AR-, MR- und VR-Hardware im Überblick

Seit einigen Jahren schießt die Hardware in den Bereichen AR, MR und VR förmlich aus dem Boden und wer die Entwicklungen nicht schon eine Weile im Blick hat, der darf sich wohl langsam als abgehängt betrachten. Wie auch bei Smartphones schreitet die technische Entwicklung unaufhaltsam fort, mit immer neueren, besseren, performanteren Headsets und Smartglasses. Noch mehr als bei Smartphones haben die Hersteller in diesem recht frühen Stadium der Entwicklung viele neue Probleme zu bewältigen und Herausforderungen zu meistern. Nur allmählich zeichnen sich Best Practices ab, die für maßgebende Entwicklungslinien sorgen werden. Bis es soweit ist, werden aufkommende Problemstellungen aus vielen Perspektiven beleuchtet und angegangen – jeder so, wie er denkt, dass es am besten funktioniert.

Wer bei den vielen verschiedenen Smartphones den Überblick verloren hat, der soll hier nicht verzweifeln. Datenbrillen, Smartglasses und VR-Headsets unterscheiden sich stärker voneinander, als unsere Mobile Devices. Die Fortschritte sind schneller und die Lösungen individueller. Dadurch hat jedes neue Modell einen ganz eigenen Charakter mit klaren Stärken und Schwächen. Über einige wichtige davon möchten wir hier einen kleinen, abgespeckten Überblick geben. Viele der Modelle werden wir in einzelnen Blogposts nochmal im Detail betrachten und uns dort mit all den technischen Feinheiten beschäftigen, für die uns hier der Rahmen fehlt.

Die Begriffe AR, MR und VR sind dir fremd? Kein Problem, schau mal hier.

AR/MR

HoloLens

Die HoloLens wurde von Microsoft 2015 angekündigt und ab 2016 als Entwickler-Version veröffentlicht. Sie ist Microsofts erste MR-Datenbrille und war zum Releasezeitpunkt das wohl ambitionierteste Modell auf dem Markt. Mit Hilfe der HoloLens können Nutzer virtuelle Objekte im Raum platzieren und durch vorprogrammierte Gesten oder Sprachbefehlen mit ihnen interagieren. Alle Inhalte haben einen Raumbezug und bleiben an Ort und Stelle, selbst wenn sich der Nutzer im Raum bewegt. Dadurch eröffnet sich ein großer Spielraum und eine Vielzahl an Usecases, die vor allem Unternehmen haben aufhorchen lassen.

Ausgestattet ist die HoloLens mit einem ganzen Satz an Sensorik: IMU, Tiefenkamera, mehrere Graustufenkameras, Farbkamera und Mikrofone. Ein Großteil dieser Sensoren dient dem Tracking des Kopfes und der Handgesten sowie zur Orientierung im Raum (SLAM). Das Waveguide-Display trägt Bilder mit einer Auflösung von 1268×720 Pixeln und mit einer Rate von 60 Hz in die Augen der Nutzer, wird jedoch für Videoaufnahmen reduziert. Das Sichtfeld stellt einer der Größten technischen Herausforderungen bei der Herstellung von AR- und MR-Datenbrillen dar und ist in der ersten Generation mit 30°x17,5° noch verhältnismäßig klein ausgefallen. Als Neuerung kommt neben der CPU und GPU von Intel noch eine eigens für die HoloLens entwickelte HPU (Holographic Processing Unit) zum Einsatz. Wie ihr Name schon verrät, ist die HPU allein für die Darstellung der Hologramme verantwortlich und entlastet damit die anderen Komponenten.

Bei der Entwicklung der HoloLens war die Arbeitstauglichkeit und der Komfort Microsoft immer ein großes Anliegen. Deswegen wurde sie so entworfen, dass sie problemlos von Brillenträgern genutzt werden kann. Bei der Arbeit mit energielastigen Anwendungen hält die HoloLens etwa 2-3 Stunden Dauerbetrieb durch, bevor sie erneut geladen werden muss. Auch wenn das Tragegefühl eingangs recht angenehm ist, macht der weit vorne liegende Schwerpunkt längere Sessions problematisch.

Quelle: Microsoft

Im Februar 2019 wurde die zweite Generation der Microsoft HoloLens vorgestellt und seit Dezember desselben Jahres ausgeliefert. Die HoloLens 2 ist eine umfassende Fortentwicklung des Vorgängermodells mit unzähligen Verbesserungen durch die sich Microsoft weiter in großen Schritten im Bereich Mixed Reality Smartglasses bewegt. Anders als noch bei der ersten Generation der HoloLens, ist die Interaktion mit der Umgebung nun nicht nur auf vorprogrammierte Gesten beschränkt. Dank des Tiefensensors kann die HoloLens 2 beide Hände flexibel bis in die Fingerbewegungen hinein tracken und ermöglicht dadurch eine noch intuitivere Bedienung. Neu hinzugekommen sind zudem Infrarot-Kameras, die die Bewegung der Augen verfolgen und ein AI-Chip, der die nötige Rechenleistung für Machine Learning Anwendungen liefert. Die aus der ersten Generation bekannte HPU wurde zur HPU 2.0 weiterentwickelt und entlastet wieder die restlichen Rechneneinheiten, indem sie die Darstellung der Hologramme übernimmt. Auch das Display wurde überarbeitet und bietet nun eine Auflösung von 2048×1080 Pixeln pro Auge.

Unverändert geblieben ist die holografische Dichte der Darstellungen und das Gewicht mit nicht ganz 600 Gramm. Durch die bessere Verteilung des Gewichts auf dem Kopf fühlt sich die HoloLens 2 jedoch deutlich angenehmer an als ihr Vorgänger. Verbessert wird der Komfort auch dadurch, dass das Visier der Brille nun flexibel hochgeklappt werden kann. Das Sichtfeld wurde auf 43°x29° ausgeweitet und damit in der Fläche verdoppelt. So hat Microsoft mit der HoloLens 2 auch in einem der problematischsten Aspekte der MR-Technologie große Fortschritte erzielt.

Quelle: Microsoft

Magic Leap One

Eine ebenfalls sehr leistungsstarke Datenbrille an der Spitze der Entwicklung ist die Magic Leap One des Unternehmens Magic Leap. Bekannt wurde der Hersteller als Startup, das satte 2,3 Milliarden US Dollar an Investorengeldern einsammeln konnte. Die Entwicklerversion der Magic Leap One wurde im August 2018 vorgestellt, also drei Jahre nach der HoloLens. Im Vergleich zum Konkurrenten von Microsoft besitzt die MR-Datenbrille von Magic Leap ein Kabel, das von dem Gerät herabhängt. Es führt jedoch nicht zum eigenen übergroßen Rechner, wie bei vielen VR-Headsets, sondern zu einem mitgelieferten Minicomputer, der sich leicht am Gürtel festschnallen lässt. Darin befindet sich ein kleiner Akku mit einer CPU und einer GPU.

Die Bedienung kann entweder gestengesteuert oder über einen 6-Achsen-Controller verfolgen. Im Unterschied zur neuen HoloLens unterscheidet die Gestensteuerung der Magic Leap nur 8 diskrete Handzeichen. Das Repertoire kann von Entwicklern jedoch um weitere Gesten erweitert werden. Auch in der Auflösung schafft es die Magic Leap One mit 1280×960 Pixeln pro Auge nicht ganz zur HoloLens 2 aufzuschließen, wobei die Größe des Sichtfeldes bei beiden fast identisch ist.

Ein deutliches Manko für die Magic Leap One ist die Untauglichkeit für Brillenträger. Für eine entsprechende Anpassung müsste sich ein Nutzer spezielle Gläser in die Datenbrille einsetzen lassen, was in jedem Fall mit hohen Kosten verbunden sein dürfte. Zudem wird die Flexibilität im Nutzerwechsel sehr stark einschränkt.

Quelle: Magic Leap

Vuzix Blade

Die Vuzix Blade wurde 2018 vom New Yorker Startup Vuzix veröffentlicht und stellt einen direkten Konkurrenten für die bekanntere Google Glass dar.  Wie auch das Konkurrenzprodukt von Google, ist die Vuzix Blade eine Datenbrille für reine Augmented Reality, was bedeutet, dass sie keinen Raumbezug herstellen kann. Schon das Design verrät, dass die Ansprüche einer AR-Datenbrille andere sind, als die der sensorenbepackten Mixed Reality Smartglasses von Microsoft und Magic Leap. Sie ist deutlich schlanker gehalten, besitzt keine Kamerasensoren und ihre Kernkompetenz ist das Anzeigen von Informationen auf dem rechten Glas der Brille, ganz im Stil eines Head-up-Displays. So kann der Nutzer beiläufig auf Inhalte wie Handy-Benachrichtigungen, Apps, Streaming-Dienste oder Sprachassistenten zugreifen. Im Vergleich zur Google Glass erfreut sich die Vuzix Blade eines Farbdisplays, einer höheren Auflösung und einer frontal ausgerichteten Kamera. Für Brillenträger ist das Design leider noch nicht optimiert.

Quelle: Vuzix

Glass 2

Nach dem Erfolg der Google Glass in Unternehmens- und Industriekreisen kommt nun mit der Glass 2 der erwartete Nachfolger auf den Markt. Im Gegensatz zum Vorgänger hat Google mit der neuen Generation der Datenbrille nun keine privaten Konsumenten mehr im Blick, sondern konzentriert sich vollständig auf Unternehmen als Kunden. Die Glass 2 bietet im Vergleich zum Vorgängermodell eine höhere Auflösung, einen effizienteren Akku und mehr Rechenleistung. Als technologische Erweiterung sorgt ein Snapdragon Chip von Qualcomm und ein Satz von Sensoren dafür, dass die Bewegung des Kopfes getrackt werden kann. Wie auch bei der Vuzix Blade ist die Darstellung der Inhalte auf das rechte Auge beschränkt.

Googles zweite Datenbrille wird durch starke Hardware-Verbesserungen, den Einsatz von Android Oreo und der Unterstützung von Android Enterprise Mobile Device Management breite Einsatzzwecke haben und Entwicklern eine Menge Möglichkeiten bieten können.

Quelle: Google

RealWear HMT-1

Die HMT-1 von RealWear ist eine besondere Datenbrille, die sich optisch und auch in ihrer Funktionalität deutlich von anderen Augmented Reality Smartglasses abhebt. HMT steht dabei für Head Mounted Tablet – ein kopfgetragenes Tablet. Die RealWear HMT-1 wird sprachgesteuert und besitzt ein kleines hochauflösendes und intransparentes Display, das der Nutzer durch einen beweglichen Arm in seinem Gesichtfeld platzieren kann. Was auf den ersten Blick etwas klobig aussieht, erweist sich jedoch im Kontext des Aufgabenbereichs der HMT-1 als klarer Vorteil. Speziell ausgelegt für industrielle Umgebungen, erfüllt die Datenbrille von RealWear alle gängigen Industriesnormen und ist problemlos mit wichtigem Equipment wie Helmen und Sicherheitsbrillen kombinierbar. Die Sprachsteuerung funktioniert bis zu einem Pegel von 95-100 dB und ihre Robustheit lässt sogar eine Nutzung im Militärkontext zu. Die Kamera ist neben einer integrierten Lampe verbaut und erlaubt es entweder Aufnahmen zu erstellen oder Remote-Support per Livestream durchzuführen. Obwohl die HMT-1 denselben Zweck erfüllt wie jede andere Datenbrille, lässt sich darüber streiten, ob sie mit dem intransparenten Display tatsächlich zu den AR-Datenbrillen gezählt werden kann.

Quelle: RealWear

Mittlerweile werden in immer regelmäßigeren Abständen Smartglasses unterschiedlicher Hersteller veröffentlicht. Kein Wunder, wenn man bedenkt, dass Datenbrillen nach Smartphones womöglich die nächste große Plattform für die Interaktion mit der digitalen Welt sind.

Die Techgiganten Microsoft und Google sind Pioniere auf dem Gebiet der Augmented Reality und der Mixed Reality Datenbrillen. Weitere Giganten wie Apple, Huawei und Facebook möchten sich diesem Trend nicht entziehen und arbeiten bereits an ihren eigenen Smartglasses. Zu erwarten ist, dass diese sich stärker auf den Markt für Privatpersonen konzentrieren werden. Spätestens dann werden wir wohl auch als Otto Normalverbraucher und abseits unserer Smartphones immer häufiger in Kontakt mit der Technologie für Augmented und Mixed Reality treten.

VR

Valve Index

Die Valve Index hatte sehr schnell viele Fans unter den VR-Nutzern und erreichte hohe Verkaufszahlen. Das nicht ganz zu unrecht, denn bei Release hob die Index den Standard für VR-Headsets nochmal ein ganzes Stück an. Das LCD-Display bietet eine Auflösung von 1440 x 1600 pro Auge und ein Sichtfeld von satten 130 Grad. Die Pixel sind in einer RGB-Matrix angeordnet, wodurch die absolute Anzahl der Subpixel deutlich größer ist, als bei der verbreiteten RGBG-PenTile-Matrix-Anordnung. Dadurch bietet die Index ein besonders scharfes und kontrastreiches Bild. Die hohe Bildwiederholungsrate von bis zu 144 Hz stellt zudem bis jetzt ein absolutes Alleinstellungsmerkmal der Valve Index dar. Für das Tracking setzt Valve auf das Lighthouse-Tracking mit Basisstationen und um die Hardware auch voll ausnutzen zu können, wird die Index per Kabel mit einem leistungsstarken Rechner verbunden. Die Steuerung funktioniert, wie bei den meisten anderen VR-Headsets, über zwei Controller.

Quelle: Valve

HTC Vive Pro

Das HTC Vive Pro war bei Release einer der teuren Spitzenreiter aller VR-Headsets. Mit einer Auflösung von 1440 x 1600 Pixeln pro Auge, einem Sichtfeld von 110 Grad und 90 Hz Bildwiederholungsrate, hat HTC ein wahres High-End-Gerät ins Rennen geschickt, das auch heute noch zu den stärkeren HMDs zählt. Beim Trackingsystem hat sich der Hersteller ebenfalls für ein Lighthouse-Tracking entschieden, um dem Benutzer in Verbindung mit den Controllern ein präzises VR-Erlebnis zu ermöglichen. Wie die Valve Index, muss auch die HTC Vive Pro an einen externen Rechner angeschlossen werden, von dem aus alle Anwendungen laufen.

Quelle: HTC

Oculus Quest

Die Oculus Quest ist ein Standalone VR System, ebenfalls aus dem Hause Facebook Technologies. Standalone bedeutet, dass die Quest ohne den Anschluss an einen externen, starken Rechner auskommt. Die ganze Hardware zur Nutzung der Anwendungen steckt bereits im VR-Headset, wobei Abstriche in der Leistung hingenommen werden müssen. Zusätzlich beherrscht die Oculus Quest seit einem neuen Update das freie Handtracking, bei dem die Hände ohne Einsatz von Controllern in die virtuelle Welt getrackt und hineingespiegelt werden können.

Quelle: Facebook Technologies

HP Reverb

Die HP Reverb wurde mit Hilfe von Microsoft entwickelt und wird wie viele andere VR-Headsets auch per Kabel an einen Rechner angeschlossen. Die Stärke der Reverb liegt in ihrer hohen Auflösung von 2160 x 2160 Pixeln pro Auge, einer Bildwiederholungsrate von soliden 90 Hz und vergleichsweise hohem Tragekomfort. Das Tracking wird Inside-Out geregelt und die Steuerung gelingt wie gewohnt über zwei Controller. Leider besitzt die HP Reverb als einzige der hier aufgeführten VR-Headsets keinen IPD-Regler mit dem das Gerät dem persönlichen Augenabstand flexibel angepasst werden kann.

Quelle: HP

Varjo VR-2 Pro

Die VR-2 Pro des finnischen Unternehmens Varjo steigt als High-End VR-System in den Markt ein und läuft in Sachen Auflösung jedem anderen VR-System den Rang ab. Eine Kombination aus zwei 1920 x 1080 Micro-OLED- und zwei 1440 x 1600 AMOLED-Displays bietet dem Nutzer laut Varjo eine Auflösung, die an die des menschlichen Auges herankommen soll. Darüber hinaus verfügt die VR-2 Pro über ein fortschrittliches Eye- und Handtracking, während das Positionstracking über ein Lighthouse-System geregelt wird.

Quelle: Varjo

Die Auswahl an HMDs ist bereits groß und wird in den kommenden Jahren auch weiter zunehmen. Wir haben hier nur einen kleinen Bruchteil bereits erhältlicher und besonders charakteristischer Modelle aufgelistet. Bei dem Tempo der aktuellen Entwicklung werden schnell viele weitere Modelle folgen, die Entwicklern und Anwendern völlig neue Möglichkeiten eröffnen. Wir sind gespannt welche Technologien sich in den kommenden Monaten und Jahren durchsetzen und mit welchen Innovationen die Hersteller uns überraschen werden.