Mit haptischen Reizen tiefer in virtuelle Welten eintauchen

So weit in eine Spielewelt einzutauchen, dass diese anmutet wie die Realität, dürfte für Spieler ein Traum, für Hersteller eine große Herausforderung darstellen. Die Spieleindustrie entwickelte in den vergangenen Jahren sogenannte immersive Spielewelten, die auf virtueller Realität (VR) basieren weiter.

Während audiovisuelle VR-Systeme sich dabei auf Bild- und Tonwiedergabe beschränken, arbeitet das Forschungsprojekt FaceHaptics der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS) daran, haptische Elemente zu integrieren.

So sollen etwa sanfte Berührungen im Gesicht nachgestellt werden, um das VR-Erlebnis zu intensivieren. Publiziert wurde das System auf der ACM CHI 2020, der führenden Konferenz im Bereich Human-Computer Interaction.

Das Modul von FaceHaptics basiert auf einer handelsüblichen VR-Brille, sogenannten HMDs (head-mounted virtual reality display), und wird durch einen vom Forscherteam um Ernst Kruijff, Professor für Human Computer Interaction am Institut für Visual Computing der H-BRS, selbst entworfenen Roboterarm ergänzt.

Dieser kann wiederum mit Instrumenten (Aktuatoren) wie Ventilatoren, Heizspulen oder unterschiedlichen Texturen ausgestattet werden und ist so in der Lage, Ereignisse innerhalb einer virtuellen Umgebung nicht nur sicht- und hörbar, sondern auch fühlbar nachzuahmen.

Das Neuartige des Systems ist seine Modularität, Flexibilität und Direktionalität – der Roboterarm kann einfach mit anderen Aktuatoren ausgestattet werden, um andere Stimuli an den Nutzer weiterzugeben und zwar aus verschiedenen, frei wählbaren Richtungen.

Zudem hat das System eine viel größere Reichweite als im HMD eingebaute Aktuatoren – somit kann eine größere Fläche des Gesichts mit haptischen Reizen erreicht werden.

Die Anwendungen zielen vorrangig auf das Gesicht, denn das ist üblicherweise nicht von Kleidungsstücken bedeckt und verfügt im Vergleich zu anderen Körperbereichen über eine hohe Anzahl an Rezeptoren, die es besonders sensibel für äußere Reize macht.

In bisher durchgeführten Studien wurde vor allem mit sanften Einzel- und streichelnden Berührungen sowie mit Luftströmen verschiedener Stärke gearbeitet.

Darüber hinaus wurde mit unterschiedliche Texturen, dem Ansprühen mit Wasser und dem Einfluss von Wärme experimentiert. Die Ortung dieser Stimuli war bisher aber begrenzt, da sie meistens nicht direktional waren.

Das Team versuchte nachzuweisen, inwiefern haptische Reize die Wahrnehmung virtueller Umgebungen beeinflussen. Dazu durchquerten in zwei Studien Probanden eine virtuelle Landschaft, bei der entweder die Windrichtung verändert oder gezielt Emotionen geweckt und deren Wahrnehmung in einer anschließenden Befragung der Probanden skaliert wurde.

Es stellte sich heraus, dass trotz der benötigten Apparaturen und deren Gewicht die generelle Glaubwürdigkeit der Simulation durch die zusätzlichen Reize stieg und eine gute räumliche Ortung der Stimuli möglich ist. Zudem konnte bei den Probanden ein höherer Unterhaltungswert gegenüber Durchläufen nachgewiesen werden, bei denen die Landschaft ohne zusätzliche haptische Reize durchquert wurde.

Die Wissenschaftler schließen daraus, dass aufgrund der höheren emotionalen Erregung der Probanden durch haptische Reize, diese zu einer höheren Beteiligung an solchen Immersionen beitragen können. Ein wichtiger Aspekt für Spiele, aber auch andere Anwendungen wie Therapien.

Im nächsten Schritt möchte das Forscherteam das System verbessern, indem es vor allem das Gewicht der angebrachten Apparatur reduziert. So sollen der Tragekomfort erhöht und Schwingungen verringert werden, die durch Bewegungen des Roboterarms entstehen. Zudem wird das Potential von zusätzlichen Bauelementen getestet, die beispielsweise leichten Schmerz hervorrufen, um neue Spielerlebnisse zu unterstützen.

FaceHaptics auf Youtube: https://youtu.be/yV2Ehux46Zs

Prof. Dr. Ernst Kruijff
Institut für Visual Computing der H-BRS
Tel. +49 2241 865-9616
E-Mail: ernst.kruijff@h-brs.de