Verstehen von Virtual Reality: Ein umfassender Überblick

In den letzten Jahren ist die Virtuelle Realität (VR) immer beliebter und fortschrittlicher geworden. Was mal mit einfachen Videospielen in den 1960er Jahren angefangen hat, ist jetzt zu immersiven Systemen geworden, die unsere Sinne täuschen und uns das Gefühl geben, in einer anderen Welt zu sein. VR wirft interessante Fragen auf. Zum Beispiel, kann es unser Gehirn so sehr täuschen, dass wir den Unterschied zwischen echtem Leben und einer erfundenen Welt nicht erkennen können? Ist es möglich, eine Welt zu erschaffen, in der normale physikalische Regeln nicht gelten?

Die Antwort auf die erste Frage ist ja; es kann möglich sein, dass unser Verstand auf diese Weise getäuscht wird. Bezüglich der zweiten Frage, ja, es ist auch möglich, eine Welt zu schaffen, die magisch erscheint und nicht den physikalischen Gesetzen folgt. Allerdings hängt das davon ab, wie viel Information dem Beobachter verborgen bleibt, der VR erlebt, was bedeutet, dass der Beobachter bereit sein muss, das zu akzeptieren, was er sieht.

Im Grunde genommen kann ein VR-System sowohl reale Erfahrungen als auch erfundene zeigen. Für jemanden, der ein VR-Headset trägt, fühlt sich die Erfahrung real an, auch wenn sie es nicht ist. Diese Erfahrung kann gegen jede andere Erfahrung eingetauscht werden, egal ob diese real oder falsch ist.

#Wie nehmen wir die Realität wahr?

Menschen verlassen sich auf ihre Sinne, um die Welt um sich herum zu verstehen. Diese Sinne umfassen Sehen, Hören, Fühlen, Schmecken und Riechen. Manchmal kann unsere Wahrnehmung der Realität getäuscht werden. Zum Beispiel können zwei gerade Linien, die gekrümmt erscheinen, je nach Umgebung unterschiedlich wahrgenommen werden. Diese Täuschung unserer Sinne sieht man oft bei optischen Täuschungen.

Es ist nicht nur unser Sehen, das getäuscht werden kann. Unser Urteil kann auch in die Irre geführt werden. Ein bekanntes Beispiel dafür ist das Phänomen der "Fata Morgana", bei dem Objekte aufgrund von atmosphärischen Bedingungen verzerrt erscheinen. VR-Technologie zielt nicht darauf ab, unser Sehen direkt zu täuschen, sondern konzentriert sich darauf, unser Urteil darüber zu verändern, was wir sehen.

VR funktioniert auf zwei Hauptarten: Erstens, es blendet die echte Welt aus, und zweitens, es schafft eine alternative Realität, die wir erleben können. Während die heutige VR-Technologie hauptsächlich auf Sehen, Hören und Fühlen abzielt, steckt die Entwicklung von Werkzeugen für Geschmack und Geruch noch in den Kinderschuhen.

#Die Beziehung zwischen physikalischen Systemen und Computern

Lass uns darüber nachdenken, was passiert, wenn ein Computer ein Programm ausführt. Physikalisch gesehen ist der Computer ein elektrischer Schaltkreis, in dem elektrische Ladungen gemäss den Regeln der Physik fliessen. Diese anfänglichen physikalischen Zustände können als die Software oder Anwendungen betrachtet werden, die laufen.

Jede Berechnung, die in einem Computer stattfindet, ist ein physikalisches Ereignis, das durch bestimmte Variablen erfasst werden kann, die beschreiben, wie sich dieses System über die Zeit verändert. Diese Sichtweise der Berechnung als physikalisches Ereignis wurde von Experten im Bereich der Quantencomputing diskutiert.

Viele Forscher stimmen zu, dass wir auch die gegenteilige Frage betrachten können: Unter welchen Bedingungen können wir sagen, dass physikalische Veränderungen, wie ein schwingendes Pendel, eine Berechnung darstellen?

Mit dieser Perspektive können wir die Grenzen von VR untersuchen, indem wir uns auf die physikalischen Systeme konzentrieren, die wir für das Rechnen verwenden, und wie sie sich auf die Freiheitsgrade beziehen, die die Variablen darstellen, die verschiedene Aspekte eines Systems beschreiben.

#Freiheitsgrade in physikalischen Systemen

Freiheitsgrade können als die Anzahl der Variablen verstanden werden, die benötigt werden, um ein System vollständig zu beschreiben. Diese können Physikalische Systeme, wie Teilchen oder Planeten, oder immaterielle wie Licht sein. Wenn ein System keine Einschränkungen hat, entsprechen seine Freiheitsgrade der Anzahl seiner Komponenten.

Wenn es Einschränkungen für das Verhalten des Systems gibt, dann werden die Freiheitsgrade geringer sein als die Gesamtzahl der Komponenten. In solchen Fällen sind die Variablen im System miteinander verbunden, und wir können sie als Funktionen der Freiheitsgrade ausdrücken.

Wenn du zum Beispiel über eine Gruppe von Teilchen nachdenkst, die ohne Einschränkungen interagieren, können die Freiheitsgrade ein Mass dafür sein, wie sich diese Teilchen bewegen. In vielen Situationen kann die Bewegung dieser Teilchen mit nur einem Parameter, wie der Zeit, beschrieben werden, während sie einem bestimmten Pfad folgen.

In praktischen Begriffen ist es wichtig, dies zu verstehen, um realistische Simulationen in VR zu erstellen, daher ist es entscheidend, dies von Anfang an im Hinterkopf zu behalten.

#Der Simulationsprozess

Es gibt zwei gängige Bedeutungen für den Begriff "Simulation." Die erste Bedeutung bezieht sich auf die Verwendung numerischer Methoden zur Analyse eines physikalischen Systems zu einem bestimmten Zeitpunkt. Ein gutes Beispiel ist die Wettervorhersage, die auf Simulationen von atmosphärischen Bedingungen beruht.

Die zweite Bedeutung von Simulation bezieht sich auf das Schaffen von Erfahrungen, die unsere Sinne täuschen und uns etwas erleben lassen, das sich von der Realität unterscheidet. Ein Beispiel dafür findet man in Videospielen, in denen Spieler in eine virtuelle Welt eintauchen.

Manchmal können beide Arten von Simulationen zusammen stattfinden, wie bei Flugsimulatoren, die Piloten trainieren.

#Konzeptuelle nicht-interaktive Simulationssysteme

Lass uns ein Szenario betrachten, in dem ein Bauarbeiter ein einfaches Gerät erstellt, das auf bestimmten Regeln basiert, und ein Beobachter dieses Gerät beobachtet. Der Bauarbeiter und der Beobachter einigen sich darauf, welche Teile des Geräts Eingaben, Ausgaben und Berechnungen sind.

Der Beobachter kann Messungen des Geräts vornehmen, sodass er verfolgen kann, wie es sich im Laufe der Zeit verhält. Wenn der Beobachter zeigen kann, dass eine Reihe von Gleichungen beschreibt, was er sieht, dann wird er glauben, dass das System real ist.

Wenn der Beobachter diese Gleichungen nicht finden kann, könnte er versuchen, das, was er sieht, zu verstehen, indem er entweder neue Variablen hinzufügt oder Einschränkungen anwendet, die sich im Laufe der Zeit ändern könnten. Wenn sie die Gleichungen nicht mit dem, was der Bauarbeiter behauptet, dass das Gerät tut, in Einklang bringen können, werden sie zu dem Schluss kommen, dass es kein reales physikalisches System simuliert.

Schauen wir uns ein paar Beispiele an:

• Beispiel 1: Eine schwere Box mit einer gleitenden Scheibe darin simuliert freie Bewegung. Der Beobachter kann mit dem Bauarbeiter übereinstimmen, da ihre Messungen übereinstimmen.

• Beispiel 2: Ein ähnliches Gerät hat zwei Scheiben, aber nur eine ist sichtbar. Der Beobachter kann kein funktionierendes System für die zweite Scheibe bestimmen, was dazu führt, dass sie zu dem Schluss kommen, dass die Simulation die Realität nicht genau widerspiegelt.

• Beispiel 3: Eine Scheibe, die durch Federn verbunden ist, simuliert harmonische Bewegung. Der Beobachter kann die richtigen Gleichungen finden und stimmt mit dem Bauarbeiter überein.

• Beispiel 4: Eine versteckte Scheibe führt zu Verwirrung; der Beobachter kann nicht verstehen, was passiert, basierend auf ihrer begrenzten Sicht.

Die Hauptaussage ist, dass der Beobachter, um die Simulation zu akzeptieren, gültige Gleichungen finden muss, die mit dem übereinstimmen, was er beobachtet.

#Interaktive Konzeptsysteme: Virtuelle Realität (VR)

Die vorherigen Beispiele erlaubten nur passive Beobachtung. In einem VR-Setup kann der Beobachter jetzt mit der Simulation interagieren, indem er einen Controller hinzufügt, der ihm Einfluss auf die Erfahrung gibt. Dadurch kann der Beobachter Kräfte anwenden und mit der virtuellen Umgebung interagieren.

Zum Beispiel kann eine Scheibe in einem Behälter mithilfe einer Stange bewegt werden, sodass der Beobachter sehen kann, wie seine Handlungen die Bewegung der Scheibe beeinflussen. Diese Interaktion unterscheidet VR von den vorherigen Beispielen.

Wenn es jedoch verborgene Komponenten im System gibt, könnte der Beobachter Inkonsistenzen in der Simulation feststellen, was ihn dazu bringt, deren Gültigkeit zu hinterfragen.

#Theoretische Grenzen von VR-Systemen

Durch die vorherige Diskussion können wir sehen, dass Rechensysteme und ihre Freiheitsgrade eine grosse Rolle beim Verständnis von VR spielen. Die Ausgaben, Eingaben und die Verarbeitung des Computers teilen sich einzigartige Mengen an Freiheitsgraden.

Mit Simulationssystemen, die keine Eingabegeräte einschliessen, könnten Beobachter sie entweder als physikalisch oder nicht-physikalisch klassifizieren, je nachdem, wie die Komponenten interagieren. Wenn verborgene Variablen die beobachtbaren nicht beeinflussen, kann das System immer noch als physikalisch betrachtet werden. Wenn sie jedoch interagieren, wird es als nicht-physikalisch angesehen.

Wenn Eingabegeräte vorhanden sind, hat der Beobachter eine grössere Chance, das System korrekt zu klassifizieren. Wenn er alle Freiheitsgrade mit seinen Aktionen beeinflussen kann, wird er auch sehen, ob die Simulation mit der Realität übereinstimmt, die der Bauarbeiter zu schaffen behauptet.

#Anwendungen der virtuellen Realität in der realen Welt

In Wirklichkeit basieren VR-Systeme nicht nur auf physikalischen Prinzipien. Sie stammen auch aus der Welt der digitalen Elektronik. Gängige VR-Setups verwenden Bildschirme und Kopfhörer, wo Pixel und Klangfrequenzen das ausgeben, was der Nutzer erlebt.

Nehmen wir zum Beispiel einen Computer, der Informationen auf einem Bildschirm mithilfe von Pixeln darstellt. Dies repräsentiert einen physikalischen Prozess, der es dem Beobachter ermöglicht, zu visualisieren, was in der Simulation passiert.

Selbst in digitaler Form hängt die Erfahrung des Beobachters von den Freiheitsgraden ab, die in diesem sich entwickelnden System verfügbar sind.

#Fazit: Das Potenzial der Virtuellen Realität

Durch unsere Erkundung haben wir zentrale Punkte über die potenziellen Grenzen von VR zusammengefasst. Ein VR-System kann sowohl reale Lebensereignisse als auch fantastische simulieren. Um jedoch die Realität vollständig nachzubilden, benötigt es mehr Freiheitsgrade als die des realen Systems, das simuliert wird.

Obwohl man eine virtuelle Umgebung erleben kann, die sich real anfühlt, kann diese Illusion gebrochen werden, wenn der Beobachter mit der Simulation interagiert. In diesem Fall, wenn die Handlungen, die sie ausführen, Inkonsistenzen aufdecken, beginnt die Magie von VR zu verblassen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass VR eine aufregende Möglichkeit bieten kann, Realität und Vorstellungskraft zu erleben. Die Erfahrung fühlt sich oft echt an und kann gegen verschiedene andere Erfahrungen getauscht werden, egal ob real oder nicht.