Projekt 16b: Virtual-Reality-Brille
Autoren: Herzog, Thiessen
Betreuer: Daniel Klein
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Aufgabe
Dieser Artikel beschäftigt sich mit dem Bau und der Inbetriebnahme einer VR-Brille nach dem Vorbild von Durovis "Open Dive". Das "Open Dive" ist eine Kombination aus einer Halterung für Smartphones mit eingebauter Linsen-Halterung und entsprechender Software. Es ermöglicht, kabellos mit einem der unterstützten Smartphones in eine virtuelle Realität einzutauchen.
Erwartungen an die Projektlösung
- Einarbeitung in die Thematik
- Darstellung der Theorie
- Konstruktion und Erstellung der Einzelteile
- Montage und Justage
- Berücksichtigung kurzsichtiger Nutzer
- Inbetriebnahme
- Test und wissenschaftliche Dokumentation
- Live Vorführung der Funktion anhand des Demos „Achterbahnfahrt“
Kür: Erstellung einer 3D-Simulation mit Matlab/Simulink und Echtzeitdarstellung mit der Virtual-Reality-Brille
Einleitung
Dieses Projekt, welches im Rahmen der Veranstaltung "Angewandte Elektrotechnik" im WS 2018/19 stattfindet, wurde von den Master-Studierenden des Studiengangs "Business and System Engineering" Jenny Thiessen und Lena Herzog bearbeitet.
Die folgende Ausarbeitung soll aufzeigen, wie man mit einem Smartphone eine Virtual-Reality-Brille selbst anfertigen kann. Die Funktionsweise orientiert sich dabei an die der Oculus Rift, ein sogenanntes Head-Mounted Display, das von dem Unternehmen Oculus VR entwickelt wurde. Das (Smartphone-) Display zeigt demnach nebeneinander das Bild für das rechte und linke Auge, welches jeweils durch eine Kunststofflinse betrachtet und von dieser vergrößert wird. Eine Fehlsichtigkeit kann mithilfe einer passenden Brillenlinse korrigiert werden. Im Gegensatz zur Oculus Rift wird für das OpenDive kein separates Steuerkästchen und kein PC benötigt. Die OpenDive-Brille wird mit Hilfe eines 3D-Druckers hergestellt und nur noch mit einem Gummiband, zwei Plastiklinsen und etwas Schaumstoff ergänzt.
Projekt
Projektplan
Projektdurchführung
Zur Durchführung des Projektes wird die Vorlage der VR-Brille "OpenDive" im 3D-Drucker der Hochschule Hamm-Lippstadt gedruckt. Siehe Homepage von OpenDive
Anschließend werden die Teile ausgelöst und zusammengesetzt. Um die virtuelle Realität erleben zu können, werden zwei Linden eingesetzt, durch welche das eingebrachte Smartphone betrachtet wird.
Additive Manufacturing - Technologien
Das "Additive Manufacturing" umfasst den 3D-Druck aus einer Vielzahl von Materialien, wie Kunststoff, Metall und auch Keramik, welche günstig Bauteile drucken. Alle 3D-Druck Technologien basieren auf dem Prinzip, ein Bauteil Schicht für Schicht aufzubauen. Als populärstes Verfahren kann man die FDM Technologie (Fused Deposition Modeling) aufführen,bei der ein drahtförmiger Kunststoff durch eine beheizbare Düse gepresst und somit formbar gemacht wird. Mit ihm wird dann das Bauteil schichtweise aufgebaut, wie im untenstehenden Bild zu sehen ist.[1]
Vorteile sind unter anderem die Möglichkeit eines werkzeuglosen Schichtaufbaus sowie eine höhere Baugeschwindigkeit.[2]
Begriffserklärung Virtual Reality
Als Virtual Reality wird eine computergenerierte Wirklichkeit mit Bild (3D) bezeichnet, welche beispielsweise über ein Head-Mounted-Display (sogenannte VR-Brille) übertragen wird.[3] Ziel dieser visuellen Wahrnehmung ist der Effekt der Immersion, welche das Gefühl des Benutzers beschreibt, sich in einer virtuellen Umgebung zu befinden. Voraussetzung ist dabei der Grad der Übereinstimmung zwischen virtueller und realer Umgebung.[4]
Funktionsweise einer Virtual-Reality-Brille
Für den dreidimensionalen Eindruck, der beim Betrachten einer geeigneten App mit dem Smartphone mittels der VR-Brille entsteht, sind zwei Faktoren essentiell. Zum einen das stereoskopische Sehen der menschlichen Augen und zum anderen wird in der Virtual Reality ein weites Sichtfeld ohne erkennbare Grenzen erstellt. Das stereoskopische Sehen ist die Grundlage aller dreidimensionalen Effekte, die das menschliche Auge wahrnimmt. Das rechte Auge nimmt den Gegenstand mehr von der rechten Seite wahr, das linke den Gegenstand mehr von der linken Seite. Aus dieser Differenz berechnet das Gehirn dann die räumliche Beschaffenheit des Gegenstandes. Bei der VR-Brille, in der das Smartphone eingelegt wird, entstehen auf dem Smartphone-Display zwei Bilder nebeneinander, die sich nicht voneinander unterscheiden. Die stereoskopische Differenz wird durch spezielle Apps simuliert, so dass für das Gehirn ein dreidimensionaler Eindruck entsteht. Ein wichtiger Bestandteil der smartphonegestützten VR-Brille ist die in der Brille integrierte Linse, denn ohne diese würde der Nutzer das Bild auf dem Smartphone nicht scharf erkennen können, da sich dieses zu nah am Auge befindet. Es ist theoretisch auch möglich, eine Fehlsichtigkeit mittels solcher Linsen in der VR-Brille auszugleichen, in dem man Linsen mit einer anderen Brechung einbaut.[5]
Ergebnis
Zusammenfassung
Lessons Learned
Projektunterlagen
YouTube Video
Weblinks
Literatur
- ↑ R. Lachmayer et al. (Hrsg.): 3D Druck beleuchtet, Springer Verlag, 2016, S. 19 ff
- ↑ R. Lachmayer et al. (Hrsg.): 3D Druck beleuchtet, Springer Verlag, 2016, S. 5 ff
- ↑ https://wirtschaftslexikon.gabler.de/definition/virtuelle-realitaet-54243/version-277293, zuletzt abgerufen am 08.01.2019.
- ↑ M.Brill: Virtuelle Realität, Springer Verlag, 2009, S. 6
- ↑ https://www.brillen-sehhilfen.de/vr-brillen/funktionsweise-vr-brille.php, zuletzt abgerufen am 08.01.2019.
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