Was ist Virtual Reality (VR)? Begriff, Anwendungen und Anforderungen

Was ist Virtual Reality (VR)?

Virtual Reality („Virtuelle Realität“), kurz VR, bezeichnet eine durch Soft- und Hardware erzeugte digitale, künstliche Welt. Die Welt wird dabei dreidimensional über Bilder dargestellt und dabei häufig durch Ton ergänzt. Menschen, die VR-Technologie verwenden, können sich in der virtuellen Welt bewegen, sie aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten, sie anfassen und sie umgestalten. [1,2]

Virtual Reality und der Cyberspace

Der Begriff der Virtuellen Realität geht angeblich auf den Autor und Unternehmer Jaron Lanier, der das VR-Unternehmen „VPL Research“ gründete, zurück. Seit dem Jahr 1987 wird VR als theoretisches Konzept im Oxford Englisch-Wörterbuch erwähnt. Häufig wird dieses Konzept in Verbindung mit dem Begriff „Cyberspace“ genannt. Der Cyberspace bezeichnet jede nicht real existierende Welt, die nur mithilfe von VR-Technik virtuell betreten werden kann. Der Cyberspace wird als die ultimative Virtual-Reality-Umgebung angesehen. [2,3,8]

Die virtuelle Realität setzt sich aus vielen verschiedenen Bereichen zusammen. Sie umfasst Elektronik, Maschinenbau, Kybernetik, Datenbankdesign, Echtzeitsysteme, verteilte Systeme, Simulation, Computergrafik, Human-Engineering, Stereoskopie, menschliche Anatomie und sogar das künstliche Leben. [2]

Wie wird Virtuelle Realität hergestellt?

Das Erzeugen virtueller Realitäten erfolgt mittels Großbildleinwänden, in speziellen Räumen, (Cave Automatic Virtual Environment, kurz „CAVE“) in denen virtuelle Begehungen stattfinden können oder über ein Head-Mounted-Display, besser bekannt als VR-Brille oder VR Glasses. [1]

Letztere sind wohl die bekannteste Hardware zur Erzeugung Virtueller Realität. Virtual Reality Glasses bestehen aus zwei hochauflösenden Displays in der Brille, durch die digitale Bilder erzeugt werden, die mit einer gekoppelten Sensorik reagieren. Sobald der Nutzer oder die Nutzerin den Kopf bewegt, registrieren die Sensoren in den Virtual Reality Glasses diese Veränderung und die erzeugten Bilder werden entsprechend angepasst. [6]

Um die Interaktion mit Objekten „realistischer“ zu gestalten, können neben der Video VR-Brille spezielle Eingabegeräte verwendet werden, wie z.B. ein Datenhandschuh (auch „Data Glove“). Dieser kann die Bewegungen der Hand in der realen Umgebung präzise in die Virtuelle Umgebung übertragen und gleichzeitig durch Vibrationen haptisches Feedback generieren, wenn im Virtuellen Raum etwas berührt wird. [4,5]

Was ist der Unterschied zwischen Virtual Reality (VR) Augmented Reality (AR)?

Augmented Reality (AR) ist die Echtzeitansicht einer realen Umgebung, die durch das Hinzufügen virtueller, computergenerierter Informationen erweitert wird. AR wird daher häufig interaktiv genutzt, da durch diese Technik reale und virtuelle Objekte kombiniert werden können. [7]

Während der Nutzende bei der virtuellen Realität vollständig – sowohl akustisch als auch visuell – in eine künstliche Welt eintaucht, ist die Augmented Reality eine computer- gestützte erweiterte Realität, wo virtuell zusätzliche Information ergänzt werden. Letztere wird daher auch als gemischte Realität (Mixed Reality) bezeichnet. [8]

Virtual Reality in der Medizin

Virtuelle Realität wird auch in der Medizin zunehmend eingesetzt und wird sogar als „Zukunft der Medizin“ bezeichnet. [9] Dabei wird sie auf zwei verschiedene Arten angewendet: Zur Operationssimulation und als Therapie.

Virtuelle Operationen

Dass Ausbildung und Training durch VR erleichtert und unterstützt werden, ist keinesfalls neu. So wird diese Technik schon seit Jahren in der Flugsimulation bei der Piloten- und Raumfahrt-Ausbildung verwendet. Statt Flugsimulation gibt es in der Medizin allerdings Operationssimulationen.

Bevor jemand in chirurgischer Ausbildung also das erste Mal einen Patienten oder eine Patientin aufschneidet, gibt es durch VR die Möglichkeit an einem virtuellen Erkrankten zu üben. Am European Surgical Institute (in Norderstedt bei Hamburg) werden zum Beispiel VR-basierte Medizinkurse angeboten.

Aber nicht nur angehende Chirurgen und Chirurginnen profitieren von medizinischer VR. Auch Erfahrene können diese Technik nutzen, um verschiedene Herangehensweisen vor einer Operation auszuprobieren oder sie zu trainieren. [8]

VR-Therapie

Virtual Reality kann in der Medizin auch als Therapieform eingesetzt werden. Die Anwendungsgebiete der sogenannten VR-Therapie erstrecken sich dabei hauptsächlich auf Schmerzbehandlung und Behandlungen innerhalb der Neurologie und Psychologie.

Ein großes Potenzial sieht die Medizin in der Behandlung von Schmerzen. Bei Phantomschmerzen zum Beispiel ist mit Hilfe der VR-Therapie eine sogenannte „neuronale Reorganisation“ von Nervenzellen im Gehirn möglich, wodurch die Schmerzen abgemildert oder gar ganz behoben werden könnten.

Auch wurden bei der Behandlung von Brandopfern große Erfolge in der Schmerzlinderung beobachtet, wenn sich die Betroffenen in einer kalten virtuellen Realität, z.B. einer Schneelandschaft aufgehalten haben. Auch andere Schmerzen konnten durch virtuelle Spiele signifikant vermindert werden.

In der Neurologie kann Virtual Reality zum Beispiel als Unterstützung der Rehabilitation nach einem Schlaganfall angewendet werden. Betroffene können durch ein VR-gestütztes Training spielerisch unterstützt werden, was die Physiotherapie erleichtert.

Die Psychologie hingegen nutzt VR bei der Therapie von Angstzuständen. So konnte einigen Betroffenen geholfen werden, indem sie sich ihrer Angst virtuell stellten. [8]

Augmented Reality in der Medizin

Der Einsatz von Augmented Reality ist in der Medizin bereits populärer als der Einsatz von Virtual Reality. Es gibt AR-Operationsmikroskope, die Zusatzinformationen während einer Operation einblenden. Besonders wertvoll und populär ist diese Unterstützung zum Beispiel bei Tumorresektionen. So wird dem Operierenden digital eingeblendet, welches Gewebe entfernt werden sollte und welches gesund ist. [8] Auch dieser Ansatz ist noch neu und bietet für die Medizinwelt ein großes Potenzial.