Pose-Tracking in der virtuellen Realität verstehen

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Understanding Pose Tracking in Virtual Reality

Pose-Tracking in der virtuellen Realität verstehen

In der virtuellen Realität ist Pose Tracking die Kerntechnologie, die die realen Bewegungen von Kopf, Händen und Körper eines Benutzers in die virtuelle Umgebung überträgt. Die Präzision des Trackings bestimmt direkt den Grad der Immersion und des Realismus, den der Benutzer erlebt.
Moderne VR-Systeme verwenden hauptsächlich zwei Tracking-Methoden: Inside-Out-Tracking und Outside-In-Tracking. Jede Methode hat ihre eigenen Stärken, Schwächen und idealen Anwendungsfälle.
Dieser Leitfaden führt Sie durch:
  • Die wichtigsten Unterschiede zwischen Inside-Out- und Outside-In-Tracking.
  • Die technischen Prinzipien hinter jeder Methode.
  • Praktische Überlegungen bei der Auswahl der richtigen Lösung.
  • Beispiele für kommerzielle VR-Systeme als Referenz.

Inside-Out- vs. Outside-In-Tracking: Was ist der Unterschied?

Der grundlegende Unterschied besteht darin, wo sich die Tracking-Sensoren befinden und was als Referenzpunkt für die Positionsberechnung dient.
  • Inside-Out-Tracking: Kameras und Sensoren sind direkt in das Headset integriert, das „nach außen blickt“, um die Umgebung zu interpretieren.
  • Outside-In-Tracking: Externe Basisstationen oder Sensoren werden im Raum platziert und „blicken nach innen“, um das Headset und die Controller zu verfolgen.
Hier ist eine Übersicht nebeneinander:
Besonderheit Outside-In-Tracking Inside-Out-Tracking
Sensorposition Externe Sensoren (Basisstationen) im Raum Integrierte Kameras/Sensoren am Headset
Referenzpunkt Feste externe Basisstationen Die Umgebung (Wände, Möbel, Gegenstände)
Okklusionsbehandlung Sehr widerstandsfähig gegen Tracking-Verlust Kann die Verfolgung verlieren, wenn Controller die Headset-Ansicht verlassen
Einrichtung und Portabilität Erfordert Installation und Kalibrierung Einfache Einrichtung, tragbar, funktioniert in den meisten Umgebungen
Tracking-Volumen Beschränkt auf die Abdeckung der Basisstationen Flexibel, nicht durch festen Platz eingeschränkt
Kosten und Komplexität Höhere Vorabinvestitionen, mehr Komponenten Kostengünstigere, in sich geschlossene Lösung

Outside-In-Tracking

Outside-In-Systeme basieren auf externen Basisstationen (auch als Leuchttürme bezeichnet), die einen überwachten Spielbereich definieren. Headset und Controller sind mit Sensoren oder reflektierenden Markierungen ausgestattet, die von den Stationen kontinuierlich verfolgt werden.
  • Funktionsweise: Mindestens zwei Basisstationen senden unsichtbare Abtastsignale (Infrarot oder Laser) aus. Die Sensoren am Headset und den Controllern erfassen diese Abtastungen und senden Zeitdaten an den Host-PC, der die genaue Position und Ausrichtung trianguliert.
  • Vorteile: Außergewöhnliche Genauigkeit und Zuverlässigkeit, auch bei schnellen oder hochpräzisen Anwendungen. Da sich die Abdeckung überlappt, bleibt die Verfolgung auch dann stabil, wenn ein Gerät vorübergehend blockiert ist.
  • Warum es wichtig ist: Diese Methode gilt allgemein als Goldstandard für Präzision und ist daher ideal für Simulationen, eSports und professionelle Anwendungen.

Inside-Out-Tracking

Inside-Out-Systeme verlagern die Intelligenz in das Headset selbst. Integrierte Kameras scannen den Raum und erkennen statische Orientierungspunkte wie Wände, Möbel oder Muster auf dem Boden.
  • Funktionsweise: Fortschrittliche Algorithmen wie SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) erstellen eine Echtzeitkarte der Umgebung. Während sich der Benutzer bewegt, vergleicht das System Livebilder mit dieser Karte, um die Bewegung zu berechnen. Interne Sensoren wie Gyroskope und Beschleunigungsmesser liefern zusätzliche Daten für schnelle Bewegungen.
  • Controller-Tracking: Controller werden über Infrarot-LEDs oder andere Muster verfolgt, die für die Kameras des Headsets sichtbar sind.
  • Vorteile: Es ist keine externe Hardware erforderlich. Die Einrichtung erfolgt nahezu augenblicklich, wodurch das System äußerst portabel und benutzerfreundlich ist.
  • Einschränkungen: Die Verfolgung kann ins Stocken geraten, wenn sich die Controller außerhalb des Sichtfelds der Kameras bewegen oder die Umgebung keine besonderen Merkmale aufweist. Auch schlechte Beleuchtung kann die Genauigkeit beeinträchtigen.

So funktioniert VR-Tracking

Outside-in-Prozess

  1. Sensoraufbau – Basisstationen werden in gegenüberliegenden Ecken des Raums montiert, um den Spielbereich abzudecken.
  2. Referenzgitter – Stationen senden weite Infrarot- oder Lasersignale aus und bilden so ein 3D-Koordinatensystem.
  3. Erkennung und Triangulation – Headset- und Controller-Sensoren registrieren diese Sweeps und leiten die Daten an den PC weiter, der die genaue Positionierung berechnet.
  4. Kontinuierliches Tracking – Dieser Prozess läuft Hunderte Male pro Sekunde ab und bietet eine Präzision im Submillimeterbereich für äußerst anspruchsvolle Anwendungsfälle.

Inside-Out-Prozess

  1. Umweltkartierung – Headset-Kameras scannen die Umgebung und identifizieren Merkmalspunkte.
  2. Positionsschätzung – Die Bewegung wird berechnet, indem verglichen wird, wie sich Merkmale über Frames hinweg verschieben, unterstützt durch IMUs zur Reaktionsfähigkeit.
  3. Controller-Tracking – Controller werden von den Kameras des Headsets erkannt und verfolgt.
  4. Randfälle – Die Verfolgung kann unterbrochen werden, wenn die Umgebung nicht detailliert genug ist, die Beleuchtung unzureichend ist oder sich die Controller außerhalb des Sichtfelds der Kameras bewegen.

Auswahl der richtigen Tracking-Methode

Ihre Wahl hängt vom Platz, den Genauigkeitsanforderungen, den bevorzugten Einstellungen und dem Budget ab.
  1. Umwelt & Weltraum
    1. Inside-Out: Ideal für flexible oder Mehrzweckräume wie Wohnzimmer oder Büros. Funktioniert überall ohne externe Geräte.
    2. Von außen nach innen: Ideal für einen dedizierten VR-Raum oder ein VR-Setup, in dem die Basisstationen fest installiert bleiben können.
  2. Genauigkeit und Stabilität
    1. Inside-Out: Ausreichend für die meisten Spiele und Anwendungen, es kann jedoch gelegentlich zu Okklusion oder Jitter kommen.
    2. Von außen nach innen: Bietet unübertroffene Präzision und Zuverlässigkeit, perfekt für wettbewerbsorientiertes Gaming und den professionellen Einsatz.
  3. Einrichtung und Wartung
    1. Inside-Out: Schnelles Plug-and-Play-Erlebnis, minimaler Aufwand erforderlich.
    2. Von außen nach innen: Erfordert Montage, Verkabelung und Kalibrierung, bietet aber eine stabile „Einstellen und Vergessen“-Lösung.
  4. Budgetüberlegungen
    1. Inside-out: Dominiert bei eigenständigen Headsets und bietet einen erschwinglichen Einstiegspunkt.
    2. Outside-in: Premium-Technologie im Zusammenhang mit High-End-PC-VR-Systemen, die eine größere Investition erfordert.

Beispiele für VR-Systeme

Marke/Modell Tracking-Methode Hinweise
Dream Air / Pimax Crystal Super / Crystal Light Von innen nach außen und von außen nach innen Dream Air ist in zwei Versionen erhältlich: der Lighthouse-Version und der Inside-Out-Version. Die Crystal-Serie unterstützt nativ Inside-Out-Tracking und kann durch Austausch der Lighthouse-Panels Outside-In-Tracking der Basisstation unterstützen.
Meta Quest 3 / Quest 2 / Quest Pro Von innen nach außen Standalone-First-Design, optimiert für Portabilität und Benutzerfreundlichkeit.
Apple Vision Pro Von innen nach außen Hochwertiges eigenständiges Headset mit erweiterten Passthrough- und Spatial-Computing-Funktionen.
HTC Vive XR Elite Von innen nach außen Kompakter Formfaktor, konzipiert für Standalone- und Mixed Reality.
Pico 4 Ultra Von innen nach außen Leichtes, eigenständiges Headset, das häufig für VR im Verbraucherbereich verwendet wird.
HP Reverb G2 Von innen nach außen PCVR-Headset mit Fokus auf hochauflösender Grafik, WMR-Tracking-System.
Ventilindex Von außen nach innen Präzisions-Tracking auf Goldniveau mit SteamVR-Basisstationen.
HTC Vive Pro / Vive Pro 2 Von außen nach innen PCVR in professioneller Qualität, hochpräzises SteamVR-Tracking.
Bigscreen Beyond Von außen nach innen Ultraleichtes PCVR-Headset, vollständig abhängig von SteamVR-Basisstationen.
Shiftall MeganeX Von innen nach außen Kompaktes PCVR-Headset mit OLED-Mikrodisplay und Fokus auf Portabilität.
Play for Dream (Verbraucheraufstellung) Von innen nach außen Standalone-Geräte, die auf Komfort und Mobilität in einem Gerät abzielen.

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