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Entwickler Wie das Lighthouse-Tracking funktioniert
08.03.2015 | 14:30 Uhr | von Trineas
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10.007 Hits
31 Kommentare
1 viewing
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Valve hat in den vergangenen Tagen zahlreiche Produkte und Initiativen auf der GDC vorgestellt, doch ausgerechnet etwas, von dem wir bis vor ein paar Tagen noch nicht einmal wussten, dass es existiert, hat allen anderen die Show gestohlen. Die Rede ist von SteamVR und dem damit verbundenen Lighthouse-Tracking-System. Während das von HTC in Zusammenarbeit mit Valve entwickelte VR-Headset ein solides Gerät ist und auf einer Stufe mit dem steht, was Oculus gezeigt hat, ist es die exakte und vielfältig einsetzbare Positionserkennung, die für Furore sorgte. Doch wie funktioniert die eigentlich?
Tracking ist bei VR extrem wichtig, nur wenn die Kopfbewegungen exakt in die virtuelle Realität übertragen werden, kann das Gefühl von Presence entstehen. Also der Zeitpunkt wo es sich einfach "echt" anfühlt. Sowohl Oculus als auch Sony setzen dabei auf so genanntes Outside-In-Tracking mittels Kamera. Diese verfolgt Bezugspunkte auf dem Headset oder den Controllern und errechent daraus die Position. Das funktioniert grundsätzlich recht gut, ist aber mit Nachteilen verbunden. Etwa durch Occlusion, wenn die Bezugspunkte verdeckt sind. Beispielsweise wenn man sich umdreht und die Kamera nicht mehr "sehen" kann, wo genau sich die Controller befinden. Außerdem ist der Einsatzraum beschränkt: Je weiter man sich von der Kamera entfernt, desto niedriger wird die Auflösung und desto unzuverlässiger das Tracking.
Das von Valve entwickelte Lighthouse-Tracking macht es genau umgekehrt, es handelt sich dabei um ein so genanntes Inside-Out-Tracking. Der Name ist durchaus logisch gewählt: Ein Leuchtturm weiß nicht, wo sich ein Schiff befindet. Das Schiff aber kennt seine Position, wenn es einen Leuchtturm sieht. Diese Leuchttürme heißen bei Valves Tracking-System Base-Stations und machen genau dasselbe. Sie senden ein Signal aus, mit dem dann der Empfänger, etwa das Headset oder ein Controller, etwas anfangen kann. Das Signal ist aber kein Leuchtfeuer, sondern sind Laserstrahlen.
Keine Sorge, es handelt sich dabei um einen sehr leistungsschwachen Laser der Klasse 1, der keinerlei Schäden für die Augen verursachen kann, falls sich auch Leute im Raum befinden, die kein Headset tragen. Die Basisstationen selbst sind "dumm", so wie bei unserer Analogie die Leuchttürme. Sie benötigen deshalb nur einen Stromanschluss und müssen nicht mit dem PC selbst verbunden werden. Auf dem Headset und dem Controller befinden sich so genannte Photosensoren, die in der Lage sind, die Laserstrahlen, die von den Basisstationen quer durch den Raum geschossen werden, zu erkennen.
Diese Photosensoren sind mit dem PC verbunden und dieser errechnet daraus die exakte Position im Raum, mit einer Genauigkeit von weniger als einem Millimeter und mit der Fähigkeit Bewegungen von einem Zehntel Grad zu erkennen. Durch die erhöhte Reichweite können mit zwei Basisstationen Räume mit rund 20 Quadratmeter getrackt werden. Auch das Problem von Occlusion wird dadurch reduziert, da immer zwei dieser Leuchttürme im Einsatz sind. Ein weiterer Vorteil: So wie sich auch viele Schiffe an einem einzigen Leuchtturm orientieren können, können auch viel mehr Objekte oder Personen getrackt werden, ohne dass zusätzliche Basisstationen notwendig sind. So wie in der Grafik können etwa mehrere Personen Headsets im selben Raum nutzen und ihre Positionen werden exakt in die virtuelle Welt übertragen.
Das System ist durch seine Präzission und Einfachheit nicht nur für VR interessant, so könnten beispielsweise Indie-Entwickler damit ein kostengünstiges Motion Capture-Studio bauen, das sonst hunderttausende Euro kosten würde. Valve betrachtet es allerdings nicht als proprietäres System, mit dem an sich einen Vorteil gegenüber der Konkurrenz verschafft, im Gegenteil. Das Studio hat angekündigt das Lighthouse-Tracking mit anderen Firmen teilen zu wollen. Gabe Newell verglich es sogar mit der USB-Schnittstelle, die heutzutage fast überall zum Einsatz kommt.
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Hoffe es ist halbwegs verständlich erklärt, falls es noch Fragen gibt, bitte einfach posten.
Etwas was mir übrigens auf anderen Seiten und Foren aufgefallen ist: Viele glauben, dass diese 20m² freie Fläche eine Art Voraussetzung für das System sind. Das ist natürlich nicht der Fall, es ist eine zusätzliche Option, aber das Tracking funktioniert genauso gut auch auf einer kleineren Fläche oder einfach nur im Sitzen.
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 08.03.2015, 14:38 Uhr |
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Sehr gut beschrieben, Trine, danke!
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| 08.03.2015, 15:21 Uhr |
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Für mich verständlich. Danke dafür.
Bin gespannt ob Oculus VR diese Technik übernimmt oder mittlerweile zu stolz geworden sind und eine eigene Lösung ausarbeiten möchten.
Ich finde generell dass es um Oculus Rift sehr still geworden ist. Entweder sie entwickeln etwas tolles das erst 2016 auf den Markt kommen kann, oder sie übernehmen wieder Valves Technik und realisieren so einen ähnlichen Releasetermin wie Valve mit Vive.
So wie ich das sehe hat Oculus VR jeglichen Vorteil verspielt und sich viel zu viel Zeit gelassen.
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| 08.03.2015, 15:21 Uhr |
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Einleuchtend erläutert, besten Dank!
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| 08.03.2015, 15:38 Uhr |
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Zitat:
Original von Allusion
Sehr gut beschrieben, Trine, danke!
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Trine ist ein Videospiel. 
Zitat:
Original von Voodoo1988
Für mich verständlich. Danke dafür.
Bin gespannt ob Oculus VR diese Technik übernimmt oder mittlerweile zu stolz geworden sind und eine eigene Lösung ausarbeiten möchten.
Ich finde generell dass es um Oculus Rift sehr still geworden ist. Entweder sie entwickeln etwas tolles das erst 2016 auf den Markt kommen kann, oder sie übernehmen wieder Valves Technik und realisieren so einen ähnlichen Releasetermin wie Valve mit Vive.
So wie ich das sehe hat Oculus VR jeglichen Vorteil verspielt und sich viel zu viel Zeit gelassen.
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Oculus Rift ist für mich persönlich sehr uninteressant geworden. Nicht wegen Valves SteamVR oder dem Facebook-Deal selbst, nein.
Es sind eher die Aussagen, die nach dem Facebook-Deal getätigt wurden. Dinge wie, Games sind nicht mehr die (Haupt)-Zielgruppe und es bestehe potential für VR bei Filmen.
Zwar las ich das auf Gamestar und habe die Quellen nicht verfolgt, aber wenn ein Funken wahrheit drin steckt, dann sieht man dass der Facebook-Deal nicht nur positive Aspekte (wie Geld) gebracht hat. Sorry, aber Oculus Rift war für Videospiele gedacht und nun entfernt man sich von den Grundprinzipien davon?
Ich bin gespannt wie SteamVR wird!
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| 08.03.2015, 16:05 Uhr |
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So gerne ich dir zustimmen würde aber hier muss ich Oculus VR in Schutz nehmen. Es wurde früh genug mitgeteilt dass die VR Technik nicht nur für Spiele gedacht sei.
Oculus VR stand aber im schlechten Licht wegen Facebook und deswegen fühlt es sich so "falsch" an. Sie hätten anders kommunizieren müssen aber sie taten es nicht. Im Gegenteil. Aktuell hört man gar nix mehr von ihnen und ich kann mir sehr gut dran erinnern dass selbst der Release 2015 nicht mehr angepeilt wurde - aus welchen Gründen auch immer.
Meine persönliche Einschätzung:
Oculus VR / Facebook dachten sie waren der Platzhirsch und Valve hatte offiziell mitgeteilt nicht an einer VR Hardware interessiert zu sein.
Jetzt sieht man aber dass viele Unternehmen immer mehr auf diesen VR Trend mitaufspringen und die Gefahr dass ein unfertiges Produkt viel Schaden anrichten könnte ist zu groß.
Oculus VR braucht einfach viel zu lange und Facebook als Hauptinvestor sollte man nur wenig Vertrauen schenken. Könnte eben auch gut möglich sein dass Oculus VR es zurückhält weil Facebook gleichzeitig eine Software pushen möchte... wer weiß.
VR ist aber nicht nur für Gaming gedacht, aber man sollte dennoch erstmal den Hardcoremarkt bedienen und sich auf das wichtigste konzentrieren. Oculus VR wirkt auf mich eher so als wollten sie zu ihrem Debut schon jeden zufriedenstellen und das ist zum scheitern verurteilt.
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| 08.03.2015, 16:21 Uhr |
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Zitat:
Original von Trineas
Hoffe es ist halbwegs verständlich erklärt, falls es noch Fragen gibt, bitte einfach posten.
Etwas was mir übrigens auf anderen Seiten und Foren aufgefallen ist: Viele glauben, dass diese 20m² freie Fläche eine Art Voraussetzung für das System sind. Das ist natürlich nicht der Fall, es ist eine zusätzliche Option, aber das Tracking funktioniert genauso gut auch auf einer kleineren Fläche oder einfach nur im Sitzen.
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Ich frage mich ja folgendes. Mal angenommen ich habe nun keinen (!) 20qm großen Raum der komplett leersteht (wird sicher bei den meisten so sein). Dann könnte ich ja quasi für die Lighthouse Geschichte nicht einfach den Fernsehtisch an die Seite schieben, da ich dann trotzdem davor rennen würde. Ich müsste also dem System definitiv einen leeren Raum bieten und einmalig einstellen wo die Wände sind. Das ist natürlich für die meisten dann etwas, dass zwar nice to have - aber einfach zu aufwendig ist. Ich habe zwar einen Hobby Keller - der ist aber doch einigermaßen zugestellt und nicht "mal eben" leer geräumt.
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| 08.03.2015, 17:49 Uhr |
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Wenn ich das richtige verstehe, gäbe es ja dann zwei Verwendungsweisen: Eine, bei der man sich durch die Spielwelt bewegt, indem man wirklich umherläuft, wie auf dem Bild, und eine, bei der man nach wie vor per Tastatur navigiert umd das Headset nur nutzt, um die Kopfbewegung ins Spiel zu übertragen. Weil wenn ich auf dem Stuhl sitze und durch einen "Levelschlauch" laufe, dann funktioniert das ja nur mit der zweiten Methode, außer ich hätte einen sehr großen freien Raum.
Und ein noch grundsätzlichere Frage: Gibt es eigentlich schon Erfahrungsberichte, wie es sich anfühlt, einen Shooter mit VR zu spielen? Bisher gab es ja bei allen Shootern eine Konstante: Das Sichtfeld bewegt das Fadenkreuz automatisch mit, dh das Fadenkreuz ist immer zentriert. Wenn ich nun aber ein VR Headset habe und gleichzeitig einen Controller in der Hand, dann ist die Richtung, in die meine virtuelle Waffe zeigt, ja von der Vlickrichtung entkoppelt, eben wie im wirklichen Leben. (Dh ich könnte zur Decke sehen, aber auf den Boden schießen - geht ja in keinem Shooter.)
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| 08.03.2015, 18:03 Uhr |
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@Lamarr
https://www.youtube.com/watch?v=-RehCTRrWM0
Die Sicht und wohin die Waffe schießt ist vollständig voneinander abgelöst. Im späteren Teil des Videos sieht man dann auch Möglichkeiten, um über Kimme und Korn zu zielen oder etwa nach hinten zu schießen.
Das ganze wurde mit der Razer Hydra durchgeführt. Denke das geht auch mit den Vive Controllern. Wobei imo vom Design die Hydra für Shooter besser geeignet aussehen, auf Grund der Haltung in der Hand.
Was ich mich bei der ganzen Sache nur frage ist, wie man die Lightroom-Technik nun sinnvoll ins Spiel integriert. Nehmen wir jetzt einfach mal als Beispiel einen Half-Life Ableger, weil es ein sehr lineares Gameplay besitzt. Wie verbindet man nun das agieren in einem 20 m^2 Raum mit dem Laufen über weite Strecken? So wie ich gehört habe ist der virtuelle Raum die einzige Lösung, um Motion Sickness zu vermeiden, weil man die Strecke wirklich läuft. Bewegt man sich jedoch mit dem Controller vorwärts, dann kommt der Kopf unter Umständen damit nicht klar, warum man sich fortbewegt, wenn der Körper sich nicht rührt.
Beides miteinander zu verbinden wäre auch seltsam. Ab wann kann ich mich im Raum bewegen und ab wann muss ich per Controller laufen? Für mich bedeutet das, dass wir in Zukunft nur zwei Arten von Spielen haben werden:
1) Spiele, die die Lightroom Technik voll ausnutzen und man sich im virtuellen Raum bewegen kann. Das Geschehen findet aber nur in einem Raum statt und/oder ist levelartig aufgebaut. So etwas wie Counter-Strike, Half-Life oder Portal würde nicht funktionieren.
2) Spiele, die man nur im Sitzen spielen kann. Die Steuerung findet rein über die Controller und die Kopfbewegung statt. Gefahr von Motion Sickness.
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| 08.03.2015, 18:49 Uhr |
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Sehe ich auch so. 1) Ist zwar schon reizvoll von der Idee her, aber ich kann mir nicht richtig vorstellen, wie das im "Spielealltag" praktikabel sein soll... Wenn da kein Weg gefunden wird, klassisches Gameplay irgendwie mit VR zu verknüpfen, wird es wahrscheinlich ein Randphänomen bleiben.
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| 08.03.2015, 19:31 Uhr |
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Zitat:
Original von l-vizz
Ich frage mich ja folgendes. Mal angenommen ich habe nun keinen (!) 20qm großen Raum der komplett leersteht (wird sicher bei den meisten so sein). Dann könnte ich ja quasi für die Lighthouse Geschichte nicht einfach den Fernsehtisch an die Seite schieben, da ich dann trotzdem davor rennen würde. Ich müsste also dem System definitiv einen leeren Raum bieten und einmalig einstellen wo die Wände sind. Das ist natürlich für die meisten dann etwas, dass zwar nice to have - aber einfach zu aufwendig ist. Ich habe zwar einen Hobby Keller - der ist aber doch einigermaßen zugestellt und nicht "mal eben" leer geräumt.
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Verstehe das Szenario nicht ganz. Die 20m² sind ja das Maximum, nicht eine Voraussetzung. Nehmen wir an du hast 8m² freie Fläche wenn alles so bleibt wie es ist und wenn du den Fernsehtisch zur Seite schiebst, dann hast du sagen wir 12m² freie Fläche. Dann definierst du einfach die Fläche die frei ist als deine sichere Szone und das System wird dich davor warnen, wenn du sie verlässt, indem virtuelle Wände eingeblendet werden, sobald du den realen Wänden oder Objekten, die du nur zur Seite geschoben hast, wie etwa den Tisch, zu nahe kommst.
@Lamarr
Man wird einfach neue Genres finden. Ich finde man kann das gut mit Mobile Games vergleichen. Dort gibt es auch diverse Ports von PC- und Konsolenspielen, etwa GTA 3 gibt es für Mobile zu kaufen. Und es funktioniert, man kann es spielen, man hat virtuelle Joysticks und irgendwie geht das schon. Aber die wirklichen populären Mobile-Games sind nicht diese Ports, sondern Spiele die genau für diese Art von Gerät und Bedienung geschaffen wurden. Candy Crush, Angry Birds, usw.
Und genauso wird es auch für VR völlig neue Spiele und Genres geben, an die man jetzt noch überhaupt nicht denkt und das werden dann die Spiele sein, die wirklich populär und erfolgreich werden. Nicht die traditionellen Ego-Shooter wie man sie heute kennt. (Einzige Ausnahme sind da wohl Rennspiele und Flugsimulatoren und ähnliches - also Spiele wo man in einem Cockpit sitzt - die funktionieren praktisch 1:1 auch in VR)
Ich denke die Valve-Demo zeigt schon ganz gut wohin die Reise geht. Man nutzt eine bestehende IP (Portal) und bestehende Locations und Charaktere (Aperture Science, Atlas, GLaDOS), baut aber daraus ein ganz anderes Spiel mit einem ganz anderen Gameplay wie man es aus dem originalen Portal kennt.
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| 08.03.2015, 19:33 Uhr |
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An Portal habe ich auch schon gesagt; Portal ist ja schon von der Story her sehr gut mit "Experimenten" und kleinen Spielumgebungen vereinbar, da würde das perfekt passen.
Viele glauben ja an einen "HL3-mit-VR-Durchbruch", aber das wird es ja dann kaum geben.. Womit sich die Frage stellt, ob es dann überhaupt ein HL3 gibt, wenn sie keine Innovationsmöglichkeit sehen.
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| 08.03.2015, 19:53 Uhr |
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Wer einen Vorgeschmack haben will, das ist ein selbstgebauter Prototyp mit laut Video relativ hohen Kosten:
https://www.youtube.com/watch?v=5W1wyhLcpso
@ Trineas, lassen sich auch mehr als 2 Lighthouse Geräte mit dem System verbinden? Ähnlich wie in dem Video? vielleicht würde damit eine größere fläche möglich. Dann stört aber wahrscheinlich die Kabelanbindung.
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| 08.03.2015, 19:59 Uhr |
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Zitat:
Original von Daves
@ Trineas, lassen sich auch mehr als 2 Lighthouse Geräte mit dem System verbinden? Ähnlich wie in dem Video?
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Ja, man braucht zwei Geräte pro 20m².
Und das Video zeigt ja auch herrlich wie schnell der Fortschritt heutzutage ist. Ein Jahr warten und er hätte zu einem Bruchteil der Kosten ein viel besseres System erhalten.
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| 08.03.2015, 20:03 Uhr |
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Zitat:
Original von Daves
Wer einen Vorgeschmack haben will, das ist ein selbstgebauter Prototyp mit laut Video relativ hohen Kosten:
https://www.youtube.com/watch?v=5W1wyhLcpso
@ Trineas, lassen sich auch mehr als 2 Lighthouse Geräte mit dem System verbinden? Ähnlich wie in dem Video? vielleicht würde damit eine größere fläche möglich. Dann stört aber wahrscheinlich die Kabelanbindung.
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Das sieht ja schick aus. Nur eines macht leider den "Schwertkampftraum" zunichte: Ein gegnerisches Schwer könnte meines nicht blocken, weil es physisch nicht vorhanden ist. Oder hat da jemand eine Idee? Das ist im Prinzip ja auch dasselbe Problem wie mit Entities, wie z.B. Kisten, Fässern usw.: Die kann man ja nicht einfach in der Realität "spawnen" lassen. Im Spiel könnte ich drauf zulaufen und würde hängen bleiben, in der Realität würde ich aber einfach weiterlaufen.
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| 08.03.2015, 22:37 Uhr |
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sehr guter artikel, auch wenn das funktionsprinzip von lighthouse trotz des namens eher wie GPS funktioniert. mir persönlich gefällt die simplizität der Lösung. keine aufwendige bildauswertung, keine aufwendige/teure hardware, die möglichkeit mehrere geräte zu tracken ohne massive rechenpower zu brauchen. all das gibt lighthouse das potential eine universalschnittstelle zu werden wie eben usb und ähnliches. simpel und effektiv.
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| 08.03.2015, 22:51 Uhr |
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Zitat:
Original von Trineas
Verstehe das Szenario nicht ganz. Die 20m² sind ja das Maximum, nicht eine Voraussetzung. Nehmen wir an du hast 8m² freie Fläche wenn alles so bleibt wie es ist und wenn du den Fernsehtisch zur Seite schiebst, dann hast du sagen wir 12m² freie Fläche. Dann definierst du einfach die Fläche die frei ist als deine sichere Szone und das System wird dich davor warnen, wenn du sie verlässt, indem virtuelle Wände eingeblendet werden, sobald du den realen Wänden oder Objekten, die du nur zur Seite geschoben hast, wie etwa den Tisch, zu nahe kommst.
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Nun ich war davon ausgegangen, bzw. gehe auch weiterhin, davon aus, dass die reale Wand die Begrenzung ist. Ich habe eigentlich gemeint, dass es nicht möglich ist eine virtuelle Wand auch dort anzuzeigen, wo in der realen Welt eben keine ist.
Anders formuliert: Versteht ihr das so, dass man den virtuellen Raum kleiner gesalten kann als den tatsächlichen Raum? Denn nur so, kann ich ja quasi in der Mitte des echten Raums einen kleinen virtuellen schaffen um dann in der realen Welt Dinge an die Wand schieben zu können die dann nicht stören.
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| 09.03.2015, 07:32 Uhr |
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| 09.03.2015, 09:08 Uhr |
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Wurde das problem in der Virtuellen Welt herum zu laufen nicht schon mithilfe eines Run Pads gelöst oder überseh ich da jetzt irgendwas gewaltig? :I
http://www.virtuix.com
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| 09.03.2015, 09:35 Uhr |
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Ja, nämlich dass es sich nicht echt anfühlt wenn man am Stand läuft. Du hast auch andere Sensoren außer den Augen, etwa in den Ohren, die deinem Gehirn mitteilen, dass du dich in Wirklichkeit nicht von der Stelle bewegst.
Das mag vielleicht für manches eine Lösung sein, aber wenn du wirklich echte Presence willst, gibt es keine Alternative für 1:1 Mapping von den Bewegungen in der Realität zu VR.
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| 09.03.2015, 09:57 Uhr |
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