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  5. › MM1: VR-Stuhl mit Fünf-Punkte-Gurt

Konstruktion hui - Physik pfui

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  1. Konstruktion hui - Physik pfui

    Autor: Ax 17.04.15 - 19:51

    Man sieht inzwischen so viele Versuche, Force Feedback für den User umzusetzen, und bei fast allen fällt auf, wie unfassbar aufwändig die Konstruktion und Ansteuerung der beweglichen Teile ist.
    Gleichzeitig ist es geradezu erschreckend, wie wenig Ahnung von Physik dahinter zu stecken scheint, denn das, was man da an Kräften spüren würde, hat absolut nichts damit zu tun, was man spüren sollte.

    Immer dann, wenn von Flugsimulatoren gesprochen wird, und dann gezeigt wird, wie eine Person zur Seite und auf den Kopf gedreht wird, stellen sich mir die Nackenhaare auf.

    Wenn ein Flugzeug in einer Simulation nach links kippt und eine Linkskurve fliegt, bringt es nichts, den VR Sitz nach links zu kippen, das ist einfach nur Humbug.
    Ein echtes Flugzeug kippt man nach links und zieht es dann hoch, und ab dem Zeitpunkt spürt man keine Kraft, die "von links drückt".
    Man spürt eine erhöhte Kraft von der Sitzfläche, weil die Fliehkraft zusammen mit der Schwerkraft den Körper relativ gesehen senkrecht in den Sitz presst.

    Bin wirklich gespannt, ob einmal eine weniger spektakuläre, dafür aber physikalisch sinnvolle Konstruktion auftauchen wird.

  2. Re: Konstruktion hui - Physik pfui

    Autor: Anonymer Nutzer 17.04.15 - 20:19

    Soooooo teuer is doch das bissel Hydraulik heute nimmer. Da könnte man sich schon einen ''echten'' Simulator hinstellen.
    Macht halt ein bissel krach, braucht platz und wartung. Aber hey...man gönnt sich ja sonst nix ^^

  3. Re: Konstruktion hui - Physik pfui

    Autor: mag 17.04.15 - 23:27

    Ich fürchte, dir ist das Funktionsprinzip solcher Simulatoren nicht ganz klar. Selbstverständlich wird der Stuhl in einer Flugsimulation nicht einfach der Fluglage des Flugzeugs nachgeführt. Statt dessen werden alle auf den Piloten einwirkenden Kräfte errechnet, zu einem Kraftvektor addiert und der Stuhl so ausgerichtet, dass die reale Gravitationskraft in Richtung der virtuellen Beschleunigung wirkt.

    Für den Fall einer sauber geflogenen Kurve heißt das, dass der Stuhl gar nicht rollt.

    Wie wenig die Bewegungen des Simulators mit der virtuellen Lage im Raum zu tun haben, sieht man viel eindrucksvoller bei Rennsimulationen. Die einzige Drehung, die das virtuelle Fahrzeug in der Regel ausführt, ist Gieren. Ausgerechnet zu dieser Drehung sind die meisten Rennsimulatoren gar nicht in der Lage, was nichts macht, weil wir die eh nicht verlässlich erspüren können. Dafür rollt und nickt der Simulator heftig, um Querkräfte, Beschleunigen und Bremsen zu simulieren, wenngleich das Fahrzeug keine dieser Bewegungen im nennenswerten Rahmen ausführt.

    Was du richtig erkannt hast, ist, dass durch rotierende Simulatoren - sei es dieser hier, konventionelle "Actionchairs" oder auch professionelle Simulatoren, wie sie z. B. Fluglinien für die Ausbildung benutzen - keine Beschleunigungen abseits von 1 g simulieren können. Das ist allerdings auch richtig kompliziert. Um länger andauernde Beschleunigungen über 1 g zu simulieren, kann man noch eine Zentrifuge dahernehmen. Für den Hausgebrauch aber sicherlich unbrauchbar, sowohl von den Kosten als auch vom immensen Platzbedarf her. Willst du Kräfte von weniger als 1 g simulieren, wie sie z. B. in einem Flugsimulator beim Sinkflug auftreten können, gibt es gar keine Möglichkeit mehr zu tricksen. Da hilft nur echte vertikale Bewegung, wie z. B. im Vertical Motion Simulator der NASA. Abgesehen davon, dass so nur kurzfristig vertikale Kräfte simuliert werden können, weil eben der vertikale Spielraum des Simulators begrenzt ist, sind auch hier Kosten und Platzbedarf immens.

    Die dir vorschwebende vollständig korrekte Simulation ist schlichtweg physikalisch gar nicht möglich, es sei denn, jemand kommt plötzlich mit einem Gravitationsgenerator daher. Die Alternative wäre, die Simulation gar nicht durch Bewegung sondern durch entsprechende Simulation unserer Sensorik zu bewerkstelligen. Allerdings fällt auch das momentan ins Reich der Science Fiction.

    Bei all dem darfst du aber nicht vergessen, dass wir ohnehin nicht sehr präzise sind, wenn es um die Wahrnehmung von Beschleunigung geht. Du wirst in so einem Simulator nie spüren können, wie du dich mit deinem simulierten Kampfjet in den Blackout fliegst, auch nicht, wie du in deinem unbeschleunigten Raumgleiter schwebst. Für jede Bewegung im halbwegs üblichen Rahmen ist ein System wie das hier vorgestellte allerdings mehr als ausreichend, um dir eine überzeugende und spaßige Täuschung zu bieten.

  4. Re: Konstruktion hui - Physik pfui

    Autor: Eheran 18.04.15 - 00:00

    >Statt dessen werden alle auf den Piloten einwirkenden Kräfte errechnet, zu einem Kraftvektor addiert und der Stuhl so ausgerichtet, dass die reale Gravitationskraft in Richtung der virtuellen Beschleunigung wirkt.
    Ermöglicht aber keine Beschleunigungen, die von einem g nach unten oder oben abweichen.
    Und damit keine realitätsnahen Empfindungen, wie sie der TO anspricht.

  5. Re: Konstruktion hui - Physik pfui

    Autor: SchmuseTigger 18.04.15 - 09:39

    Eheran schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > >Statt dessen werden alle auf den Piloten einwirkenden Kräfte errechnet, zu
    > einem Kraftvektor addiert und der Stuhl so ausgerichtet, dass die reale
    > Gravitationskraft in Richtung der virtuellen Beschleunigung wirkt.
    > Ermöglicht aber keine Beschleunigungen, die von einem g nach unten oder
    > oben abweichen.
    > Und damit keine realitätsnahen Empfindungen, wie sie der TO anspricht.

    Stimmt, du hast solche Simulatoren sicher auch schon mal in RL ausprobiert damit du das beurteilen kannst, richtig?

  6. Re: Konstruktion hui - Physik pfui

    Autor: Eheran 18.04.15 - 10:17

    Dafür muss man nichts ausprobieren. Das ist simple Physik.
    Wenn man im Rennauto beschleunigt, wird man mit 2g in den Sitz gedrückt.
    Wenn der Sitz im Simulator nach hinten kippt sind wir bei 1g.
    Selbst eine Schaukel erzeugt mit >2g schon Beschleunigungen, die nicht abbildbar wären, wenn diese sie nicht in Waagerechter Sitzhaltung wirken lassen würde. (Weshalb sie ohnehin nicht durch ein kippen simulierbar ist)
    http://de.wikipedia.org/wiki/Gr%C3%B6%C3%9Fenordnung_%28Beschleunigung%29

    Man kann das ganze natürlich auch als Vektor erklären.
    Wenn man mit genau einem g einen Wagen beschleunigt, also in 2,8s von 0 auf 100km/h beschleunigt, ist der Vektor genau im 45° Winkel, da beide Beschleunigungen gleich groß sind. Der resultierende Vektor hat nicht 2g sondern Wurzel(2), also 1,41g.
    Egal wie sehr man beschleunigt (oder bremst) - der resultierende Vektor ist immer >1.

  7. Re: Konstruktion hui - Physik pfui

    Autor: pu_king81 18.04.15 - 11:44

    Um realistische Beschleunigungen zu simulieren wuerde es vollkommen ausreichen, dass man das Gleichgewichtsorgan entsprechend reizt. Und das Gleichgewichtsorgan ist jetzt nicht das komplizierteste Sinnesorgan.

    Ich koennte mir sogar vorstellen, dass so Schwerelosigkeit simulierbar ist, selbst wenn man nicht frei im Raum schwebt. Es kommt schlicht und einfach auf die Taeuschung an, das Gehirn macht dann den Rest.

    Dass man dann bei 7 virtuellen g noch sinnvoll atmen kann halte ich nicht fuer einen Nachteil, auch wenn dies nicht wirklich realistisch waere.



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 18.04.15 11:44 durch pu_king81.

  8. Re: Konstruktion hui - Physik pfui

    Autor: Eheran 18.04.15 - 11:55

    Nein, Beschleunigungen kann man nicht mal eben simulieren, da dein ganzer Körper davon betroffen ist.

  9. Re: Konstruktion hui - Physik pfui

    Autor: SchmuseTigger 18.04.15 - 12:18

    Eheran schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Nein, Beschleunigungen kann man nicht mal eben simulieren, da dein ganzer
    > Körper davon betroffen ist.

    Du kapierst Immersion immer noch nicht. Glaub das ist dein Grundproblem. Du musst keine 2+G simulieren um eine Immersion zu haben.

    Der Hauptpunkt bei diesen Stühlen (gibt ja auch eins auf Kickstarter das sich dreht wenn sich der Charakter dreht) ist NICHT das man 2+ G hat sondern das es einem nicht übel wird weil der Gleichgewichtssinn und das gesehene Bild so radikal voneinander abweichen. Und gerade bei so Achterbahn Demos wird es Menschen schon nach wenigen Minuten übel. Nicht jedem, aber über 30% kämpfen damit.

    Und selbst wenn nicht ist die Immersion so extrem viel größer wenn sich eben alles bewegt wie sich das bewegen soll. Beschleunigung wird doch in Rennen schon immer durch Bewegungsunschärfe/Geschwindigkeit des Vorbeiziehen der Strecke + Sound simuliert.

  10. Re: Konstruktion hui - Physik pfui

    Autor: pu_king81 18.04.15 - 12:19

    Doch! Kann man!

    Unten ist da wo unser Gleichgewichtsorgan sagt, dass unten ist. Und in der Realitaet ist unten immer dort, wo sich Beschleunigungsvektoren zusammenaddieren, egal ob durch "echte" Beschleunigung oder Gravitation. (Ausser man ist z.B. betrunken. Und jetzt rate mal warum die Welt schwankt wenn man betrunken ist.)

    Wenn andere Kraefte fehlen so spielt es ueberhaupt keine Rolle ob man zusaetzlich noch an die Decke eines Raumes gedrueckt wird, unten und damit die Richtung der Beschleunigung bleibt in Richtung Erdkern. (BTW, die perfekte Simulation waere eben, den Gleichgewichtssinn entsprechend zu reizen und dann noch zusaetzlich - im Falle der Flug- oder Fahrsimulation - den Koerper per Gurt in den Sitz zu pressen/ziehen. So waere praktische alles moeglich.)

    Physik ist das eine, was das Gehirn interpretiert was ganz anderes. Aber diese simple Erkenntnis scheint manchem schon zu hoch zu sein.



    5 mal bearbeitet, zuletzt am 18.04.15 12:25 durch pu_king81.

  11. Re: Konstruktion hui - Physik pfui

    Autor: Eheran 18.04.15 - 12:44

    >Und gerade bei so Achterbahn Demos wird es Menschen schon nach wenigen Minuten übel. Nicht jedem, aber über 30% kämpfen damit.

    Wieviel % werden denn real beim Atchterbahnfahren schlecht?
    Guten morgen.

  12. Re: Konstruktion hui - Physik pfui

    Autor: mag 18.04.15 - 14:29

    pu_king81 schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Um realistische Beschleunigungen zu simulieren wuerde es vollkommen
    > ausreichen, dass man das Gleichgewichtsorgan entsprechend reizt.

    Eine direkte Reizung des Gleichgewichtsorgans wäre sher nützlich, da sie so etwas wie den hier vorgestellten Stuhl überflüssig machen könnte und sicherlich deutlich kompaketer ausfiele. Mitnichten reicht das allerdings für vollkommen realistische Beschleunigungssimulation aus, da das Gleichgewichtsorgan vornehmlich Bewegungs- bzw. Beschleunigungsrichtungen erfasst, nicht jedoch die Stärke. Das "Magenumdrehen" im Freifall z. B. bekommst du so nicht hin, genausowenig wie den unter Piloten bekannten "Sitzfleichsensor" oder den schwer werdenden Körper unter hohen Beschleunigungen. Und diese Reize sind es, die uns die Stärke von Beschleunigungen erfassen lassen.

    > Und das Gleichgewichtsorgan ist jetzt nicht das komplizierteste Sinnesorgan.

    Das stimmt, es hat aber den Nachteil, aufgrund seiner Lage schwer erreichbar für nichtinvasive Stimulationen zu sein. Und darauf kommt es an, sonst wäre kaum zu erklären, warum wir gerade eines unserer komplexeren Sinnesorgane, unsere Augen, bereits heute sehr gut täuschen können.

    > Ich koennte mir sogar vorstellen, dass so Schwerelosigkeit simulierbar ist,
    > selbst wenn man nicht frei im Raum schwebt.

    Wäre zu prüfen, wie wir es interpretieren, wenn unser Gleichgewichtsorgan Schwerelosigkeit meldet, der Rest des Körpers allerdings nicht, und wie sich das im Vergleich zu echter Schwerelosigkeit anfühlt. Kotzgarantie wird es auf jeden Fall geben. ;)

    > Es kommt schlicht und einfach auf die Taeuschung an, das Gehirn macht dann den Rest.

    Deshalb ist ein rotierender Simulator selbst für professionelle Zwecke meist eine völlig ausreichende Lösung. Für Spiele düfte die Kombi aus so einem Stuhl und VR-Brille ein echter Hammer sein und auf lange Sicht durch keine für den Hausgebrauch verfügbare Technik zu überbieten. Wie gesagt, auch eine Gleichgewichtsorganstimulator wäre eher ein kompakter Ersatz denn eine grundlegende Verbesserung.

    > Physik ist das eine, was das Gehirn interpretiert was ganz anderes. Aber diese
    > simple Erkenntnis scheint manchem schon zu hoch zu sein.

    Ich glaube, das Problem ist eher, dass nicht ganz klar ist, was du zum Ausdruck bringen willst. Auf der einen Seite schlägst du Gleichgewichtsorganstimulation vor mit dem Hinweis auf realistische Simulation, ohne aber zu erklären, was du unter realistisch verstehst. Auf der anderen Seite weist du darauf hin, dass eine Simulation von Beschleunigungen nicht vollständig sein muss, um befriedigend auszufallen. Findest du den vorgestellten Stuhl ausreichend, findest du die Simulation realistisch? Oder hälst du deinen hypothetischen Stimulator für weit überlegen, und wenn ja, warum?

  13. Re: Konstruktion hui - Physik pfui

    Autor: pu_king81 18.04.15 - 21:19

    Realistisch ist was das Gehirn fuer realistisch haelt.

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