Laborphysik in virtueller Realität

Medizinische Eingriffe über einen Ozean hinweg von einem anderen Kontinent aus durchführen, Visualisierung von komplexen Strukturen und von Zuhause aus in fremde Welten eintauchen. All dies soll mit der virtuellen Realität in naher Zukunft möglich sein. Vorerst hält diese Zukunftstechnologie jedoch nur Einzug in die Unterhaltungs-Branche („unterhaltsames Lernen“) und hat dort das Potenzial eine Revolution auszulösen.
 

Da Technik schließlich angewandte Physik ist, hatten zwei Schüler des TGs am vergangenen Dienstag, dem 16.01.2018, unter Leitung von Lehrer Peter Jung, die Möglichkeit, sich im Fach Laborphysik näher mit dieser verheißungsvollen Technologie zu beschäftigen.  Dies umfasste die Einarbeitung in die physikalischen Funktionsweisen und die Inbetriebnahme einer        VR-Brille. Obwohl diese Brillen größtenteils noch immer in den Kinderschuhen stecken, bieten sie doch schon heute eine Vielzahl an Möglichkeiten und liefern faszinierende Eindrücke. Dazu gehört unter anderem die Visualisierung von Molekülen oder die interaktive Simulation eines Versuchslabors. 

Die Inbetriebnahme der VR-Brille erwies sich als sehr zeit- und vor allem platzintensiv. Da das Anschließen und richtige Kalibrieren einiges an Zeit bedurfte und auch die Sensoren richtig im Raum aufgestellt werden mussten. Darüber hinaus musste man sich bei der Nutzung frei im sogenannten Guardian-Bereich (Bereich, der von den Sensoren erfasst wird) bewegen können.   

Als Sensoren zur Erkennung der Kopfbewegung dienen ein Gyrometer und verschiedene Beschleunigungssensoren. Des Weiteren erkennt eine Infrarotkamera die Position im Raum. Zuständig für die richtige Ausrichtung des Bildes in der Brille ist ein Magnetometer, welches sich am Magnetfeld der Erde orientiert.

Doch wie funktioniert die Erzeugung des Räumlichen Bildes? Zur Immersion ist das Display geteilt und stellt die Bilder für beiden Augen separat bereit. Dies sorgt für den Eindruck eines dreidimensionalen Bildes obwohl man lediglich auf zwei Bildschirme schaut.

Trotz all den Erfolgen, welche die virtuelle Realität in den letzten Jahren verzeichnen konnte gibt es auch einige Probleme welche einen breiteren Einsatz momentan verhindern. Zum einen ist dies die nicht zu vernachlässigende Rechenleistung, welche den Einzug in den privaten Haushalt ausbremst und zum anderen sind dies die bei einigen Nutzern auftretenden Nebenwirkungen wie Schwindel oder „Motion- Sickness“. Verursacht werden diese durch widersprüchliche Informationen bezüglich der räumlichen Lage und der Bewegung des Körpers durch die Sinnesorgane. Zur Behebung dieser Nebenwirkungen werden die Symptome erforscht und nach Möglichkeiten gesucht diese zu beseitigen oder zu umgehen.

Für die experimentierenden Schüler waren der 3D-Besuch in einem Forschungslabor mit virtuellen Experimentiergeräten sowie eine virtuelle Landung auf einem fremden Planeten mit täuschend echten Aliens und ihren Raumschiffen einfach Faszination der Physik!

Text und Bild: Marc Hölle TG2I,

Technikbereitstellung: Nico Bühler TG2I

Januar 2018