Virtual Reality kompakt : Entwicklung von immersiver Software

Virtual Reality ist immer noch eine Technologie, die sich extrem schnell verändert. Ständig wird neue Hardware entwickelt, die neue Anwendungen hervorbringt und die Weiterentwicklung der dafür nötigen Softwaren erzwingt. Die Themen Immersion, Interaktivität und die Gestaltung des User Interfaces in einer immersiven Anwendung haben au den Konferenzen wie der IEEE VR oder der ISMAR immer noch einen großen Stellenwert.

Dieses Buch konzentriert sich auf die Software-Entwicklung von VR-Anwendungen. Dabei werden Werkzeuge aus der Praxis wie Unity, Unreal und andere frei verfügbare SDKs vorgestellt und in Fallstudien eingesetzt. Nach einer Einführung in die Grundlagen der virtuellen Realität konzentrieren wir uns auf allgemeine Aspekte der Software-Entwicklung. Hauptthema sind Portabilität am Beispiel von OpenXR und generische und wiederverwendbare Bausteine für die Implementierung von Benutzungsoberflächen. Wie wir diese Bausteine in den Werkzeugen vorfinden oder selbst implementieren ist anschließend das Thema. Letztendlich werden die Leser ein eigenes Framework für diese Techniken entwickeln, die anschließend in den eigenen Anwendungen verwendet werden können. Die Lösungen der Aufgaben, insbesondere die Quelltexte der vorgestellten Software sind in einem öffentlichen GitHub-Repository verfügbar. Im letzten Abschnitt des Buchs werden immersive Anwendungen im Bereich der Strömungsdynamik, der Volumengrafik und des Immersive Learnings vorgestellt, realisiert und weiter entwickelt.

Dr. Manfred Brill ist Professor für Informatik und Mathematik an der Hochschule Kaiserslautern am Campus Zweibrücken. Schwerpunkte in der Lehre und der angewandten Forschung sind visuelle Datenanalyse, Computergrafik und Anwendungen von AR und VR in der Praxis.

Das Thema meiner an der TU Kaiserslautern erstellten Doktorarbeit stammt aus dem Bereich der angewandte und numerischen Mathematik. Das konkrete Thema stammte aus dem Bereich der Regularisierung von inversen Problemen. Schon in der Endphase der Promotion arbeitete ich in einem Startup im Technologiezentrum Kaiserslautern, das aus dem Fachbereich Mathematik entstand. In diesem Startup haben wir erfolgreich angewandte Mathematik, Informatik und insbesondere Software-Entwicklung verknüpft. Hauptkunden des Startups war die deutsche Automobilindustrie. Meine Hauptthemen während dieser Berufstätigkeit waren die Entwicklung von Software in den Bereichen CAD und CAE. Im vom VDA finanzierten Projekt "RAMSIS" haben wir ein CAD-fähiges Mensch-Modell erstellt, das heute noch weltweit eingesetzt wird.

Im Wintersemester 1994/95 habe ich einen Ruf für "Mathematik und Informatik" an den damals gerade gegründeten Campus Zweibrücken der Hochschule Kaiserslautern angenommen. Neben den Lehrveranstaltungen war ich Mitglied im Gründungsausschuss für diesen Campus und nach Gründung der Fachbereich war ich Gründungsdekan und insbesondere Studiengangsleiter des Diplomstudiengangs "Digitale Medien", der später in den Bachelorstudiengang "Medieninformatik" umgeformt wurde. Aktuell bin ich Mitglied im Hochschulrat der Hochschule Kaiserslautern und Studiengangsleiter für den Master-Studiengang Informatik.

Ab 1995 wurden in den Entwicklungsabteilungen der deutschen Automobilindustrie die ersten CAVE- und Powerwall-Installation aufgebaut. Durch meinen engen Kontakt mit diesen Firmen aus meiner Berufszeit habe ich schon in den neunziger Jahren erste Diplomarbeiten bei BWM oder Daimler in diesem Umfeld betreut. Gute Lehrveranstaltungen und eine gute Betreuung solcher Abschlussarbeiten kann nur gelingen mit einer profunden praktischen Erfahrung des Betreuers. Aus diesem Grund habe ich von Juli 2001 bis Juni 2002 im Rahmen einer Freistellung von der Lehre einen Gastaufenthalt am Engineering Research Center der Mississippi State University absolviert. Als Gast-Wissenschaftler hatte ich sehr freien Zugriff auf den dort installierten CAVE und konnte gemeinsam mit Projekten dort VR-Anwendungen auf der Basis von C++, OpenGL, OpenPerformer und den SDKs VRJuggler und CAVELib implementieren. Nach diesem Aufenthalt wurden eine ganze Reihe von Praxissemestern und Abschlussarbeiten im VR-Bereich erfolgreich bearbeitet, teilweise in U.S.A. (finanziert durch den DAAD), teilweise am Campus Zweibrücken. Hauptthema der Projekte war die immersive Visualisierung von Strömungsdynamik-Simulationen, von Freiformflächen-Qualität und von Daten aus der Klimaforschung, insbesondere Hurricane-Simulationen. Diese Projekte stellen die Basis für mein bei Springer im Jahr 2009 erschienen Buch "Virtuelle Realität" dar.

Seit der ersten Oculus Rift hat sich das Gebiet der VR sehr stark verändert. Die Hardware-Kosten für den Einsatz von VR haben sich drastisch verringert, so dass VR in vielen Bereichen eingesetzt werden. Auch die Game-Industrie hat dieses Thema aufgegriffen, Head-Mounted Diplays oder Anwendungen auf einem Smartphone sind nun im Consumer-Bereich angekommen. Natürlich haben wir dieser Entwicklung im VR-Labor am Campus Zweibrücken Rechnung getragen, statt einer projektions-basierten VR-Umgebung setzen wir inzwischen HMDs von Oculus, HTC und HP ein. Thema unserer Projekte sind nachwievor die immersive Visualisierung von Klimadaten. Auch medizinische Anwendungen in der Radiologie werden aktuell im Labor entwickelt. Seit 2020, noch vor der Pandemie, haben wir begonnen AR- und VR-Anwendungen für den Einsatz in der Hochschul-Lehre zu entwickeln - dieses Anwendungsgebiet wird inzwischen als "Immersive Learning" bezeichnet.