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auf dem Kopf getragenes visuelles Ausgabegerät Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Ein Head-Mounted Display [] (wörtlich „am Kopf befestigte Anzeige“), kurz HMD, ist ein auf dem Kopf zu tragendes visuelles Ausgabegerät. Es präsentiert Bilder entweder auf einem augennahen Bildschirm oder projiziert sie direkt auf die Netzhaut (siehe virtuelle Netzhautanzeige). Es gibt verschiedene Formen von HMD-Geräten, die je nach Ausstattung andere Namen haben (siehe Formen).
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Es gibt verschiedene Arten von Head-Mounted Displays, die je nach Verwendungszweck ausgestattet sind.
Die einfachste Form eines Head-Mounted Displays ist eine Videobrille, bei der es sich um eine Brille ohne weitere Sensoren handelt. Diese Brille besteht aus einem Kopfbügel, zwei Kleinstbildschirmen, einem Kopfhörer oder Ohrstöpseln und meist zusätzlichen Sichtblenden, die es ermöglichen, Videoinformation ungestört von externen optischen Reizen zu betrachten. Videobrillen werden im privaten Bereich zum Betrachten von DVDs oder Fernsehprogrammen verwendet, ebenso für Computerspiele. Im medizinischen Bereich können die Systeme zur Angst- oder Schmerzablenkung, zum Beispiel beim Zahnarzt oder anderen ambulanten Therapien, verwendet werden.
Eine Sonderform der Videobrille ist die FPV-Brille. Ausgestattet wie eine normale Videobrille befindet sich zusätzlich ein Modulschacht an der Seite der Brille. Hier wird ein 5,8-GHz-Modul zum Empfang des Videobilds eines Quadrocopters eingesetzt. Mit der FPV-Brille ist es möglich, das Live-Videobild des Quadrocopters zu empfangen. Rund um die FPV-Brille sind ganze Rennserien entstanden – das sogenannte FPV Racing.[1]
Ein Virtual-Reality-Headset hat zusätzlich noch Sensoren zur Bewegungserfassung des Kopfes. Damit kann die Anzeige der berechneten Grafik an die Bewegungen des Nutzers angepasst werden. Als weitere Eingabegeräte können Datenhandschuhe oder eine 3D-Maus zum Einsatz kommen. Einige Systeme verwenden auch berührungslose Steuerung mittels Gestenerkennung, die mit Techniken des maschinellen Sehens arbeiten können.
Die Augmented-Reality-Brille (auch Datenbrille genannt) projiziert virtuell Informationen vor die Augen des Brillenträgers, während er weiterhin visuell nicht von der Außenwelt abgeschirmt ist. Von Brille zu Brille unterschiedlich, können Internetseiten angezeigt (Display bei Google Glass), aber auch „Hologramme“, also 3D-Grafiken in das Sichtfeld projiziert werden (zum Beispiel mit der Microsoft HoloLens). Ferner werden auch EyeTaps, Head-up-Displays und Kontaktlinsen eingesetzt. Eine besondere Variante stellen Systeme dar, die dazu verwendet werden, künstliche Hologramme zu erzeugen, wie die Microsoft HoloLens.
Eine Sonderform des HMDs ist das Helmet-Mounted Display. Hier ist das HMD Teil eines Helms, beispielsweise eines Helms für Piloten.
Durch die körperliche Nähe wirken die Bildflächen von Head-Mounted Displays erheblich größer als die frei stehender Bildschirme und decken im Extremfall sogar das gesamte Sichtfeld des Benutzers ab. Da das Display durch die Kopfhalterung allen Kopfbewegungen des Trägers folgt, bekommt er das Gefühl, sich direkt in der vom Computer erzeugten Bildlandschaft zu bewegen. Einige Head-Mounted Displays schotten ihren Träger von anderen visuellen Eindrücken der Umgebung ab und lassen ihn dadurch vollständig in eine virtuelle Realität eintauchen. Andere überblenden äußere und computererzeugte Bilder und lassen ihren Träger dadurch künstliche Objekte der erweiterten Realität als Teil der greifbaren Welt wahrnehmen.
Head-Mounted Displays können prinzipiell als komfortabler Bildschirmersatz dienen und ermöglichen beispielsweise das Ansehen und Bearbeiten von Videomaterial bei extrem großen Bildausmaßen. Indem sie den Benutzer in die virtuelle Realität eintauchen lassen, können sie angehende Piloten und Panzerfahrer die komplexe Fahrzeugbedienung und Mediziner riskante Operationstechniken am Computer einüben lassen und bieten Spielern von 3D-Computerspielen die bislang größtmögliche Form an Realismus. Die halbdurchsichtige erweiterte Realität bietet die Möglichkeit, alle Arten von Informationen direkt in die Umgebung einzublenden, angefangen bei touristischen Informationen zu Sehenswürdigkeiten über Richtungsanweisungen im Straßenverkehr bis hin zum nächsten Arbeitsschritt bei der Heizungsmontage; kombiniert mit anderen Systemen kann der Sehsinn um Wärmewahrnehmung oder den „Röntgenblick“ erweitert werden.
Die Hauptkomponenten eines HMDs sind eine Displayeinheit und eine HMD-Optik. Die Displayeinheit liefert das Bild aus einer angeschlossenen Datenquelle. Dies kann ein Laptop, ein Pocket-Computer oder auch ein stand alone player sein. Die HMD-Optik leitet das Bild weiter und projiziert es vor das Auge. Allerdings muss die Anzeige bei Fehlsichtigen (Kurz- oder Weitsichtigen) dem Auge angepasst werden.
Datenbrillen der ersten Generation waren mit je einer vor jedem Auge befestigten Kathodenstrahlröhre ausgestattet.
Heutige HMDs sind meist mit zwei LCD- oder OLED-Monitoren ausgestattet. Diese sind in eine Brille oder einen Datenhelm integriert.
HMDs können auch über ein Virtual Retinal Display (VRD) verfügen. Diese Technik projiziert ein Bild direkt auf die Netzhaut. Somit entsteht ein Bild, als ob die Daten vor dem Auge schweben würden. Zusammen mit einer transparenten bzw. transluzenten Brille kann das Auge die Umgebung sowie die Darstellungen der Brille gleichzeitig erfassen. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Bild skaliert werden kann und so das gesamte Blickfeld ausgenutzt wird. Moderne HMDs sind mit einer Bildauflösung von 1280 × 1024 Pixel erhältlich.
Ausgestattet mit einem Head Tracker (deutsch ‚Kopf-Verfolger‘) kann das Bild an die momentane Blickrichtung angepasst werden. Anhand von Referenzpunkten an dem HMD kann der Head Tracker die Kopfbewegung erfassen. Mit den gesammelten Positionsdaten des Kopfes kann das projizierte Bild in Echtzeit verändert werden. Somit entsteht auch bei Bewegung das Gefühl, Teil der Anwendung zu sein. Verzögerte und unscharfe Darstellung kann zu unangenehmen Nebenerscheinungen wie der Simulator Sickness (Simulatorübelkeit) und einer Herabsetzung der Präsenz oder des Grades der Immersion führen.
Wichtigste technische Kenngröße ist neben Stereoskopie-Fähigkeit, Gewicht, Auflösung der Bildschirme vor allem das Sichtfeld (engl.: Field of View, kurz FOV), das bei gut dokumentierten Geräten als horizontales und vertikales FOV angegeben wird.
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