Für den Begriff Virtuelle Realität (Virtual Reality) werden häufig synonym dieBegriffe „Virtuelle Umgebung (Virtual Environment)“, „Synthetische Umgebung(Synthetic Environment)“, „Künstliche Realität (Artificial Reality)“ oder„Cyberspace“ benutzt. Virtuelle Umgebungen lassen sich in verschiedene Arteneinteilen, z.B.:

• Realitätsbezogene virtuelle Umgebungen: Datenwelten, die in der im Rechnerdargestellten Form eigentlich auch real existieren könnten.

• Skalierte virtuelle Umgebungen: real existierende Welten, die vom Menschenjedoch nur durch eine Modellvorstellung verstanden und erklärt werdenkönnen.

• Entfernte virtuelle Umgebungen: real existierende Welten, die ausEntfernungs- oder aus Gefahrengründen nicht begehbar sind.

• Phantasiebezogene virtuelle Umgebungen: aus der menschlichen Phantasieentstandene Welten.

• Informationsbezogene virtuelle Umgebungen: zur Visualisierung vonabstrakten Daten.

Einsatzmöglichkeiten für Virtuelle Realität ergeben sich in allen Phasen desProduktlebenszyklus. Idealerweise erweitert sich der dazu dazu erforderliche 3DDatensatz sukkzessive: anfangen im Design mit rein oberflächlichen (sichtbaren)3D-Daten, über das Engineering mit technischen Konstruktions-Daten und dieProduktion mit Informationen und Geometriewissen zur Herstellung des Produktsbis hin zum Marketing mit marktspezifischem Wissen und dem Vertrieb, dieKomplexität über Produktvarienten und Konfigurationsmöglichkeiten in sich trägt.

In der letzten Phase dient Virtuelle Realität zur Umsetzung detaillierter Schulungs- undTrainingsszenarien.

Kennzeichnend für Erweiterte Realität ist der maßgebliche Anteil der realen Welt,die lediglich um virtuelle Elemente angereichtert wird. Dies können Geometriensein, oder auch textuelle Informationen. Sie werden jedoch in räumlichen Kontextzur realen Welt gesetzt, und zwar in Echtzeit. Ausserdem können Sie reaktivsein, so dass eine Interaktion möglich wird. Praktisch gesprochen können mitErweiterter Realität z. B. die Reparaturanleitung einer Werkzeugmaschine oderwichtige Montagehinweise direkt in das Sichtfeld eines Servicetechnikerseingeblendet werden, so dass sie dort in ortsrichtiger Überlagerung mit derRealität erscheinen.

Die lagerichtige Platzierung der virtuellen Objekte in die reale Welt hinein istjedoch rein technisch eine große Herausforderung, besonders wenn man aufhohe Glaubwürdigkeit abzielt, d.h. wenn ein Unterschied uwischen realen undvirtuellen Objekten nicht offensichtlich sein soll. Hierzu sind hohe Anforderungenan das Rendern, also die Darstellung der virtuellen Objekte, und auch an dasTracking, also die Platzierungsgenauigkeit und Stabilität gestellt.

Ähnlich wie Virtuelle Realität erstrecken sich auch die Einsatzmöglichkeiten derErweiterten Realität auf den gesamt Produktlebenszyklus.

In der Virtuellen Realität werden Computer bzw. meist deren Graphik dazubenutzt, eine realistisch wirkende Welt zu „produzieren“. Diese synthetische Weltist jedoch, entgegen der aus dem Kino bekannten, visuellen und auditivenUmgebung (die materiell nicht existiert) nicht statisch – sie reagiert in Echtzeitauf Eingaben des Benutzers.

Unter Immersion wird der möglichst natürliche Umgang des Menschen mit dervirtuellen Umgebung definiert. Hierbei handelt es sich um eine zweidimensionaleFunktion, die sowohl durch die Wahrnehmungsdimension des Benutzers, alsauch durch die virtuelle Umgebungsdimension bestimmt wird. Je mehrWahrnungskanäle angesprochen werden, desto immersiver wird das Erleben dervirtuellen Welt.

Der Grad, in welchem sich der Mensch einer solchen künstlichen Umgebunghingibt und wiederfindet, ist jedoch immer von der Vorstellungskraft und –willeneines einzelnen abhängig, was allgemein mit Imagination bezeichnet wird. DasAussehen und das Verhalten der virtuellen Objekte tragen maßgeblich zurGlaubwürdigkeit der virtuellen Welt bei. Je höher die Glaubwürdigkeit, destoleichter fällt die Imagination.

Die Interaktion mit dem Computer in Zusammenhang mit graphischen, auditivenund anderen Reizen erlaubt es dem Menschen, mit Objekten innerhalb diesersynthetischen Welt in Echtzeit zu kommunizieren. Dies geschieht durchEingabegeräte und stellt den wesentlichsten Unterschied zu passiven virtuellenWelten, wie sie etwa durch „3D Kino“ erzeugt werden.

Die Wahrnehmung ist der erste Schritt in der Kette der menschlichenInformationsverarbeitung und dient der Aufnahme von Informationen. DieseAufnahme erfolgt über die Sinnesorgane. Umgangssprachlich ist von sechsSinnen die Rede, in Wirklichkeit sind es einige mehr. Jedes dieser Sinnesorganeist auf eine ganz bestimmte Wahrnehmungsart - die sog. Modalität - spezialisiert,d.h. es kann ganz bestimmte Reize in einem ganz bestimmten Intensitätsbereichin Empfindungen umsetzen.

Um einen möglichst realistischen Eindruck der virtuellen Welt zu realisieren,müssen die unterschiedlichen Sinnesorgane des Menschen angesprochenwerden. Hierbei sollten die dazu ausgewählten Geräte bestimmteDarstellungseigenschaften (z.B. Auflösung der Geräte zur Graphikdarstellung)haben, die sich an den menschlichen Wahrnehmungsfähigkeiten orientieren.Durch möglichst umfassende Stimulierung der menschlichen Sinne kann einehohe Immersion erreicht werden. Derzeit ist es jedoch noch nicht möglich, allemenschlichen Wahrnehmungskanäle zu beeinflussen. Durch die Konzentrationheutiger Geräte auf vorwiegend visuelle Darstellung ist damit auch der Grad derImmersion noch sehr begrenzt.

Nachdem das Licht durch die Linse und durch den Glaskörper (eine gallertartigeSubstanz im Inneren des Auges) gelangt ist, trifft es auf die Netzhaut (Retina).

Das örtliche Abtastraster der ca. 120 Mio. Sehzellen (Stäbchen und Zapfen) istnicht gleichmäßig verteilt. An der Stelle schärfsten Sehens (Fovea), die imZentrum der Netzhaut liegt, beträgt der Abstand der Rezeptoren etwa eineBogenminute. Am Sichtrand fällt der Abstand auf weniger als ein Zehntel ab.Deshalb ist das Bild in der Mitte des Sichtfeldes wesentlich schärfer als amRand.

Die Fovea Centralis ist das Zentrum des gelben Flecks und wird kurz Fovea oderNetzhautgrube genannt. Sie ist die Stelle des schärfsten Sehens im Auge miteiner Größe von ca. 0,5 mm. Die 1,6 Millionen Nervenfasern des optischen Nervstreten gebündelt durch die Netzhaut aus. Die Austrittsstelle ist nichtlichtempfindlich und wird daher als blinder Fleck bezeichnet. Sehen bei geringerHelligkeit wird als skotopisches Sehen bezeichnet. Es erfolgt komplett mit denStäbchen. Das reine Sehen mit den Zapfen bei ausreichender Helligkeit nenntman photopisches Sehen. Scharfes Sehen ist nur bei zentraler Betrachtung einesObjekts möglich. Der Bereich des scharfen Sehens beträgt etwa 1° im Zentrumdes Sehfeldes. Die Graphik stellt die Situation bei gerade ausgerichtetem Blickdar. Natürlich können durch Augenbewegungen auch Objekte außerhalb desZentrums scharf gesehen werden. So müssen die Augen ständig auf diebetrachteten Objekte ausgerichtet werden. Um dies zu vermeiden ist eine zentraleAnordnung der Anzeigen bezogen auf das Sehfeld zu bevorzugen.

Objekte, die das Auge sehen soll, müssen entweder selbst leuchten oder Lichtaus der Umgebung reflektieren. Licht ist eine elektromagnetische Strahlung imWellenlängenbereich von ca. 400 bis 720 nm, die im Auge zu visuellen Reizenführt. Licht setzt sich aus unterschiedlichen Farben zusammen, die wiederumbestimmten Wellenlängen zuzuordnen sind.

Die Farbsensibilität ändert sich mit dem Adaptionszustand, also mit derUmgebungshelligkeit. Das helladaptierte Auge besitzt seine höchsteEmpfindlichkeit im Farbbereich Grün bis Gelb. Es ist dann recht unempfindlich fürBlau und Rot. Beim dunkeladaptierten Auge liegt die höchste Empfindlichkeit eherim Farbbereich Blau bis Grün.

Scharfes Sehen ist nur bei zentraler Betrachtung eines Objekts möglich. DerBereich des scharfen Sehens beträgt etwa 1° im Zentrum des Sehfeldes. DieGraphik stellt die Situation bei gerade ausgerichtetem Blick dar. Natürlich könnendurch Augenbewegungen auch Objekte außerhalb des Zentrums scharf gesehenwerden. So müssen die Augen ständig auf die betrachteten Objekte ausgerichtetwerden. Um dies zu vermeiden ist eine zentrale Anordnung der Anzeigen bezogenauf das Sehfeld zu bevorzugen.

Durch die „Bildverarbeitung“ im Gehirn können feine Strukturen bei hohem Kontrast bis 0,3´ erkannt werden

Zur Einstellung auf unterschiedliche Sehentfernungen, genannt Akkommodation,wird von den Ciliarmuskeln die Dicke der Linse und damit ihre Brennweiteverändert. Beim Anspannen der Muskeln wird die Linse dicker und ermöglichtdas Nahsehen. Dieses ist mit Anstrengung verbunden und wird deshalb bei eineraltersbedingten Verhärtung der Linse zunehmend schwerer. Das Entspannender Muskeln verdünnt die Linse und ermöglicht das Fernsehen. DieAkkommodation unterliegt bei häufigem Wechsel Ermüdungserscheinungen,was bei der Gestaltung von Arbeitssystemen (z.B. Anzeigen) berücksichtigtwerden muss (alle Anzeigen möglichst im gleichen Abstand zu den Augen). Mitder Akkommodation geht die Einstellung des Vergenzwinkels einher (siehenächste Folie).

Die Akkomodationsbreite ist die Fähigkeit des Auges in verschiedenen Abständenscharf zu sehen. Sie ist ein Maß für die Anpassungsfähigkeit des Auges.

In der Physik wird die „Stärke“ einer Sammellinse mit der Brennweite fbeschrieben, sie wird in Metern angegeben. Augenärzte und Optiker geben die„Stärke“ einer Linse mit ihrem Brechwert D an. Dieser Wert wird in Dioptrien (dpt)gemessen. Stark brechende Linsen haben eine kurze Brennweite, weil sieumgekehrt einen großen Brechwert haben. Der Brechwert ist also der Kehrwertder in m angegebenen Brennweite: D=1/f. (Völcker 2007)

Anzeigen sollten auf einer Ebene in etwa gleichem Abstand zum Auge platziertwerden, um ständiges Akkomodieren zu vermeiden.

Mit der Akkomodationsbreite hängt der sogenannte Nahpunkt zusammen. Dieserbezeichnet die geringste Entfernung, an der noch scharf gesehen werden kann.Da ab einem Lebensalter von etwa 50 Jahren der Nahpunkt auf über 500 mmsteigt, können die meisten Personen von da an keine Bildschirmarbeit ohneSehhilfe leisten.

Über Muskeln werden die Sichtachsen beider Augen so gesteuert, dass ein inder Fixationsentfernung liegendes Objekt bei beiden Augen auf denkorrespondierenden Netzhautstellen abgebildet wird. Schaut der Mensch auf einsehr weit entferntes Objekt, sind die beiden Augachsen annähernd parallel(Divergenz). Schaut er auf ein nahes Objekt, müssen sich die Augachsenzueinander bewegen, damit die Bilder des Objektes in beiden Augen zurDeckung gebracht werden können (Konvergenz).

Da der Augenabstand bei ein und demselben Menschen konstant ist, hängt derKonvergenzwinkel ausschließlich von der Entfernung ab. Die Entfernungs-schätzung via Konvergenzwinkel ist bis zu einer Entfernung von ca. 10 mmöglich. Bei größeren Entfernungen wird der Winkel zu klein. Menschen mitgrößerem Augenabstand können demnach weitere Entfernungen schätzen.

Wenn ein Auge ein Objekt (z.B. A im Bild links) fokussiert, dann fallen die Abbildungenauf korrespondierende Punkte der Netzhaut (Punkte a1 und a2). Ein weiter entferntes(oder näheres) Objekt (B) erzeugt Abbildungen auf, gegenüber den korrespondierendenNetzhautstellen versetzten (disparaten), Punkten (Punkte b1 und b2). Der seitlicheVersatz wird Disparität genannt.

Im rechten Bild ist die Darstellung eines Drahtwürfels auf die unterschiedlichen Augendargestellt. Aus den Bildunterschieden wird im Sehzentrum ein räumlicher Eindruckerzeugt. An dieser Stelle sei noch erwähnt, dass die Bilder im Auge auf Grund desLinsensystems immer „seitenverkehrt“ dargestellt werden. Eine Umrechnung auf das„tatsächliche“ Bild erfolgt rein kognitiv.

Neben den Mechanismen der Stereopsis ist es dem Menschen auch möglich, mitmonokularem Sehen einen räumlichen Eindruck zu erlangen bzw. die relative undabsolute Entfernung eines Objektes zu schätzen.

Die lineare Perspektive ist ein rein geometrisch Mittel, bei dem parallel laufende Linien zugrößeren Entfernungen hin konvergieren. Es wird gerne in Abbildungen verwendet, umeinen Tiefeneindruck zu erwecken. Bei Betrachtung von Bildern mit starker Perspektiveist die räumliche Wirkung stärker, wenn sie nur mit einem Auge betrachtet werden. Dasist dadurch zu erklären, da bei einäugigem Hinsehen der Konflikt zwischen fehlenderStereodisparität und perspektivisch angedeuteter Tiefe entfällt.

Bekannte Objekte geben durch die Größe ihrer Netzhautabbilder eine sehr genaueInformation über die Entfernung zum Betrachter. Aus Erfahrung ist bekannt, dass einMensch seine Größe nicht innerhalb von Sekunden ändern kann. Dem Sehsystem istdeshalb klar, dass sich ein scheinbar kleiner werdender Mensch von einem entfernt.Kleinere, identische Motive werden wegen der Größenkonstanz als entfernter liegendangenommen.

Je weiter ein Objekt entfernt ist, desto langsamer verändert sich seine Position auf derNetzhaut, wenn es sich bezüglich des Betrachters bewegt (Bewegungsparallaxe). Jenach Position des Beobachters verdecken nahe Objekte entfernter liegende anunterschiedlichen Stellen.

Eine weitere Möglichkeit, Tiefeneindruck zu erwecken, sind Texturgradienten. Diesenliegt der optische Effekt zugrunde, dass sich parallele Linien in der Ferne verdichten.

Das menschliche Ohr läßt sich in drei Bereiche einteilen:

- das Außenohr (Muschel und Gehörgang),

- das Mittelohr mit Trommelfell und Übertragungsknöchelchen (Hammer, Amboss undSteigbügel),

- das flüssigkeitsgefüllte Innenohr in Form einer Schnecke.

Der Mensch kann Frequenzen zwischen 1,5 Hz bis 16 kHz wahrnehmbar, wobei dasGehör jedoch für die Frequenzen < 16 Hz unempfindlich ist (Infraschall).

Das menschliche Ohr ist in der Lage, sehr geringe Frequenzunterschiede wahrzunehmen– ein Ton von 1000 Hz kann von einem 1003 Hz Ton unterschieden werden (einUnterschied von nur 0,3 %).

“Kurven gleicher Lautstärke” (DIN ISO 226) dokumentieren die spektrale Empfindlichkeitdes menschlichen Ohres. In bestimmten Frequenzbereichen, in denen die menschlicheSprache übertragen wird, ist die Empfindlichkeit des menschlichen Ohres besondersgroß. Dies lässt sich gut an der obenstehenden Abbildung ablesen.

Das Ohr ist also für Sprache optimiert!

An der unteren u. oberen Hörgrenze (20 Hz bzw. ca. 20 kHz) ist die Empfindlichkeit desOhres gering, während sie bei etwa 4000 Hz maximal ist. Der Schallpegel muss also anden Hörgrenzen sehr viel höher sein als am Empfindlichkeitsmaximum, wenn in allenFällen eine gleich starke Empfindung hervorgerufen werden soll.

Zur Berücksichtigung dieser Frequenzabhängigkeit hat man den Lautstärkepegeleingeführt und folgendermaßen definiert: Die Lautstärke in Phon ist gleich demSchalldruckpegel (dB) eines gleich laut empfundenen 1000 Hz-Tones. Die Ermittlung derLautstärke ist also immer eine Vergleichsmessung. Führt man solcheVergleichsmessungen im gesamten Hörbereich durch, so erhält man die Kurven gleicherLautstärke (siehe Folie). Jede Kurve gibt an, wie man den Schalldruckpegel L alsFunktion der Frequenz ändern muss, damit er im gesamten Hörbereich die zugehörigekonstante Lautstärke hervorruft.

Durch subjektive Hörvergleiche wurde festgestellt, dass bei hohen sowie niedrigenFrequenzen erheblich höhere Pegel vorliegen müssen, ehe überhaupt Hörempfindungeneinsetzen. Die Hörschwelle liegt hier also höher als im Sprachbereich.

Die akustische Raumwahrnehmung basiert auf der Lokalisierung bzw. Ortung vonSchallwellen und erfolgt über zwei Mechanismen:

Bei kurzen Wellenlängen, d.h. hohen Frequenzen, entsteht durch den Kopf einSchallschatten (siehe linkes Bild). Die Töne erreichen die Ohren mit deutlichunterscheidbaren Intensitäten.

Bei niederen Frequenzen wird der Zeitunterschied genutzt, mit dem eine Schallwellebeide Ohren erreicht, bzw. ihre Phasenunterschiede. Wenn die Schallquelle rechts vomHörer ist, müssen sich die Schallwellen um den Kopf herumbiegen, um das linke Ohr zuerreichen, wodurch der Weg länger wird. Ab Frequenzen von 1300 Hz und höher wird esschwierig, so dass sich Zweideutigkeiten ergeben können (z.B. wenn die Wellenlänge derTöne in etwa mit dem halben Abstand der Ohren beiden Ohren vergleichbar ist).Kopfbewegungen können solche Zweideutigkeiten jedoch meistens beseitigen.

Infitec = Lichtwellenlängenfiltersystem

Neben der Auflösung ist der maximale Winkel, in dem ein HMD Informationen darstellenkann – das sogenannte Field of View (FOV) – eine wichtige Kenngröße. Die meistenHersteller geben nur das diagonale FOV an (ähnlich der Bildschirmdiagonale bei einemnormalen Monitor), so dass dieser erst in seine horizontalen und vertikalen Komponentenaufgeschlüsselt werden muss (Seitenverhältnis ist gegeben). Während bei normalenMonitoren das FOV durch Verändern der Entfernung zwischen Mattscheibe und Betrachterbeeinflusst werden kann, ist dieses beim HMD eine konstante Größe.

Da der FOV von Display zu Display um den Faktor 2 und mehr variieren kann, ist esdeshalb sinnvoller, die darzustellende Zeichengrößen als Sehwinkel anzugeben, um einenvergleichbaren Größeneindruck für ein- und dieselbe Information zwischen den Displayssicherzustellen. Hierbei gilt für die Berechnung der zum jeweiligen Display gehörigenPixelanzahl in vertikaler Richtung:

Wenn man bedenkt, dass viele Durchsicht-HMD nur eine vertikale Auflösung von 480Pixeln haben und der vertikale FOV bei 20° liegt, dann ist die Höhe eines Pixels ca. 2,5’(Bogenminuten). Aus der Physiologie ist jedoch bekannt, dass das menschliche Auge einAuflösungsvermögen von 1’ hat. In der Praxis bedeutet das, dass der Benutzer einessolchen Displays (vorausgesetzt, er ist normalsichtig) jedes einzelne Pixel erkennen undschon allein durch die grobe Auflösung der virtuellen Information diese von der realenunterscheiden kann.

SehwinkelFOV

AuflösungPixel

V

VV

Bei gleichzeitiger Betrachtung einer realen und einer virtuellen Information an der selbenStelle kommt der Betrachter in den Konflikt, ob er auf das reale Objekt akkommodierensoll oder auf das virtuelle (das Auge stellt beim virtuellen Objekt auf die Entfernung zurProjektionsfläche scharf). Ein gleichzeitiges Scharfstellen auf reales und virtuelles Objektist nur dann möglich, wenn sich die Projektionsfläche in gleicher Entfernung befindet wiedas reale Objekt. Diese Erkenntnis ist besonders bei der Auswahl von Displays wichtig.So kann z.B. für einen Facharbeiter ein Display ausgewählt werden, bei dem dieProjektionsfläche ca. 30-50 cm vor den Augen liegt (Montageentfernung), während dasDisplay eines Piloten eher eine Projektionsfläche im Unendlichen haben sollte.

Die Realisierung gebrauchstauglicher AR-Ausgabeeinheiten stellt allgemein technisch eine größere Herausforderung dar als die Verwirklichung einer rein virtuellen Realität, da für AR virtuelle und reale Objekte lagerichtig und zeitlich synchron zueinander platziert werden müssen. Zur Kombination virtueller Elemente mit der realen Umgebung können unterschiedliche Verfahren herangezogen werden. Man kann danach differenzieren, ob AR-Anwendungen stationär (auf einem Monitor), benutzerintegriert (als Hand-Held-Lösung bzw. mit einem speziellen HMD) oder als Projektion (auf ein Produkt bzw. die Umgebung) umgesetzt sind. Die hier gezeigte Systematik differenziert nach zwei Kriterien: ob das System direkt am Kopf getragen wird oder nicht und ob die Realität mittelbar (videobasiert) oder unmittelbar (optisch) wahrgenommen wird.

1) Beim VST-Verfahren wird die Umgebung mit einer oder zwei Kameras aufgenommen und in einem blickdichten HMD in Kombination mit virtuellen Objekten angezeigt. Bei anspruchsvollen Einsatzszenarien wie z.B. der visuellen Teilekontrolle ist eine hohe Auflösung der verbauten Kameras und Displays erforderlich. Zudem sollte ein leistungsstarker Rechner verwendet werden, denn eine geringe Bildwiederholrate und eine durch die Videobildaufnahme und -weiterverarbeitung entstehende Latenz wirken sich störend auf die visuell-motorische Koordination aus. Die Hauptursache ist, dass die visuellen Sinneseindrücke nicht synchron zu den propriorezeptiven Eindrücken verlaufen.

2) Bei OST ist der Latenzeffekt weniger stark ausgeprägt, da hier ein halbdurchlässiges HMD verwendet wird, bei dem lediglich der virtuelle Anteil der Szene auf das Visier des HMDs projiziert wird. Dadurch erscheint das virtuelle Objekt konstant transparent. Da es sich beim Visier im Prinzip um einen halbdurchlässigen Spiegel handelt, wird die Außensicht stark abgedunkelt, was Einsatzmöglichkeiten in dunklen Umgebungen einschränkt. Auch muss oft zwischen realen und virtuellen Objekten abwechselnd vor- und zurück akkommodiert werden, was den Benutzer ermüdet. Zudem wird durch mögliches Verrutschen des HMDs auf dem Kopf des Benutzers die Platzierungsgenauigkeit der virtuellen Objekte gegenüber der Realität vermindert.

Eine Sonderform zwischen VST und OST bilden Look-Around Displays. Bei ihnen ist direkt vor dem Auge des Benutzers ein undurchsichtiges Miniaturdisplay angebracht, dessen Größe eine signifikante Wahrnehmung des peripheren Sichtfelds gestattet. Bei dieser Variante geht es weniger darum, Realität und Virtualität lagerichtig miteinander zu kombinieren, sondern vielmehr um textuelle oder symbolische Informationsdarstellung. Einsatzmöglichkeiten ergeben sich, wo ein Benutzer freihändig mit Informationen versorgt werden muss, z.B. in der Kommissionierung oder zur Unterstützung von Rettungskräften.

3) Die MAR-Systeme können als einfachste und kostengünstigste Variante angesehen werden. Hierbei nimmt eine Videokamera kontinuierlich Bilder der Umgebung auf, die anschließend im Computer mit virtueller Information –kameraperspektivisch korrekt – angereichert und auf einem Monitor angezeigt werden.

4) Unter PAR schließlich wird ein Ansatz verstanden, bei dem die virtuelle Information auf einen realen Körper mit geeigneter Oberfläche projiziert wird, der nicht direkt mit dem Kopf des Nutzers verbunden ist. In Fahrzeugen jeglicher Art können durch sogenannte Head-Up Displays Informationen in das Sichtfeld des Fahrers oder Piloten gespielt werden (Projektion auf die Frontscheibe), ohne dass dieser seinen Blick vom Verkehrsgeschehen abwenden muss. Ein weiteres Applikationsfeld bietet sich als informationelle Unterstützung z.B. in der Chirurgie oder der Produktion.

Eine der größten Herausforderungen heutiger AR-Systeme ist das Trackingproblem, d.h.das Erfassen der Blickrichtung des Benutzers, so dass die virtuelle Information zeitlich undörtlich dort dargestellt wird, wo sie „hingehört“. Aus diesem Grund kommt heutzutagemeistens die videobasierte Durchsicht zum Einsatz, wo dem Benutzer sowohl die realeSzene als auch die virtuelle Überlagerung im HMD eingeblendet und so eine ortsgenaueDarstellung ermöglicht wird. Bei der optischen Durchsicht entsteht das Problem, dass sichmit einem leichten Verrücken der Brille auch die virtuelle Information verschiebt.

Während es für herkömmliche Computermonitore zahlreiche Untersuchungen zurmenschlichen Informationsaufnahme bezüglich verschiedener Technologien (z.B. CRTvs. LCD) sowie unterschiedlicher Einflussfaktoren (Auflösungen, Bildwiederhol-frequenzen, Darstellungsgrößen) gibt, so sind vergleichbare Untersuchungen mit AR-Displays größtenteils noch Forschungsgegenstand. Gerade aber im industriellen Umfeldsind solche Untersuchungen dringend erforderlich, um auf der einen Seite denEntwicklern von Augmented-Reality-Systemen Gestaltungsempfehlungen zu geben undauf der anderen Seite den Anwendern solcher Systeme (z. B. Servicetechniker) einemöglichst ermüdungsarme Informationsbereitstellung zu ermöglichen. Die über normaleComputermonitore vorliegenden Erkenntnisse können nur bedingt zu Rate gezogenwerden, da viele Grundannahmen auf ein Durchsichtdisplay nicht anwendbar sind. Sokann bei einem Computermonitor davon ausgegangen werden, dass der Kontrastzwischen Zeichen und Hintergrund konstant ist. In einer gemischt virtuellen Umgebungkann sich der Kontrast jedoch durch eine einfache Kopfbewegung innerhalb vonBruchteilen einer Sekunde ändern (verschiedenste Hintergründe - von hellem Tageslichtbis hin zur dunklen Maschinenhalle).

Eine zu kleine Darstellungsgröße birgt die Gefahr, dass sie entweder nicht richtig erkanntwird und damit fehlinterpretiert wird (hoher Fehlerkennungsanteil) oder sogar gänzlichübersehen wird. Auf der anderen Seite steigt aber mit der Darstellungsgröße der Gradder Verdeckung der realen Welt, wodurch die Informationsaufnahme von Daten derrealen Welt erschwert wird.