Die virtuelle Revolution
Von Kai Tubbesing
Bei der VR-Entwicklung bedarf es nicht nur innovativer Bedienkonzepte und intuitiver Benutzeroberflächen, durch die sich auch Neulinge wie selbstverständlich im virtuellen Raum zurechtfinden. Designer, Grafiker und Programmierer sehen sich völlig neuen Problemfeldern gegenübergestellt – nicht zuletzt, weil sie den Nutzern im Gegensatz zu klassischen 2D-Desktop-Applikationen ein Höchstmaß an Freiheit einräumen müssen, damit die virtuelle Umgebung als möglichst realistisch wahrgenommen wird.
Während die für VR-Anwendungen benötigte Hardware bereits massenmarkttauglich ist, leiden viele Software- und andere Lösungsanbieter unter akutem Fachkräftemangel. Denn die Einsatzmöglichkeiten der Technologie bergen ein beachtliches Potenzial. So werden im beruflichen Umfeld beispielsweise Mitarbeiterschulungen zum Thema Brandschutz mithilfe des Einsatzes von VR zu einem gefahrlosen und dennoch immersiven Erlebnis, während das Schulungspersonal den Fortschritt überwacht und bei Bedarf unterstützend eingreift. Im Gegensatz zu wenig anschaulichem Frontalunterricht und farblosen Merkblättern fällt der Lernerfolg deutlich höher aus. Im industriellen Bereich liefern Augmented-Reality-Lösungen Mechatronikern und Reparaturteams wertvolle optische Zusatzinformationen bei der Wartung komplexer Maschinenteile. Und auch auf anderen Feldern bewährt sich der VR/AR-Ansatz: Immer mehr Museen und Galerien lassen ihre Exponate detailgetreu im virtuellen Raum abbilden und erreichen auf diese Weise einen viel weiteren Adressatenkreis als bisher.
Design und Usability
Mittlerweile gibt es erste akademische Lehrangebote, die zumindest in Teilbereichen auf eine Entwicklertätigkeit im VR-Bereich vorbereiten – so beispielsweise der Bachelor-Studiengang Virtuelle Realitäten an der SRH Hochschule Heidelberg, wo ein Brückenschlag zwischen grafischer Gestaltung und Programmierung versucht wird. Auch Studiengänge im Bereich Game-Design vermitteln grundlegende Kenntnisse, die im VR-Sektor gefragt sind. Zusätzlich gibt es private Schulungsangebote wie die regelmäßigen Kurse zur Verwendung der Unity-3D-Engine durch UploadVR in San Francisco und Los Angeles. Doch welche Entwicklerqualitäten werden derzeit in den Unternehmen benötigt?
Das dreijährige Studium Virtuelle Realitäten an der SRH Hochschule Heidelberg gliedert sich in Themenblöcke, die aufeinander aufbauen. (Bild: SRH Hochschule Heidelberg)
Dreh- und Angelpunkt für die erfolgreiche Umsetzung eines VR-Projekts ist das grundlegende Design: Den Anwendern muss ein Höchstmaß an Freiheit gewährt werden, damit sie das Eintauchen in virtuelle Welten als positives Erlebnis wahrnehmen. Das setzt einerseits die aktive Berücksichtigung menschlichen Fehlverhaltens und unerwarteter Handlungen bei der Programmierung voraus. Andererseits müssen Benutzeroberfläche und Bedienmöglichkeiten so intuitiv und einfach wie möglich gestaltet werden, damit sich selbst VR-Neulinge wie selbstverständlich im virtuellen Raum bewegen können. Dazu wird auf viele neue Eingabeformen wie spezielle Controller, die Steuerung durch Bewegungen von Händen, Kopf und dem ganzen Körper oder auch Eyetracking zurückgegriffen.
Der vergleichsweise junge Bereich der VR-Programmierung sieht sich vor allem mit dem Problem konfrontiert, dass etablierte Lehrmeinungen, feste Vorgehensschemata und eindeutige Regeln zum richtigen Vorgehen fehlen. Daher bedarf es eines speziellen Entwicklertyps, der nicht nur über Schlüsselqualifikationen in den Bereichen der 3D-Visualisierung und Programmierung verfügt, sondern zusätzlich in der Lage ist, durch kreative Herangehensweise, Experimentierfreudigkeit und hohe Kommunikationsbereitschaft erfolgreiche Lösungsansätze hervorzubringen.
Die Game-Engine Unity richtet sich derzeit deutlich auf VR/AR aus. (Bild: Unity Technologies)
Aus Fehlern lernen
Was bedeutet das konkret? Zumindest gegenwärtig bietet die Trial-and-Error-Methode den einzig verlässlichen Weg zu den bestmöglichen Resultaten. Dazu ist ein iteratives Vorgehen in möglichst kleinen Entwicklungsschritten nötig: Die Entscheidung über den Erfolg oder Misserfolg des Ansatzes einer Bedienoberfläche lässt sich allein im direkten Kontakt mit den Kunden und durch zahlreiche Tests einzelner Neuerungen fällen. Ein Konzept, das auf dem Papier einen fantastischen Eindruck macht, kann sich während des Validierungsprozesses als fataler Design-Fehler herausstellen. Umgekehrt erweisen sich temporäre Behelfslösungen mitunter als Glücksgriff.
Aufgrund der völlig neuen VR-Umgebung nimmt diese Testphase deutlich mehr Zeit in Anspruch, als dies in der herkömmlichen Entwicklung der Fall ist. Größere Anbieter greifen deshalb auf einen technisch versierten Projektmanager zurück, der die Kommunikation zwischen Kunden und Programmierteam übernimmt. Die Kundenwünsche werden aufbereitet und an das Entwicklerteam weitergeleitet. In kleineren Umgebungen sind hingegen die Entwickler selbst gefordert: „Der Hauptunterschied zwischen einem herkömmlichen und einem Entwickler im VR/AR-Bereich besteht darin, dass man in der VR-Sparte sehr kommunikativ und menschenoffen sein muss. Nur dadurch lassen sich den Kunden überhaupt die Möglichkeiten vermitteln, die eine VR-Anwendung bietet und die Kundenwünsche direkt in der Programmierung umsetzen. Bei klassischen Projekten ist das in dieser Form nicht nötig, aber im VR-Bereich gibt es noch keine entsprechenden Best Practices und festgelegten Abläufe“, sagt Nils Arnold, CEO und Mitbegründer von Adtance, das professionelle Augmented-Reality-Lösungen für E-Learning, technischen Support und eine Vielzahl an beruflichen Einsatzszenarien anbietet.
Adtance im hessischen Wald-Michelbach entwickelt Augmented-Reality-Anwendungen für Datenbrillen: für Wartung und Instandhaltung, die Immobilienbranche, Gesundheitswesen, Logistik etc. (Bild: Adtance)
Der menschliche Faktor
Ein weiteres Novum: Bei der herkömmlichen Programmierung von 2D-Desktopanwendungen ging es vor allem darum, eine Fehlbedienung von vornherein auszuschließen. Im VR-Bereich verliert diese Grundregel ihre Gültigkeit. Eine indirekte Schlüsselqualifikation der Entwickler besteht darin, menschliches Fehlverhalten bereits während der Programmierung aktiv vorwegzunehmen und in das Grundkonzept einzubeziehen. Da der virtuelle Raum nur dann realistisch erscheint, wenn er die Bewegungs- und Handlungsfreiheit der Nutzer so wenig wie möglich einschränkt, wird ein Entwickler stets aufs Neue mit unerwartetem Verhalten konfrontiert: Was tun, wenn die Nutzer auf einmal einen Gegenstand wegwerfen, der zum Abschluss einer VR-Schulung nötig ist? Erfahrene Projektleiter planen daher einen langen Evaluierungszeitraum ein: Menschliches Verhalten lässt sich nicht nach einem standardisierten Verfahren simulieren, intensiven Anwendertests kommt deshalb eine umso größere Bedeutung zu.
Der Mangel an ausgereiften Lehrmeinungen zur Frage, wie etwas im virtuellen Raum optimal umgesetzt wird, lässt sich in komplexen Entwicklungsumgebungen aber nicht nur durch die Trial-and-Error-Methode ausgleichen. Einige Unternehmen arbeiten direkt mit Hochschulen zusammen, um die eigenen Ansätze und Ideen nach wissenschaftlichen Methoden überprüfen zu lassen: So lässt sich nicht nur der Erfolg einer VR-Anwendung zur Wissensvermittlung quantifizieren. An den Hochschulen wird gerade im Hinblick auf die Effizienz von Benutzeroberflächen und anderen visuellen Elementen die Brücke zur Psychologie und Neurologie geschlagen. Jan Hasse studiert an der Hochschule Osnabrück Media & Interaction Design und hat neben dem Studium bereits an professionellen Projekten in der VR-Entwicklung mitgewirkt: „Usability war bereits ab dem ersten Semester Teil der Ausbildung und wurde immer mit Bezug zu den Prozessen behandelt, die im Gehirn ablaufen, wenn man bestimmte Dinge sieht. Ein anderes Thema war die Auswertung von Eyetracking.“
Auch die Unreal-Engine kommt aus der Spielewelt und verzeichnet steigende Nachfrage aus der professionellen AR/VR-Entwicklung. (Bild: Epic Games)
Neue Welten erschaffen …
Trotz aller Unterschiede zur herkömmlichen Entwicklung bleiben klassische Programmierung und Kenntnisse im Bereich von 2D- sowie 3D-Design aber weiterhin das A und O des Rüstzeugs eines VR-Spezialisten. Lediglich die Gewichtung verschiebt sich hier etwas mehr in Richtung der Visualisierungskomponenten, da der Fokus auf der Schaffung real wirkender virtueller Umgebungen liegt.
Für die Arbeit als Entwickler sind tief greifende Kenntnisse über die Verwendung der Unity-3D- und Unreal-Engine nötig. Im professionellen Bereich werden beide um selbst geschriebene Plugins erweitert und angepasst. Die beiden ursprünglich als reine Spiele-Engines konzipierten Werkzeuge sind aktuell der technische Standard zur Programmierung in VR-Umgebungen und lassen sich im Zusammenspiel mit unterschiedlichen Entwicklungsumgebungen nutzen. Ein Beispiel für eine solche IDE (Integrated Development Environment) ist Microsofts Visual Studio, letztlich hat hier aber jeder Programmierer seine eigenen Favoriten.
Das Programmieren selbst geschieht in den gängigen Sprachen wie Java, C# und vor allem C++, die ebenso wie die Engines ihre jeweils spezifischen Vor- und Nachteile haben. Aber auch dieser Bereich befindet sich im Umbruch: Mit Blueprints (Unreal-Engine) bzw. playMaker (Unity-3D-Engine) gibt es mittlerweile die ersten Visual-Scripting-Lösungen. Die sind besonders für Einsteiger von Interesse und ermöglichen die Programmierung über rein visuelle Elemente, ohne dass man eine einzige Zeile Code in einer Programmiersprache schreiben müsste. Auf dem Weg zur nahezu perfekten virtuellen Illusion gewinnt die 2D- und 3D-Grafikerstellung zunehmend an Bedeutung. Versierte Designer animierter 3D-Modelle müssen zum Rendern und Modellieren über gute Kenntnisse in Autodesk 3DS Max und Maya sowie Maxon Cinema 4D verfügen, als kostenlose Alternative bietet sich vor allem Blender an. Schaltflächen und vor allem die Texturen auf den 3D-Objekten werden in 2D-Grafikbearbeitungsprogrammen wie Adobe Photoshop oder dem frei herunterladbaren Gimp erstellt.
Schwarz auf Weiß
Dieser Beitrag ist zuerst in unserer Magazinreihe „IT & Karriere“ erschienen. Einen Überblick mit Download-Links zu sämtlichen Einzelheften bekommen Sie online im Pressezentrum des MittelstandsWiki.
Viele Entwickler entscheiden sich nach wie vor für den einen oder anderen Zweig. Für die Gestaltung virtueller Welten ist es jedoch oftmals unerlässlich, auch im jeweils anderen Bereich zumindest über solide Grundkenntnisse zu verfügen. Da sich zahlreiche Unternehmen erst in jüngster Zeit dem Thema VR-Entwicklung zugewandt haben, sind sie ebenso wie viele Start-ups zu Beginn des Projekts auf der Suche nach versierten Universalisten. Jörg Klaas ist Geschäftsführer von secova, das mit sam ein professionelles, modulbasiertes EHS-Dokumentations- und Unterweisungssystem anbietet. Aktuell konzentriert sich das Unternehmen im Münsterland auf eine VR/AR-Version des Produkts, die im Rahmen der A+A-Messe in Düsseldorf erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt wird. „Durch VR verschwimmen die Grenzen zwischen beiden Bereichen deutlich“, sagt Klaas, „und im Vergleich zur klassischen Entwicklung ist es gerade diese Interdisziplinarität, die VR-Entwicklung ausmacht. Bei uns ist es derzeit tatsächlich ein Einstellungskriterium, dass die Leute bereit sind, auch wirklich beides zu machen – und nicht etwa bereits im Bewerbungsgespräch einen Bereich kategorisch ausschließen.“
Im Schwerpunktbeitrag zeichnet Axel Opermann nach, wie der VR/AR-Hype zum Geschäftsmodell geworden ist. Die weiteren Folgen sichten einerseits konkrete Extended-Reality-Anwendungen in der Industrie, speziell im Automobilbau, andererseits schicke VR-Lösungen zum Anfassen und Eintauchen für Consumer. Außerdem stellen wir das Berufsbild Virtual-Reality-Entwickler vor, zeigen praktische Use Cases bei der RZ-Wartung auf und bitten Dr. Thomas Alt zum Interview über Augmented Reality im Kundensupport. Lohnend ist nicht zuletzt ein Seitenblick ins Erlanger Hybrid Studio und nach Österreich – dort sitzen einige der interessantesten XR-Start-ups weltweit.
… oder die Realität kopieren
Eine ganz andere Möglichkeit zur Erstellung virtueller Welten eröffnet die Nachbildung realer Umgebungen, was sich mitnichten auf 360-Grad-Videos aus dem Entertainment-Bereich beschränkt. Denn eine weitaus spannendere und weniger bekannte Technologie ist die Fotogrammetrie. Das grundlegende Verfahren gibt es bereits seit der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. In seiner aktuellen, digitalen Erscheinungsform ist es jedoch ein ideales Werkzeug für VR-Entwickler, um Umgebungen und die sich darin befindenden Objekte in 3D zu erfassen.
Das Funktionsprinzip: Objekte oder auch Menschen und Gesichter werden zunächst aus verschiedenen Perspektiven aufgenommen. Anschließend bestimmt eine Software mehrere zentrale Fokuspunkte und setzt diese über die unterschiedlichen Fotos hinweg in ein Verhältnis zueinander, um auf dieser Basis ein hochauflösendes 3D-Abbild zu errechnen. Durch eine Kombination aus Fotogrammetrie, Laser-Scanning und 360-Grad-Videos hat das US-Unternehmen VRART bereits ganze Galerien und deren Skulpturen und Gemälde hochauflösend in den virtuellen Raum überführt: Selbst wenn VR-Nutzer mit der Nasenspitze an die Exponate herangehen, bekommen sie gestochen scharfe Details zu sehen.
Dieses Resultat erforderte jedoch einen erheblichen Eigenentwicklungsaufwand, wie Michael Robert Biber von new direction, gleichzeitig auch CTO von VRART, erläutert: „Wir nahmen von vornherein einen Fotogrammetriespezialisten ins Team. Deshalb konnten wir eine eigene Hardwarelösung bauen und einen sehr effektiven Digitalisierungsprozess entwickeln. Wenn wir die zu erfassenden Gegenstände bewegen dürfen, lässt sich der Vorgang im Idealfall vollständig automatisieren. Ist das nicht möglich, kommen wir wegen der teilweise schwierigen Lichtbedingungen nur auf 85 bis 90 %. Der Rest erfordert dann Nachbearbeitung von Hand, um alle Details so präzise wie möglich zu erfassen.“
VRART macht Kunstwerke zu virtuellen 3D-Welten. (Bild: VRART)
Da tauche ich ein!
Spätestens seit 2016 ist VR-Entwicklung auch im professionellen Umfeld ein wichtiges Thema und bietet vor allem viele Vorteile in der Wissensvermittlung. Wer sich aktuell in einem kompatiblen Studiengang befindet, willens und in der Lage ist, sich einige Zusatzqualifikationen anzueignen, den erwarten hervorragende Berufsaussichten: Viele Unternehmen haben gerade erst damit begonnen, sich diesem Feld zuzuwenden und suchen nun händeringend nach qualifiziertem Personal. Gefragt sind vor allem Universalisten, was aber eine persönliche Spezialisierung zu einem späteren Zeitpunkt nicht ausschließt. Da sich bislang noch keine definitiven Ausbildungswege etabliert haben, haben auch Quereinsteiger gute Aussichten, wenn sie potenzielle Arbeitgeber von der eigenen Qualität überzeugen können. Die Karriere als VR-Entwickler muss also keineswegs in virtuellem Wunschdenken hängen bleiben!
Kai Tubbesing arbeitet als freier Fachjournalist, Texter für Unternehmen und Agenturen sowie Übersetzer im Herzen des Ruhrgebiets. Sein Kompetenzportfolio umfasst neben klassischen IT-Themen wie Netzwerktechnologien, Security und PC-Hardware auch den Mobilgeräte- und Audiobereich. Bis 2017 war er als leitender Redakteur und stellvertretender Chefredakteur in der deutschen Redaktion von Tom’s Hardware tätig.
