Wie die reale und die virtuelle Welt verschmelzen

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Ein Start-up der École polytechnique fédérale de Lausanne EPFL bringt die reale Welt und die virtuelle Welt näher zusammen und könnte damit ein Hauptproblem bei der Benutzung von VR-/AR-Headsets überwinden helfen.

• Die auf dem Markt erhältlichen Virtual-Reality- oder Augmented-Reality-Headsets führen bei den meisten Benutzern gelegentlich zu Übelkeit.

• Um diese Beeinträchtigungen zu verhindern, hat ein Start-up der École polytechnique fédérale de Lausanne EPFL , eine für die virtuelle Welt radikal neue Technologie entwickelt.

Ein Start-up der École polytechnique fédérale de Lausanne EPFL bringt die reale Welt und die virtuelle Welt näher zusammen.

Mit der von Creal, einem Start-up der EPFL, entwickelten Technologie lässt sich die virtuelle Welt mit einer Detailgenauigkeit und einem Nuancenreichtum sehen, die der realen Welt verblüffend nahekommen. Mit der Projektion des Bildes kann die Übelkeit verhindert werden, welche die meisten Benutzer mit den heute gängigen Technologien plagt.

Für die Prototypen des Start-ups Creal, das 2019 eine externe Finanzierung von 7,3 Millionen Franken erhalten hatte, interessieren sich mehrere große Industriekonzerne.

Ein perfektes Abbild der virtuellen oder erweiterten Realität reproduziert Strahl für Strahl das Objekt und die Lichtverhältnisse der Realität. Mit seiner neuartigen Technologie ist es Creal, dem Start-up der EPFL gelungen, sich dem zu nähern und auf diesem Gebiet ein großes Interesse zu wecken. Statt der Überlagerung zweier flacher Bilder und der Erzeugung eines künstlichen 3D-Effekts werden beim Gerät des Start-ups die Elemente in Form eines Hologramms projiziert. Dadurch entsteht ein multidirektionales Licht, das natürlichen Bedingungen stark ähnelt. Das junge Unternehmen hatte Ende 2019 eine Finanzierung von 7,3 Millionen Franken erhalten und Hersteller aus der Branche interessieren sich für die Prototypen.

Virtuelle Welt: Gründe für die Übelkeit

Die auf dem Markt erhältlichen Virtual-Reality- oder Augmented-Reality-Headsets führen bei den meisten Benutzern gelegentlich zu Übelkeit. Diese Unannehmlichkeit ergibt sich aus der Art und Weise, wie die fiktiven Objekte erzeugt werden: Die Fokusdistanz wird vom System eingestellt und ein programmierter 3D-Effekt verleiht dem Bild Tiefe. Die fortschrittlichsten Geräte ermöglichen dank eines Eye-Tracking-Systems einen variablen Bildbrennpunkt. Doch das Problem ist damit nicht behoben: Die Akkommodation des Auges, dieser unbewusste Mechanismus der Tiefenanpassung (zum Beispiel ein klares Bild im Vordergrund und ein verschwommenes im Hintergrund), ist nicht möglich.

Das Phänomen lässt sich beobachten, wenn wir ein Objekt aus verschiedenen Entfernungen betrachten und dabei ein Auge schließen: Ist das Objekt im Vordergrund, wird der Hintergrund unscharf, ist es weiter entfernt, ist der Vordergrund verschwommen. In der Wirklichkeit tritt dieses Phänomen gemeinsam und ohne dass wir uns dessen bewusst sind, mit der Vergenz, das heißt der Wahrnehmung eines 3D-Bildes aufgrund der Überlagerung zweier flacher Bilder auf. Bei den Headsets ist nur eine der beiden Voraussetzungen gegeben und genau dieser Konflikt zwischen den beiden Mechanismen ruft Übelkeit hervor.

Realitätsnahes Licht

Um die visuellen Beeinträchtigungen, die bei Virtual-Reality- oder Augmented-Reality-Headsets auftreten, zu verhindern, hat Tomas Sluka, CEO von Creal, eine für diesen Bereich radikal neue Technologie entwickelt. Dadurch lässt sich auch die Qualität der Objekthelligkeit verbessern: das Lichtfeld, eine Art Gral der Lichtwiedergabe. Die in alle Richtungen zirkulierende Lichtmenge ist in der Tat wichtig, um ein möglichst realistisches Ergebnis zu erzielen, wobei hier auch die reflektierten Strahlen berücksichtigt werden. Idealerweise werden Licht und Farben jedes Bildpixels je nach Winkelrichtung unterschiedlich angezeigt. Mit seinem Gerät erzeugt das junge Unternehmen eine Art vereinfachtes Hologramm, mit dem Szenen mit denselben feinen Nuancen und Tiefen wie in der Realität gesehen werden können.

Die Lichtpunkte verändern sich je nach Blickwinkel. Das Auge verhält sich demnach wie unter realen Gegebenheiten: Die Akkommodation wird respektiert und mit der Vergenz koordiniert. Dadurch verschwindet die Übelkeit.

Felder mit unbegrenzter Tiefe

Tomas Sluka, der Gründer des Start-ups, will nicht zu viele Angaben zur eingesetzten Technologie machen, denn Wettbewerbsvorteil verpflichtet. «Mit unserer 'Lichtfeld'-Technologie ist ein realistischeres Rendering als mit jedem anderen System möglich», sagt er. «Die Technologie unterstützt Hunderte von Tiefenfeldern zwischen Null und unendlich mit einer graduellen Verteilung (mehr Felder in Augennähe und weniger Felder weiter weg).»

Es ist sogar möglich, Brennpunkte zu erhalten, mit denen Träger medizinischer Sehhilfen das System verwenden können, ohne die Brille aufzusetzen. Funktionale Prototypen sind derzeit noch relativ sperrig und es gibt mehrere technologische Herausforderungen zu meistern. Doch Tomas Sluka geht davon aus, dass die Errungenschaft bis Ende 2021 in Augmented-Reality-Brillen zum Einsatz kommen wird. Das Start-up hat unlängst 14 Mitarbeiter eingestellt und dank der Ende 2019 erhaltenen 7,3 Millionen Franken sind nun noch schnellere Fortschritte möglich. Enthalten sind in genanntem Betrag Fundraising-Einnahmen von 4,3 Millionen.

Hinzu kommen eine Auswahl aus den besten europäischen Deep-Tech-Start-ups des Europäischen Forschungsrats (2,5 Millionen) sowie ein Darlehen der Stiftung für technologische Innovation (FIT) in der Höhe von 500'000 Franken. Der Gründer von Creal ist überzeugt, dass bis in rund zehn Jahren alle eine Augmented-Reality-Brille tragen werden. Der Markt für solche Produkte, die das Start-up in Form einer Lizenz bereitstellen will, könnte daher enorm sein.

Bildquelle: Alain Herzog / EPFL

Weitere Informationen: https://www.epfl.ch/en/ und https://www.creal.com/

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