Ralph Thiele

Extended Reality – Das Virtuelle wird Realität

... noch mehr Daten

Während sich in der realen Welt Objekte und Personen befinden, die wir mit unseren Sinnen direkt erfassen - auch anfassen - können, ist die virtuelle Realität ein Ort, der nicht physisch existiert. Dieser Ort wird über Computerprogramme simuliert. Man kann ihn nur mithilfe eines dafür konstruierten Mediums wahrnehmen. Die ältesten bekannten Belege für abstraktes Denken von Menschen – Schmuck aus Schneckenschalen und Ritzzeichnungen in der Blombos-Höhle in Südafrika – sind bereits rund 90.000 Jahre alt. Doch noch immer finden wir uns in der virtuellen Welt nur mühsam zurecht. Der abstrakte Bereich ist selbst für Fachleute des Informationszeitalters manchmal nur schwer zu begreifen.

Die Technologien des digitalen Zeitalters haben uns überraschend schnell in die Nutzung des Virtuellen geführt. Derzeit wachsen reale und virtuelle Welt zu einem Internet der Dinge zusammen. Knapp 4 Milliarden Menschen sind über das Internet miteinander verbunden. Diese Konnektivität ermöglicht das Handeln von Staaten und Individuen über alle Elemente der nationalen Macht hinweg - Diplomatie, Information, Militär und Wirtschaft.

Der Cyberraum ermöglicht den Zugang zu einer Fülle von Informationen. Seine Prozesse ermöglichen es, auch ohne den Einsatz von Material Werte zu schaffen oder Schäden zu verursachen. Mit dem Internet als Rückgrat wird er von Anwendungen wie dem World Wide Web, E-Mail, Cloud Services oder dem Internet of Things (IoT) bevölkert. Weitere Produkte und Dienstleistungen nutzen den Cyberraum, darunter globale Navigationssatellitensysteme, Sensoren, Software-Plattformen, Algorithmen und künstliche Intelligenz. Sie bieten ein enormes Potenzial für die Wertschöpfung, aber auch für Zerstörung und ungewollte Kontrolle sowie für die Generierung von Daten, Daten, und noch mehr Daten...

Die Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) haben neue Möglichkeiten eröffnet, Daten und Informationen zu sammeln, zu speichern, zu nutzen, zu manipulieren, zu verteilen und neues Wissen zu schaffen. Sie bieten Zugang zu Informationen und ermöglichen es Einzelpersonen, Interessengruppen, Unternehmen und Staaten, global Einfluss zu nehmen. In einer Welt der ständigen Konnektivität sind Daten das neue Öl. Netzwerke sind die neuen Ölplattformen. Genauso wie Rohöl raffiniert werden muss, um brauchbare Produkte wie Benzin herzustellen, müssen auch Daten raffiniert werden, um nutzbare Informationen zu liefern.

... eintauchen

Immersive Technologien helfen bei der Visualisierung von Daten und Informationen. Mit ihrer Hilfe kann der Nutzer ins virtuelle Geschehen eintauchen, sich dort zurechtfinden und Virtuelles und Realität zielgerichtet verbinden. In Zukunft könnte das Gehirn sogar via sogenannter Human Machine Interfaces (HMI) mit diversen Technologien verbunden werden, erlauben den unmittelbaren Informationsaustausch zwischen Menschen und Maschinen. Fortschritte in sogenannten Full-Immersion-Technologien und Neurowissenschaften zeigen, dass künftig Menschen mit Computern verbunden sein können. In den USA gibt es bereits Wettbewerbe mit neural gesteuerten Drohnen. Es funktioniert schon – wenngleich nicht ohne gelegentliche Bruchlandung.

Immersive Technologien bilden die Realität entweder komplett virtuell ab – Virtual Reality (VR) - oder reichern sie mit ausgewählten virtuellen Informationen an. Letzteres wird als Mixed Reality (MR) bezeichnet. Im Gegensatz zu einem gewöhnlichen Computerspiel wird VR dreidimensional und üblicherweise in einer 360-Grad-Sicht dargestellt. Dies unterstützt die Authentizität der Simulation. Augmented Reality (AR) ist Teil der Mixed Reality. Hier trifft man auf Elemente aus beiden Welten. Man befindet sich zwar in der realen Welt, bekommen jedoch mithilfe von AR virtuelle Elemente angezeigt. Extended Reality (XR) bezieht sich als Dachbegriff auf alle real und virtuell kombinierten Umgebungen sowie Mensch-Maschine-Interaktionen, die durch Computertechnologie erzeugt werden.

Die derzeitigen Entwicklungen sind atemberaubend. Eine wachsende Zahl an immersiven Werkzeugen lässt die Grenzen zwischen realer und virtueller Welt verschwimmen. Heute wird Realität, was vor Kurzem noch Science-Fiction war. So ermöglicht holographische 3D-Telepräsenztechnologie mittels 3D-Video-Live-Streaming über eine Standardinternetverbindung Zusammenarbeit in Echtzeit. Nutzer an verschiedenen Orten können sich so gegenseitig in 3D sehen als wären sie im selben Raum. Gemeinsam können sie an interaktiven Aufträgen arbeiten. Es entstehen neue Umgebungen, die kaum von der Realität zu unterscheiden sind. Schon bald wird man damit Wahrnehmungen manipulieren können.

... Brot und Spiele

Immersive Technologien durchdringen immer mehr Lebensbereiche. Aus der Welt der Spiele sind sie nicht mehr wegzudenken. Ein plakatives Beispiel ist der explosionsartige Erfolg des Spiels „Pokémon Go“, bei dem man virtuelle Pokémon in der realen Welt mithilfe eines Smartphones fängt. Aber auch Museen nutzen AR, wenn ergänzende Informationen zu einer Skulptur wie Name des Künstlers, Erschaffungsjahr oder Epoche angezeigt werden sollen. Angehende Notfallsanitäter werden mit Hilfe von VR auf sonst kaum trainierbare Notfälle vorbereitet.

Immersive Technologien boomen auch in Unternehmen. So sind Virtual und Augmented Reality bereits seit 2018 Bestandteil in der Aus- und Weiterbildung bei der Deutschen Bahn. Sie setzt dafür auf die selbst entwickelte Virtual Reality-Anwendung EVE (Engaging Virtual Education) zur Qualifikation ihrer Mitarbeiter. Bei großen Logistikunternehmen und Autobauern gehören diverse tragbare Endgeräte – sogenannte Wearables - zur Anzeige von Produktionsdaten oder Lagerplätzen längst zum Arbeitsalltag. In Form von Datenbrillen oder anderen Anzeigelösungen am Kopf oder Körper des Arbeiters in der Logistik oder an der Produktionsstrecke sind sie bereits am Markt etabliert.

In der Automobilindustrie oder auch in Kampfflugzeugen wird AR genutzt, um dem Fahrer bzw. Piloten Daten bequem anzuzeigen. Hierfür werden sogenannte Head-Up-Displays genutzt, mit denen man Informationen über Geschwindigkeit, Drehzahl und vieles mehr erhalten kann. Fahrer bzw. Pilot müssen dann nicht mehr nach unten oder zur Seite auf Armaturen schauen, sondern sehen die Daten direkt vor sich, z.B. in der Windschutzscheibe. AR unterstützt den Arzt, den Techniker, den Architekten, den Logistiker etc. bei Operationen, Reparaturen, Wartung und Logistik.

... 5G beschleunigt

Der neue Mobilfunkstandard 5G öffnet für immersive Technologien neue Maßstäbe, denn diese brauchen viele Daten in kurzer Zeit. 5G schafft das durch seine geringe Latenzzeit von nur wenigen Millisekunden. Auf dieser Grundlage können Informationen in Echtzeit reaktionsschnell übertragen werden.

Dies eröffnet zahllose neue Anwendungsfelder. In der Medizin können z.B. mithilfe von Augmented und Virtual Reality schwierige Operationen viel einfacher und umfassender als bisher vorbereitet und trainiert werden. VR-Brillen ermöglichen haptisch-visuelles Lernen. Chirurgen sehen, fühlen und üben am digitalen Zwilling des Patienten – bei Bedarf auch wiederholt. Bei der Operation erhält der Chirurg 5G-gestützt Patientendaten wie Blutwerte oder Bilder von Gefäßen in Echtzeit. Derart kann er unverzüglich die richtigen Entscheidungen während des Eingriffs treffen.

5G-gestützte Augmented und Virtual Reality vereinfacht die Gerätewartung und macht sie zugleich effizienter. Ein Techniker kann z.B. die Kamera seines Tablets oder Smartphones auf ein Geräteteil richten und via Augmented Reality Einblick in technische Daten, Konstruktionspläne und Wartungsunterlagen nehmen. Datenbrillen sind effektive Begleiter bei Reparaturen. Techniker steuern sie durch Blickrichtung, Gesten und mit der Stimme, behalten dadurch die Hände für Reparaturarbeiten frei und können jederzeit Kollegen einbeziehen, wo immer dieser sich gerade physisch aufhalten. Über die in der Datenbrille integrierte Kamera sehen die beratenden Kollegen dasselbe wie der Techniker vor Ort.

... XR in militärischen Anwendungen

Wirtschaft, Sicherheits- und Streitkräfte nutzen prinzipiell das gleiche Technologieportfolio, selbst wenn z.B. beim Militär Adaptionen hinsichtlich Robustheit und Sicherheit erforderlich werden. Für Sicherheits- und Streitkräfte ist virtuelle Realität nicht länger eine Kuriosität aus der Welt kommerzieller Spiele, sondern sehr real und eine Spitzentechnologie, die bahnbrechende Fortschritte für Lagebewusstsein und Einsatz, Ausbildung und Planung, Logistik und medizinische Verfahren verspricht.

Durch die Kopplung virtueller Daten mit der realen Welt können Soldaten sich leichter durch schwieriges Gelände bewegen, den Einsatzraum befreundeter Truppen oder gemeldeter Bedrohungen erkunden und für absehbare Einsätze trainieren. Die U.S. Armee investiert derzeit in ein neues Head-Up-Display - Integrated Visual Augmentation System (IVAS) - für Einsatzmissionen, das synthetische Trainingsumgebungen mit realen Daten kombiniert, um die Bereitschaft und Effektivität infanteristischer Kräfte zu erhöhen. Die Marine und die Luftwaffe setzen ähnliche XR-Technologien zur Ausbildung ihrer Kampfpiloten ein.

Die Ausbildungsanwendungen immersiver Technologien sind besonders überzeugend. Mit XR können medizinische, wartungstechnische oder andere spezialisierte Verfahren erproben und geübt werden. XR kann dazu beitragen, Militärpersonal auf Erfahrungen vorzubereiten, die sonst für Übungen zu teuer oder logistisch zu anspruchsvoll wären. So kann man beispielsweise Truppen virtuell mitten in ein urbanes Feuergefecht platzieren, in eine angespannte Situation bei der Kontrolle großer Menschenmassen oder in ein Gebäude voller feindlicher Soldaten. Selbst Szenarien mit radiologischen Bedrohungen sind denkbar.

Im Zuge der Einführung von 5G-Netzen können Anwender künftig XR überall und jederzeit einsetzen. Hochkomplexe Ausbildung wird künftig auch am Laptop und Handy, im Wohnzimmer und auf der Wiese möglich. Derart lassen sich erworbene Fähigkeiten unaufwändig auffrischen oder gar weiterentwickeln. Schulungen sind mit XR künftig nicht nur kostengünstiger, sondern auch effektiver und nachhaltiger als herkömmliche Schulungen. Z.B. hat die U.S. Luftwaffe durch den Einsatz von virtueller Realität und künstlicher Intelligenz Abschnitte der Pilotenausbildung von 12 auf vier Monate reduzieren können.

Im Kontext von Planung, Beschaffung und Weiterentwicklung von Waffensystemen und deren Plattformen ermöglicht XR die "virtuelle Darstellung" von Waffensystemen – mithin die Konstruktion von digitalen Zwillingen. Wenn zum Beispiel künftig eine neue Fregatte in die Konzeptionsphase geht, werden die Entwickler mittels XR schon bald in der Lage sein, mit dem digitalen Zwilling während deren gesamter Lebensdauer zu arbeiten und zu experimentieren. Ein Blick in die Zukunft: Man kann vermuten, dass demnächst auch Hologramme einsatzbereit sind. Derartige Technologien wurden bereits für die Film- und Unterhaltungsindustrie entwickelt. Noch sind Verbesserungen erforderlich, insbesondere mit Blick auf deren Beweglichkeit. Vielleicht fahren demnächst virtuelle Panzer und virtuelle Boote Seite an Seite mit realen Waffensystemen? Oder Sie werden zur Verwirrung und Täuschung gegnerischer Kräfte eingesetzt.

... mit Gefühl

XR wird ein unentbehrlicher Multiplikator für andere Daten intensive Technologien. Das birgt auch Gefahren, zumal sich die Technologie gerade erst ausprägt. Grundlage von XR-Anwendungen sind riesige Mengen sehr detaillierter und persönlicher Daten darüber, was Menschen tun, was sie sich ansehen und sogar was sie zu einem bestimmten Zeitpunkt empfinden. Diese Daten sind anfällig für Verzerrungen, Missbrauch und Cyber-Angriffe. Über gefälschte Daten und Informationen können wir uns auch gefälschte, prägende Erfahrungen aneignen, können unsere Emotionen unter erheblichen Stress gesetzt werden. So werden wir ggf. möglicherweise unbemerkt zu Opfern nachhaltiger Manipulation.

Der Rückgriff auf verschiedene Experten, von Neurowissenschaftlern bis hin zu Verhaltenstheoretikern, wird dazu beitragen, immersive Systeme und Arbeitsweisen zu schaffen, die Anwender schützen und gleichzeitig die technischen Risiken mindern. Doch insbesondere Führungskräfte aus Politik, Wirtschaft, Gesellschaft und Streitkräften müssen durch klare Regeln zur Gewährleistung ethischer Standards und mit einem verantwortungsvollen Risikomanagement sicherstellen, dass unsere sensiblen Daten geschützt werden und diese vielversprechenden Technologie vor allem verantwortbare, nutzbringende Wirkung entfaltet.

16. März 2020

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