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Steigerung der Immersion in Virtual Reality anhand innovativer Tracking-Technologien am Beispiel von Brandschutz-Ingenieuranwendungen

Heinz, Tobias :
Steigerung der Immersion in Virtual Reality anhand innovativer Tracking-Technologien am Beispiel von Brandschutz-Ingenieuranwendungen.
TU Darmstadt
[Bachelorarbeit] , (2018)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Virtual Reality bietet, inbesondere im Kontext von Serious Games, ein Vielzahl an attraktiven Anwendungsmöglichkeiten. Dabei eröffnen die stereoskopische Darstellung der Umgebung durch die heutigen Head Mounted Displays in Kombination mit den Möglichkeiten der dreidimensionalen Interaktion im Raum durch entsprechende Controller und andere Trackingtechnologien neue interessante Trainingsfelder. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frage nach einem Ansatz zur Verwendung solcher Trackingtechnologien, um damit ein möglichst breites Feld an Einsatzmöglichkeiten zu erschließen und dabei die Immersionserfahrung für den Nutzer zu steigern. Im Kern der Entwicklung stehen hierbei die Vive-Tracker, welche speziell für den Einsatz im Bereich des Objekt- und Bodytrackings entwickelt wurden und als Zubehör für die HTC Vive VR-Brille verfügbar sind. Aufgrund der Tatsache, dass den meisten Virtual Reality Anwendungen die Repräsentation des eigenen Körpers für den Nutzer fehlt, untersucht diese Arbeit die Möglichkeit ein Bodytrackingsystem mit Hilfe der Unity3D Game Engine zu erstellen, um so dem Anspruch eines möglichst breiten Einsatzgebietes des erarbeiteten Konzepts gerecht zu werden. Als Trackingpunkte dienen hierbei das Head Mounted Display, zwei Controller und drei weitere Tracker, die an Brustkorb und Füßen des Spielers befestigt werden. Im ersten Teil der Arbeit werden bisherige Bodytracking- und Motion-Capture-Verfahren untersucht um anschließend die zum Einsatz kommenden Tracking Technologie mit den untersuchten Verfahren abzugleichen. Des Weiteren wurde Recherche zum Anspruch an ein virtuelles Charaktermodell, welches die übertragenen Bewegungen ausführen soll, erhoben. Auf Basis der Rechercheergebnisse beschäftigt sich diese Arbeit im weiteren Verlauf mit der Entwicklung eines Bodytracking Konzepts durch das Erstellen eines entsprechenden C#-Skriptes, welches die eingehenden Positions- und Rotationsinformationen der Trackinggeräte verarbeitet und die daraus errechneten Ergbnisse zur Bewegung auf ein virtuelles Charaktermodell projiziert. Dabei wird zusätzlich auf grundlegende Kenntnisse, welche zur Arbeit mit der Game Engine notwendig sind eingegangen, insbesondere auf das Verständnis hierarchisch angeordneter GameObjects und den daraus resultierenden Abhängigkeiten der den Objekten hinterlegten Koordinatensystemen, da dies eine wichtige Grundlage für die Bewegung der einzelnen Körperteile des virtuellen Charaktermodells darstellt. Eine besondere Herausforderung besteht in der Übertragung der Arm- und Beinbewegung aufgrund der geringen Anzahl an Trackingpunkten, welche unter Verwendung von inverser Kinematik gelöst werden soll. Anschließend wird eine Demonstrationsanwendung im thematischen Kontext des Brandschutzes entwickelt, welche ein mögliches Einsatzgebiet für das angefertigte Konzept aufzeigen soll. Im Rahmen dieser Entwicklung wird ein User Interface implementiert, das den Nutzer mit Abstandsinformationen einzelner Körperteile zu einer Feuerquelle versorgen soll. Hierbei wird insbesondere auf die intuitive Gestaltung des Interfaces eingegangen, um die Aufmerksamkeit des Nutzers beim Auffassen der Informationen möglichst geringfügig vom virtuellen Geschehen abzulenken. Abschließend werden mögliche Erweiterungen und Alternativen zum verwendeten Konzept und der Demonstrationsanwendung diskutiert.

Typ des Eintrags: Bachelorarbeit
Erschienen: 2018
Autor(en): Heinz, Tobias
Titel: Steigerung der Immersion in Virtual Reality anhand innovativer Tracking-Technologien am Beispiel von Brandschutz-Ingenieuranwendungen
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Virtual Reality bietet, inbesondere im Kontext von Serious Games, ein Vielzahl an attraktiven Anwendungsmöglichkeiten. Dabei eröffnen die stereoskopische Darstellung der Umgebung durch die heutigen Head Mounted Displays in Kombination mit den Möglichkeiten der dreidimensionalen Interaktion im Raum durch entsprechende Controller und andere Trackingtechnologien neue interessante Trainingsfelder. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frage nach einem Ansatz zur Verwendung solcher Trackingtechnologien, um damit ein möglichst breites Feld an Einsatzmöglichkeiten zu erschließen und dabei die Immersionserfahrung für den Nutzer zu steigern. Im Kern der Entwicklung stehen hierbei die Vive-Tracker, welche speziell für den Einsatz im Bereich des Objekt- und Bodytrackings entwickelt wurden und als Zubehör für die HTC Vive VR-Brille verfügbar sind. Aufgrund der Tatsache, dass den meisten Virtual Reality Anwendungen die Repräsentation des eigenen Körpers für den Nutzer fehlt, untersucht diese Arbeit die Möglichkeit ein Bodytrackingsystem mit Hilfe der Unity3D Game Engine zu erstellen, um so dem Anspruch eines möglichst breiten Einsatzgebietes des erarbeiteten Konzepts gerecht zu werden. Als Trackingpunkte dienen hierbei das Head Mounted Display, zwei Controller und drei weitere Tracker, die an Brustkorb und Füßen des Spielers befestigt werden. Im ersten Teil der Arbeit werden bisherige Bodytracking- und Motion-Capture-Verfahren untersucht um anschließend die zum Einsatz kommenden Tracking Technologie mit den untersuchten Verfahren abzugleichen. Des Weiteren wurde Recherche zum Anspruch an ein virtuelles Charaktermodell, welches die übertragenen Bewegungen ausführen soll, erhoben. Auf Basis der Rechercheergebnisse beschäftigt sich diese Arbeit im weiteren Verlauf mit der Entwicklung eines Bodytracking Konzepts durch das Erstellen eines entsprechenden C#-Skriptes, welches die eingehenden Positions- und Rotationsinformationen der Trackinggeräte verarbeitet und die daraus errechneten Ergbnisse zur Bewegung auf ein virtuelles Charaktermodell projiziert. Dabei wird zusätzlich auf grundlegende Kenntnisse, welche zur Arbeit mit der Game Engine notwendig sind eingegangen, insbesondere auf das Verständnis hierarchisch angeordneter GameObjects und den daraus resultierenden Abhängigkeiten der den Objekten hinterlegten Koordinatensystemen, da dies eine wichtige Grundlage für die Bewegung der einzelnen Körperteile des virtuellen Charaktermodells darstellt. Eine besondere Herausforderung besteht in der Übertragung der Arm- und Beinbewegung aufgrund der geringen Anzahl an Trackingpunkten, welche unter Verwendung von inverser Kinematik gelöst werden soll. Anschließend wird eine Demonstrationsanwendung im thematischen Kontext des Brandschutzes entwickelt, welche ein mögliches Einsatzgebiet für das angefertigte Konzept aufzeigen soll. Im Rahmen dieser Entwicklung wird ein User Interface implementiert, das den Nutzer mit Abstandsinformationen einzelner Körperteile zu einer Feuerquelle versorgen soll. Hierbei wird insbesondere auf die intuitive Gestaltung des Interfaces eingegangen, um die Aufmerksamkeit des Nutzers beim Auffassen der Informationen möglichst geringfügig vom virtuellen Geschehen abzulenken. Abschließend werden mögliche Erweiterungen und Alternativen zum verwendeten Konzept und der Demonstrationsanwendung diskutiert.

Freie Schlagworte: Civil safety engineering, Virtual Reality
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
13 Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften > Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen
Hinterlegungsdatum: 28 Jun 2018 14:49
Zusätzliche Informationen:

Betreuer: Timo Bittner

Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 28 Juni 2018
Alternatives Abstract:
Alternativer AbstractSprache
Virtual reality offers, especially in the context of Serious Games, many attractive application possibilities. The stereoscopic visualization of the environment by current Head-Mounted-Displays in combination with the possibilities of three-dimensional interaction enabled by appropriate controllers and other tracking technologies open up new interesting training fields. This thesis has the goal to develop a general approach for using such tracking technologies in a broad field of applications and to increase the immersive experience for the user. The development focuses in particular on the Vive-Trackers, which are accessories for the HTC Vive and can be used for object- and body tracking procedures. Due to the fact that most of the Virtual Reality applications don’t have a representation of the user’s body, this work examines the possibility to create a body tracking system by using three of the Vive Trackers in addition to the Head-Mounted-Display and two controllers as tracking points by using the Unity3D Game Engine as development environment. While two of the trackers will be attached to the feet of the player, the third one is mounted to the chest. The first part of this work analyses previous body tracking and motion capture methods. Furthermore the Vive tracking technology will be introduced and the potentials of their using possibilites will be discucssed. Further research focuses on the specific claim on a virtual character model, which shall execute the tracked movements of the player. Based on the results of the research a concept for implementing a body tracking system will be suggested by introducing a corresponding C#-Script, which can be interpreted by the Unity Engine. The script processes the incoming position and rotation information of the tracking devices and calculates the resulting movement of the character model. Therefore, important basic knowledge when developing with the Unity Engine, especially the understanding of GameObject hierarchies and the resulting dependencies of different coordinate systems, is explained. A particular challenge is the tranmission of the arm and leg movement, because of the low number of tracking points. This issue is solved by using inverse kinematics. Subsequently, a fire protection application is developed, to show potential uses of the concept. Within this development, a user interface is developed, which gives the user information about the distance of different body parts to a fire source. The design of the interface aims to give the user an intuitive experience while receiving the information, to minimize the distraction from his actual environment. Finally, possible extensions and alternatives to the used concept and the demonstration application are discussed.Englisch
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