den begrifflichen Rahmen der Virtuellen Realität.^[12]

Gerade an dieser frühen Stelle dieser Einführung in die VR ist es interessant, sich kurz über die Einsatz grenzen dieses Konzeptes bewußt zu werden. Es ist ersichtlich, dass dem ersten Bereich (dem Gedankenkonzept) nur durch die begrenzte Phantasie und dem zweiten Bereich (der technischen Realisierung) nur durch die Technologie Grenzen gesetzt sind. Hierauf wird im Abschnitt über die technische Umsetzung vertiefend eingegangen.

Bei einem von BBC übertragenen Gespräch zwischen dem Elektronikexperten John Barlow und dem zuvor vorgestellten VR-Guru Jaron Lanier äußerten sich die beiden über VR-Neulinge wie folgt:^[13]

John: „Als zweites fragen sie immer nach Sex, und als drittes nach Drogen.“ Jaron: „Und was fragen sie als erstes?“

John (lacht): „Was, zum Teufel, ist Virtuelle Realität?“

Nachdem nun der definitorische Rahmen von VR vorgestellt wurde, wird der Fokus auf die Funktionsweise gerichtet, um diese Frage vollständig zu be- antworten.

Aukstakalnis und Blatner schreiben hierzu:

„Die virtuelle Realität bedeutet einen mächtigen Sprung vorwärts in der Interaktion mit Rechnern und dem Sichtbarmachen von Information.“^[14]

Die VR vermag dazu deswegen im Stande sein, da „Virtual Reality [...] eine neue Generation von Mensch-Maschine-Schnittstelle“^[15] ist. Die Idee von VR ist deswegen so revolutionär, da es die erste Benutzer-Schnittstelle ist, die mehrere Sinnesorgane des Menschen zugleich miteinbezieht.

So kann der VR-Benutzer dem Konzept nach im Idealfall seine virtuelle Welt über die

- visuelle,
- auditive,
- kinestetische,
- taktil/haptische,
- olfaktorische,
- thermoreszeptive etc.

Doch auch der Input, also die Interaktion, die vom Benutzer ausgeht, kann auf manigfaltige Art und Weise geschehen:

- Blickrichtung,
- Sprache,
- Handgesten,
- Körperbewegungen, - Mimik etc.^[16]

Eine so reichhaltige Palette an möglichen Inputarten, und vor allem die Möglich- keit, mehrere von ihnen gleichzeitig zu nutzen, gab es vor der VR nicht. Es ist diese Kombination aus erweiterten Wahrnehmungsmöglichkeiten und der Inter- aktion, die dazu führt, dass „der bei herkömmlichen Medien passive Beobachter durch VR zu einem aktiven Benutzer wird.“^[17] Und erst durch diesen aktiven Be- nutzer fangen die Virtuelle Realitäten an zu existieren. Sie sind also keine von sich aus aktiven Realitäten, sondern sie existieren nur durch die Nutzung, durch ihren Gebrauch.^[18]

Die Qualität einer virtuellen Welt ist maßgeblich davon abhängig, für wie natürlich der Benutzer diese Welt empfindet. In diesem Zusammenhang ist die Immersion, der Grad der psychophysischen Eingebundenheit^[19], kurzum: der Grad des Eintauchens, das Güte-Kriterium schlechthin. Brice bringt diese Tat- sache auf den Punkt:

„The crucial goal is coined in the term immersion.“^[20] Die Immersion kann als eine Funktion der Wahrnehmungs dimension und der Umgebungs dimension verstanden werden.^[21] Bei ersterer korrelieren die Anzahl der durch die VR angesprochenen Sinnesorgane und die Qualität (im Sinne von realitätsnah) der von ihnen aufgenommenen Signale positiv mit der Wahrneh- mungsdimension und somit der Immersion. Die Umgebungsdimension wird vom Verhalten der Virtuellen Realität geprägt. Es wird der Anspruch gestellt, dass die Umgebung und ihre Objekte sich logisch verhalten, dass Aktionen anitizipierbare Reaktionen auslösen und dass einmal aufgestellte Regeln (z.B. die Naturgesetze) durchweg gelten.

Die Grenzen der Immersion liegen also allein in der Realisierung der Wahrnehmungsdimension, da diese technischen Restriktionen unterliegt.

Myron Krueger - auch einer der VR-Pioniere - prüft den Immersionsgrad mit dem „Ducktest“.^[22] Wird z.B. der Benutzer von der VR in die berühmte Szene des Films „Der unsichtbare Dritte“ (Alfred Hitchcock, 1959) an die Stelle von Cary Grant versetzt, und duckt er sich in dem Moment, wo das Flugzeug über ihn hinwegfliegt, ja dann liegt wohl ein zufriedenstellender Immersionsgrad vor.

Das Streben nach immer höherer Immersion bei den Medien ist so alt wie selbige selbst, da Immersion und Effizienz der Informationsaufnahme positiv miteinander korreliert sind. So muss z.B. der Leser eines Textes die Schrift - in den Augen von Hennig ein minimal-immersives Medium^[23] - erst entkodieren, der Betrachter eines Bildes hat es da schon leichter, beim Film/Video kommt dann sogar noch der dynamische Aspekt hinzu. Aber erst durch die VR, die den Computer gewissermaßen zum „Wirklichkeitsgenerator“ macht, kann der Be- trachter Informationen „erleben“, aus seiner passiven Rolle herausbrechen und aktiv in das Geschehen eingreifen. Willim fasst es so zusammen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

„Die Druckmedien und das Radio erzählen, Bühne und Film zeigen, Cyberspace [hier auch im Sinne von VR; eigene Anmerkung] verkörpert.“^[24]

Die nachstehende Darstellung verdeutlicht diesen Zusammenhang.

Darst. 1: Zusammenhang zwischen Medium und Effizienz der

Informationsaufnahme

(Darstellung lediglich mit Modellcharakter)

Effizienz der Informations- aufnahme Text Bild Film VR Medium

Quelle: Eigene Darstellung

Genau hier liegt das Potenzial des Mediums VR. Es hilft hoch komplexe Sachverhalte durch die intuitiv erfassbare Handhabung - eben durch die Einbingung mehrerer Sinnesorgane - zugänglich und verständlich darzustellen.

Man stelle sich einen Chemiker vor, der herausfinden möchte, ob und wie zwei verschiedene Moleküle miteinander zu verbinden sind. Dieses Problem in der Theorie zu lösen, bedarf eines Chemie-Studiums als Voraussetzung. Werden die Moleküle allerdings in einem Raum, in den man selbst eintauchen kann, dreidimensional dargestellt und können diese Moleküle ferner in alle Richtungen gedreht und verschoben werden, so fällt das „matchen“ selbst einem Laien leicht.^[25]

Mit VR können neben chemischen Molekülen natürlich auch andere Objekte dargestellt werden, wie z.B. die eigene Person, die sehen, hören, sprechen und sich bewegen kann: VR ist die Weiterentwicklung der Video-Telefonie. Von daher kann VR neben einem Werkzeug zur Informationsdarstellung gleichzeitig auch als ein völlig neues Kommunikationsmedium angesehen werden, welches in eine Scheinwelt mehrere - im Idealfall alle - Sinne miteinbezieht.^[26]

Es sind diese zwei Haupteinsatzmöglichkeiten der VR, die so mächtig sind, dass der VR das Potenzial zugesprochen wird, die Gesellschaft so tiefgreifend beeinflussen zu können wie seinerzeit das Telefon oder das Fernsehen.^[27]

B. 1.2 Abgrenzung zu anderen Konzepten

Zur begrifflichen Unsicherheit bzgl. VR kommt es nicht nur, da es, wie oben gezeigt, mehrere parallele Definitionsversuche gibt, sondern auch, weil ähnliche Begriffe, die eindeutig andere Konzepte bezeichnen, synonym zu „VR“ verwen- det werden. Um das Wesen der VR besser begreifen zu können und um Ver- wechslungen zu vermeiden, wird nun eine Abgrenzung zu diesen Konzepten vorgenommen.

Artificial Reality

Über die Frage, ob Artificial Reality (künstliche Realität) ein völlig eigenes Konzept^[28] oder eine Form der VR ist^[29], streitet sich die Literatur, was wiederum auf die angesprochene Definitionsunsicherheit in diesem Forschungszweig hin- weist. Einig sind sich die Autoren allerdings in den Unterschieden zwischen Artificial und Virtual Reality^[30]: Erstere strebt nicht nach der Simulation der Realität; Naturgesetze werden also z.B. gewollt ignoriert oder nur modifiziert berücksichtigt. Ferner ist der Immersionsgrad bei der Artificial Reality wesentlich geringer: hier findet die Visualisierung klassisch per Monitor statt. Der Benutzer hat also nicht das Gefühl durch den Monitor „geklettert“ zu sein und mitten im Geschehen zu stehen. Vielmehr bleibt er äußerer Betrachter und erlebt die Simulation in der 3. Person.

Augmented Reality

Bei der Augmented Reality (gesteigerte Realität) überlagert die virtuelle Umgebung die reale Umwelt und beide verschmelzen zu einem Bild. Der Benutzer wird mit (meist visuellen) ergänzenden Informationen versorgt, die die reale Umwelt nicht liefert, so dass er von einem erhöhten Informationsstand profitiert.^[31] Einsatzgebiete finden sich hier z.B. in der Militärluftfahrt, wo in HeadUp-Displays (HUDs) dem Piloten zusätzliche Informationen wie Höhe, Geschwindigkeit etc. präsentiert werden.^[32]

Cyberspace

Auch wenn in den Medien, und vor allem im „Volksmund“, die Begriffe Cyberspace und Virtuelle Welten häufig synonym verwendet werden, sind sich die Autoren der Fachliteratur einig, dass hiermit eindeutig zwei verschiedene Konzepte gemeint sind.^[33]

William Gibson benutzte diesen Ausdruck erstmals in seinem Roman „Neuromancer“ im Jahre 1984. Gemeint war hier ein künstlich geschaffener, abstrakter Datenraum, an welches sich die Menschen direkt mit ihrem Nerven- system anschliessen konnten, um es betreten und durchreisen zu können. Aus dieser Definition hat sich die heutige abgeleitet. Hiernach ist der Cyberspace eine künstlich geschaffene Welt, die nicht aus physikalischen Gegenständen besteht bzw. deren Repräsentationen, sondern aus reinen Daten und Informa- tionen.^[34]

B. 1.3 Technische Umsetzungen

Es wurde gezeigt, dass das Hauptmerkmal des Konzeptes von VR darin besteht, dem Benutzer das Gefühl zu geben, in eine andere Wirklichkeit abzutauchen. Diese Illusion wird dadurch erzeugt, dass die Sinnesorgane des Menschen gezielt mit computergenerierten Informationen versorgt werden, die dem Gehirn diese andere, von der realen Wirklichkeit getrennte Umgebung suggerieren und glaubhaft machen. Ferner entsteht der Eindruck der Immersion ja nicht nur durch die der realen Welt entsprechende natürliche Art und Weise der Informationsaufnahme, sondern auch durch die den gleichen Anspüchen genügende Interaktion mit dieser Welt. Gemäß diesen beiden Funktionen - Wahrnehmung und Interaktion - ist der nun folgende Abschnitt der technischen Realisierung aufgeteilt.

Wahrnehmung

Bisher mussten sich Computernutzer mit einem recht eingeschränkten Repertoire an Wahrnehmungs arten begnügen, mit denen Informationen aufgenommen werden konnten. So wurden Informationen zum einen in Form von Text, Bildern oder Videos meist zweidimensional oder aber auch in einer pseudo-dreidimensionalen^[35] Darstellung präsentiert. Zum anderen wurden Informationen auch akustisch vermittelt. Nun werden exemplarisch einige Gerätelösungen vorgestellt, mit denen nicht nur die beiden angedeuteten, sondern auch noch weitere Sinnesorgane angesprochen werden.^[36]

Visuelle Ausgabe

Die optischen Sinnesorgane sind für den Informationsaufnahmeprozess des Menschen am wichtigsten: 60 % der Informationen über unsere Umwelt werden mit den Augen aufgenommen.^[37] Die Informationsmenge, die von beiden Augen aufgenommen wird, liegt bei etwa 50 Milliarden Bits pro Sekunde. Zum Vergleich: die der Ohren beträgt rund eine Million.^[38] Aufgrund dieser Tatsache wurde auch stets der größere Forschungsaufwand in der Herstellung von visuellen Ausgabegeräten betrieben.

Für den Einsatz in der VR müssen die Sichtsysteme zwei Anforderungen erfüllen: das stereoskopische Sehen muss unterstützt und die Abschottung von visuellen Reizen der realen Umwelt muss gegeben sein, um dem Anspruch der Immersion gerecht zu werden.

Head-Mounted-Displays (HMD)

HMDs sind kopfgebundene Sichtsysteme, die ähnlich angezogen werden wie ein Motorradhelm. In ihnen sind zwei Bildschirme integriert, die jeweils in einem Abstand von wenigen Zentimetern vor den Augen angebracht sind. Dadurch, dass somit den Augen jeweils unterschiedliche Bilder präsentiert werden, ist das stereoskopische Sehen gewährleistet. Das dreidimensionale Sehen mit realistischem Tiefeneindruck ist möglich.

Das Bauprinzip der Bildschirme beruht meist auf LCD- oder Kathodenstrahlröhren-Technik. Die erstere vereint den Gewichtsvorteil und die Preisgünstigkeit, sowie Nachteile in Kontrast und Auflösung. Bei der zweiten Variante verhält es sich genau umgekehrt.

Umsetzung sich alle nach den Werken von [Aukstakalnis, Blatner, 1994], [Bormann, 1994], [Brice, 1997], [Hennig, 1997] und [Waehlert, 1997] orientieren. Neben einem umfassenden Einblick in die vielen verschiedenen Gerätelösungen gehen sie zum besseren Verständnis auch auf biologisch-physikalische Hintergründe der Sinnesorgane und ihrer Wahrnehmung ein.

Virtual Retinal Display (VRD)

Das vom Human Interface Technology Lab entwickelte VRD^[39] projiziert mittels Laserstrahlen das vom Computer berechnete Bild direkt auf die Netzhaut. Neben vergleichbarer Bildqualität lockt dieses Verfahren mit dem Vorteil, dass aufgrund des geringen Gewichtes und Stromverbrauchs ein VRD-basiertes HMD kaum größer und schwerer ist als eine normale Brille.

Alternative stereoskopische Sichtsysteme

Die soeben vorgestellten Sichtsysteme vereinen zur Erzielung der Immersion den Aspekt des stereoskopischen Sehens mit dem Aspekt der Abschottung vor visuellen Reizen der realen Umgebung. Letzterer bringt allerdings auch Nach- teile mit sich. Neben der Tatsache, dass es unter Umständen ein unange- nehmes Gefühl sein kann, nicht mitzubekommen, was real um einen herum passiert, kann auch der Wunsch nach perfekter Bildqualität, einem weiten Gesichtsfeld und einem entspannten Arbeiten größer sein als der nach totaler Immersion. Die folgenden zwei Lösungen tragen diesen Ansprüchen Rechnung.

Shutterbrillen

Bei diesem Prinzip werden in eine Brille Sichtblenden (daher „shutter“) aus Flüssigkristall eingesetzt. Diese vom Computer per Infrarot gesteuerten Verschlüsse verdecken stets abwechselnd die Sicht für das linke und rechte Auge mit einer Frequenz von idealerweise mindestens 75 Hz. Das Timing des Öffnens und Schließens ist mit der Bildgenerierung synchronisiert, so dass jedes Auge immer das ihm zugehörige Bild sieht. Das Gehirn setzt dann diese Bilder zu einer stereoskopischen Information zusammen.

Wird das vom Computer generierte Bild per Beamer auf eine große Wand geworfen, so werden die Einbußen bei der Immersion gemindert. Ausserdem kann mehreren Personen gleichzeitig die „Reise“ ermöglicht werden. Hierbei geht dann natürlich der Aspekt des aktiven Eingreifens verloren, da nur ein rein passives Betrachten möglich ist.

Polarisation

Die „aktive“ Shutterbrille ist zu teuer, sollten alle Anwesenden bei einer Konferenz, Vorlesung oder ähnlichem mit ihr ausgestattet werden. Eine einfache und preisgünstige Alternative ist hier das Polarisationsverfahren, bei dem von zwei Videoprojektoren das gleiche Bild, aber unterschiedlich polari- siert, auf eine Leinwand projiziert wird. Eine einfache Pappbrille mit polarisie- renden Folien reicht aus, um den stereoskopischen Eindruck zu erlangen. Die Brille läßt jedes Auge nur ein Bild sehen, das andere wird aufgrund der Polari- sation nicht „durchgelassen“. Dadurch, dass die Bilder perspektivisch leicht ver- zerrt sind, entsteht der Tiefeneindruck.

Akustische Ausgabe

Eine auditive Unterstützung der Simulation kann nicht nur die Realistik erhöhen, sondern auch den Benutzer vor einer visuellen Informationsüberlastung bewah- ren.^[40] Die Einsatzbereiche für akustische Informationsübermittlung sind vielfäl- tig: das Berührung von Objekten, das Fortschreiten eines Prozesses, kritische Situationen oder auch die einfache Orientierung im Raum kann akustisch unter- stützt werden. Mittels Kopfhörer, die meistens im HMD integriert sind, wird der User mit den akustischen Informationen versorgt. Die Berechnung der Akustik ist sehr kompliziert und rechenintensiv. Die Lage und Orientierung des Kopfes, die Entfernung zur Schallquelle, die Lautstärke, eventuelle Hindernisse sowie Reflexionen müssen berücksichtigt werden.

Haptische Ausgabe

Der Tastsinn ist der zweitwichtigste menschliche Sinn und steht auch als einer der wenigen schon direkt nach der Geburt zur Verfügung.^[41] Wird in der virtuellen Umgebung mit Objekten interagiert, so wird der Benutzer irritiert sein, wenn er z.B. einen Knopf betätigen will, ihn und auch seine sich hinbewegende Hand sieht, aber nichts spürt, wenn seine Hand - sichtbar - auf ihm liegt. Die Realistik der Simulation wird also - vor allem wenn der Benutzer nicht passiv, sondern aktiv ins Geschehen eingreifen will - stark von der haptischen Kom- ponente beeinflußt.

Zur erfolgreichen Simulation der Haptik muss ihre Funktionsweise verstanden sein. Sie unterteilt sich in drei Bereiche:^[42]

- taktile Wahrnehmung (durch Sinneszellen in der Haut)
- propriozeptive Wahrnehmung (Kraftrückkopplung auf die Muskulatur)
- kinästhetische Wahrnehmung (Einwirkung von Bewegungskräften auf den Körper)

Will die Haptik überzeugend simuliert sein, so müssen diese drei Wahrnehmungsarten technisch unterstützt werden.

Taktiles Feedback

Das Empfinden von Druck- und Temperaturunterschieden sowie das Ertasten von Oberflächenstrukturen wird von taktilen Rezeptoren in der Haut gewährlei- stet. Gerätelösungen, die der Empfindlichkeit dieser taktilen Rezeptoren auch nur annähernd Rechnung tragen, konnten bisher noch nicht entwickelt werden. Rudimentäre Systeme, die zumindest ansatzweise die haptische Komponente in die VR miteinbeziehen, gibt es allerdings. Meist handelt es sich um Hand- schuhe, in denen z.B. kleine Luftpolster gezielt aufgeblasen werden oder einge- baute Vibratoren die Berührungen an den entsprechenden Fingerspitzen simu- lieren. Auch piezoelektrische Systeme zur Druckerzeugen kommen zum Einsatz.

Propriozeptives Feedback

Bei manchen Anwendungen reicht es nicht, dass beim Hindurchgreifen durch eine Wand die Fingerspitzen „kribbeln“ (s. Taktiles Feedback), vielmehr wird erwartet, dass unsere Hand wirklich einen Widerstand spürt, so wie die Wand in der VR es auch suggeriert. Mit Exoskelettkonstruktionen können solche Kraftrückkopplungen simuliert werden. Diese stets nur auf einen Benutzer angepassten Systeme sind aufgrund ihres restriktiven Einsatzbereiches und ihrer aufwendigen Konstruktion nur in eng umrissenen Einsatzbereichen sinnvoll, wie etwa in der Chemie, z.B. beim Andocken von Molekülen.

Kinästhetisches Feedback

Zur Nachbildung von kinästhetischen Kräften werden häufig diese sechsbeinigen Hydraulikgestelle benutzt, wie sie bei Flugsimulatoren oder in Sim Rides in den Freizeitparks vorkommen. Mit diesen Simulatoren sind hohe Beschleunigungskräfte auch auf kleinem Raum reproduzierbar. Aufgrund ihrer hohen Anschaffungskosten werden sie wohl ein Nischenprodukt bleiben.

Olfaktorische Ausgabe

„Der olfaktorische Sinn fängt dort an, wo der sinnvolle Einsatz eines VR- Systems aufhört.“^[43] Zur Verbesserung der Realistik einer Szenerie oder zur Unterstützung von Lernprozessen (Geruch als Auslöser von Erinnerungen) wäre ein Einsatz möglich. Allerdings ist die „Interpretation“ von Gerüchen sub- jektiv und damit ein breiter Einsatz problematisch. Ferner ist die technische Re- alisierung problematisch: um den olfaktorischen Sinn zufriedenstellend an- sprechen zu können, müssen die Duftstoffe in die Nase und in den Mund ge- weht bzw. gesprüht werden. Die Neutralisierung selbiger muss auch gewähr- leistet sein. Neben generellen Akzeptanzproblemen seitens der Nutzer muss auch das Allergierisiko bei synthetischen Duftstoffen berücksichtigt werden. Aufgrund dieser Umstände ist die Frage nach Nutzen und Aufwand einer olfaktorischen Ausgabe in VR-Systemen berechtigt.^[44]

Gustatorische Ausgabe

Hier gilt entsprechendes wie bei den olfaktorischen Ausgabemöglichkeiten. Nicht nur, dass keine gezielten Geschmacksempfindungen durch Mischen der vier Grundgeschmacksempfindungen simuliert werden kann^[45], auch hier ist wie- der mit sehr geringen Schwellgrenzen zur Belästigung zu rechnen, müsste doch eine Apparatur in den Mund eingeführt werden, um den Geschmack aufzu- tragen.

Interaktion

Nachdem im vorherigen Abschnitt die Gerätelösungen zur Wahrnehmung der virtuellen Umgebung vorgestellt wurden, wird nun auf die Technik zur Interaktion eingegangen. Herkömmliche Eingabegeräte wie Tastatur, Mouse, Joystick etc. machen keinen Sinn mehr, da sie den Grad der Immersion hemmen: sie werden der dritten Dimension nicht gerecht. Demnach müssen die nun hier vorgestellten Geräte im Idealfall sechs Freiheitsgrade besitzen^[46], im Gegensatz z.B. zu Mouse und Joystick mit nur zwei. Die folgende Darstellung gängiger Gerätelösungen ist unterteilt in Tracker und Eingabegeräte.^[47]

Tracker

Die Position von Benutzer (oder auch Objekten) wird von Trackingsystemen gewährleistet. Durch Berechnungen der Veränderungen der Positionen kann somit auch ihre Bewegung ermittelt werden. Die Bedeutung von Tracking- systemen wird dann deutlich, wenn bedacht wird, dass z.B. ein perspektivisch korrektes Bild erst dann gezeigt werden kann, wenn die genaue Position des Kopfes bekannt ist. Von daher sind HMDs z.B. stets mit einem Tracker versehen. Trackingsysteme können auf verschiedenen Verfahren basieren: mechanisch, elektromagnetisch, akustisch, optisch, kinematisch oder per GPS (Global Position System). Jedes hat seine Vor- und Nachteile, so dass eine Auswahl immer vom jeweiligen Einsatzkontext abhängt.

Eingabegeräte

Eingabegeräte dienen der Positionsänderung von Benutzer (oder Objekten) oder der Befehlseingabe. Zum gängigsten Eingabegerät in virtuellen Umgebungen hat sich der Data Glove entwickelt. Es handelt sich um einen Handschuh, der per Tracker die Position der Hand bestimmt und darüber hinaus auch die Krümmung der einzelnen Finger. Dadurch, dass die Befehlseingabe durch einfache, natürliche Gesten erfolgt, ermöglicht der Data Glove eine sehr intuitive Interaktion: zum Navigieren zeigt man in die gewünschte Richtung, zur Selektion von Objekten greift man zu, etc. Die Bestimmung der Fingerkrümmung wird fiberoptisch (per Glasfaserkabel), elektisch (mit Metallbändern) oder mechanisch (per Exo- skelett) ermittelt.

Der Data Suit ist die logische Fortentwicklung des Data Glove, dessen Leistungen hier auf den ganzen Körper übertragen werden sollen. Die Kombination aus Tracker und Sensoren für die Krümmung der wichtigsten Gelenke erlaubt eine Simulation des kompletten Körpers. Aufgrund der Bruchanfälligkeit der Glasfaserkabel, des (Re-)Kalibrierungsaufwands, des störenden Kabelbündes zur Übertragung der Sensordaten und schließlich des Hygieneaspektes verdammten den Data Suit bisher zu recht restriktiven Anwendungsbereiche (Character-Animation oder Rehabilitation).

Isometrische Geräte sind das 3D-Äquivalent zum Joystick, da hier das Refe- renzobjekt alle sechs Freiheitsgrade unterstützt in dem translatorische Kräfte und Drehmomente gemessen werden. Damit sind diese Geräte gut für die Navi- gation und auch die Beeinflußung von Objekten im Raum geeignet. Wands (zu Deutsch „Zauberstäbe“) sind recht simple Interaktionsinstrumente. Es handelt sich im Grunde um Trackingsensoren, ergonomisch geformt um gut in der Hand zu liegen, die mit Funktionstasten ausgestattet sind. Aufgrund der robusten, einfachen und günstigen Eigenschaft eine interessante Alternative zu den Data Gloves.

Neben diesen Instrumenten gibt es noch viele weitere Arten. Die VR bietet ein so neues und weites Einsatzfeld, dass die Entwicklung von Ein- und Ausgabe- geräten viele neue Richtungen betritt. So gibt es z.B. Handschuhe, die Gesten in Laute umwandeln (ideale Kommunikationshilfe für Stumme), die Spracher- kennung (akustisch oder optisch per Lippenlesen) oder Versuche, die Gesichts- mimik zu erfassen.

Wie nach dieser Einführung in die technische Umsetzung von VR erkennbar ist, sind es wirklich nicht die Gerätelösungen, die eine Innovation darstellen. Es ist das Konzept der VR, welches revolutionär ist.

Sherman und Judkins bringen es auf den Punkt:

„So erstaunlich es klingt: VR ist nichts wirklich Neues. Die Idee und die einzelnen Bauteile sind bereits erprobt und bewährt. Der eigentliche Witz bestand darin, die Teile miteinander zu kombinieren, und es ist diese Kombi- nation, die noch in den Kinderschuhen steckt.“^[48]

Dass die Kombination noch in den „Kinderschuhen“ steckt, liegt auch an den Unzulänglichkeiten der bisher verfügbaren technischen Lösungen: der Data Glove und vor allem der Data Suit müssen ständig rekalibriert werden, die Spracherkennung hat bescheidene Trefferquoten, die HMDs sind noch immer zu teuer und zu schwer und die Leistungsfähigkeit der Computer noch immer unzureichend.^[49] Eben aufgrund der technischen Unzulänglichkeiten kann es sogar vorkommen, dass dem Benutzer schlecht wird: die Simulatorkrankheit.^[50] Dreht der User z.B. seinen Kopf, erwartet das Gehirn, dass die Augen unmittel- bar entsprechende Wahrnehmungen machen. Wenn aber nun aufgrund von La- tenzzeiten bei der Positionsbestimmung des Kopfes Verzögerungen durch die Berechnungen für die Bildausgabe und ruckelnden Bildern die Augen erst mit Verspätung dem Gehirn die erwarteten Signale melden, führt dies zu Disso- nanzen. Da der Körper annimmt, die Sinnesorgane arbeiten nicht mehr richtig, glaubt er vergiftet zu sein. Die Symptome der „Entgiftungskur“ entsprechen der Seekrankheit.

Selbst wenn technische Leistungsdefizite ausgemerzt sind, kann es noch zu diesem Phänomen kommen. Wird den Augen suggeriert, man befände sich auf einem Flug über den Wolken, so meldet der Gleichgewichtssinn einen ruhen- den Körper und die Dissonanz entsteht wieder. Solange nur partiell Sinnes- organe angesprochen werden, besteht also diese Gefahr der Simulations- krankheit.

Natürlich interessiert die Frage, ob durch technologische Weiterentwicklungen die Qualität von computergenerierten Virtuellen Realitäten eines Tages so gut sein wird, dass der User sie nicht mehr von der realen Wirklichkeit unter- scheiden kann. Bis Anfang der neunziger Jahre, als das Konzept der VR noch recht neu war und der Hype noch anhielt, waren die Experten diesbezüglich zuversichtlich.^[51] Heutzutage wird darüber anders gedacht: die reale Wirklichkeit ist in ihrer Komplexität und in all ihren Details einfach nicht nachzuahmen.^[52] Die Euphorie ist also der Ernüchterung gewichen, was jedoch nicht heißt, dass die VR-Forscher nicht mit Spannung zukünftige Entwicklungen herbeisehnen.^[53]

Vielleicht ist es auch gar keine Ernüchterung, sondern eher ein Umdenken, welches stattgefunden hat. Brice schreibt hierzu, dass die Forscher VR nicht mehr als Endpunkt einer Entwicklung ansehen, sondern vielmehr als eine Methode. In diesem Verständnis hat VR den Zweck Informationen so zu präsentieren, dass die Informationsaufnahme durch den User möglichst effizient ablaufen kann.^[54]

[...]

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¹ [Sherman, Judkins, 1993], S. 12.

² VPL Research, Inc., 1984 in Californien gegründet, vermarktet Soft- und Hardware, die B. 1.1 Definition und Wesen von VR 5 zum Erstellen bzw. „Erfahren“ von Virtuellen Realitäten benutzt werden kann.

³ Vgl. [Hennig, 1997], S. 13. Sehr detailliert wird auf die Entstehung, die Geschichte, die Protagonisten und Institutionen, die die VR maßgeblich vorangetrieben haben, in dem Werk von Sherman und Judkins eingegangen. Vgl. [Sherman, Judkins, 1993].

⁴ Vgl. [Bormann, 1994], S. 26.

⁵ Vgl. [Hennig, 1997], S. 14.

⁶ Bullinger, Bauer, 1994], S. 15.

⁷ [Rammert, 1999], S. 34.

⁸ [Hennig, 1997], S. 14.

⁹ [Bormann, 1994], S. 25.

¹⁰ [Pimentel, Teixeira, 1992], S. 11.

¹¹ [Waehlert, 1997], S. 5.

¹² Vgl. ebenda, S. 6.

¹³ [Aukstakalnis, Blatner, 1994], S. 26.

¹⁴ [Aukstakalnis, Blatner, 1994], S. 20.

¹⁵ [Hennig, 1997], S. 9.

¹⁶ Vgl. [Bullinger, Bauer, 1994], S. 16.

¹⁷ [Waehlert, 1997], S. 7.

¹⁸ Vgl. [Faßler, 1999], S. 9.

¹⁹ Vgl. [Hennig, 1997], S. 14.

²⁰ [Brice, 1997], S. 4.

²¹ Vgl. [Bullinger, Bauer, 1994], S. 16.

²² Vgl. [Sherman, Judkins, 1993], S. 18.

²³ Vgl. [Hennig, 1997], S. 19.

²⁴ [Willim, 1992], S. 16.

²⁵ Vgl. [Rheingold, 1995], S. 12 f.

²⁶ Vgl. [Hennig, 1997], S. 9.

²⁷ Vgl. [Sherman, Judkins, 1993], S. 22. Die Autoren gehen sogar so weit zu fragen: „Aus heutiger Sicht wären das Schießpulver und erst recht die Kernenergie besser unentdeckt geblieben. Und wie werden wir im nächsten Jahrhundert über VR-Systeme denken?“ Ebenda, S. 23.

²⁸Einen vertiefenden Einblick in gesellschaftliche, ethische und philosophische Aspekte der VR vermittelt das Buch von [Wurzer, 1997].

²⁹ Vgl. [Hennig, 1997], S. 14.

³⁰ Vgl. [Bormann, 1994], S. 27.

³¹ Vgl. [Waehlert, 1997], S. 7; auch [Hennig, 1997], S. 14 f; oder auch [Bormann, 1994], S. 27.

³² Vgl. [Hand, 1996], S. 110.

³³ Vgl. [Hennig, 1997], S. 17.

³⁴ Vgl. [Bormann, 1994], S. 26, und [Waehlert, 1997], S. 8, und [Hennig, 1997], S. 17.

³⁵ Ebenda.

³⁶ Es sind 2D-Systeme gemeint, die über eine 2[1] /2D-Option verfügen. Durch eine simulierte z-Achse können Tiefeneindrücke suggeriert werden. Dies geschieht durch Änderungen von Bildgröße und -verzerrung. Richtige Tiefen-Informationen können allerdings nicht abgeleitet werden.

³⁷ An dieser Stelle sei grundsätzlich angemerkt, dass die Schilderungen zur technischen

³⁸ Vgl. [Waehlert, 1997], S. 13.

³⁹ Vgl. [Bormann, 1994], S. 73.

⁴⁰ Vgl. [HITL].

⁴¹ Vgl. [Bormann, 1994], S. 84.

⁴² Vgl. ebenda, S. 87.

⁴³ Vgl. [Hennig, 1997], S. 97.

⁴⁴ [Hennig, 1997], S. 99.

⁴⁵ Vgl. [Briggs, 2001], S. 14.

⁴⁶ Vgl. [Bormann, 1994], S. 92.

⁴⁷ Translation entlang der bzw. Rotation um die x/y/z-Achse.

⁴⁸ Vgl. [Hennig, 1997], S. 73 ff.

⁴⁹ [Sherman, Judkins, 1993], S. 12.

⁵⁰ Vgl. [Waehlert, 1997], S. 25.

⁵¹ Vgl. [Wurzer, 1997], S. 32. Die Simulatorkrankheit äußert sich ganz ähnlich wie die Seekrankheit.

⁵² Vgl. [Brice, 1997], S. 272.

⁵³ Vgl. [Hand, 1996], S. 109. Übereinstimmend: [Aukstakalnis, Blatner, 1994], S. 33.

⁵⁴ Vgl. [Brice, 1997], S. 8.