Valve Lighthouse: Vergangenheit & Zukunft des PC-VR-Trackings

Seit über einem Jahrzehnt entwickelt Valve bereits VR-Brillen und Controller-Tracking-Systeme. Angelehnt an einen aktuellen Bericht lest ihr hier von den Anfängen und der möglichen Zukunft.

Die ersten VR-Systeme kamen in den 1980er-Jahren auf den Markt, doch verpixelte Grafiken und schlechtes Tracking führten zu einem Bruch in der VR-Geschichte. Es dauerte mehrere Jahrzehnte, bis das Interesse an Virtual Reality wieder zunahm.

Prototypen der Oculus Rift haben in den 2010er-Jahren gezeigt, dass die Unzulänglichkeiten früherer VR-Brillen zu einem vernünftigen Preis behoben werden konnten. Zu dieser Zeit war auch Valve in die Entwicklung von AR und VR involviert. Das Unternehmen erkannte, dass die Technologie bereits weit genug fortgeschritten war, um auch anspruchsvolle VR-Brillen zu produzieren.

Der bekannte VR-Analyst Brad Lynch geht in einem YouTube-Video auf die frühen Arbeiten von Valve ein. Dabei spricht er auch über den aktuellen Stand des Lighthouse-Tracking-Systems mit der Base Station 2.0, die nun von HTC hergestellt wird. Zudem gibt Lynch einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungen.

Valves Tracking-Prototypen

Lynch zeigt in seinem Video einen Prototyp der ersten Lighthouse-Basisstation. Dabei handelt es sich um ein grünes Kunststoffgerät mit einem dreieckigen Oberteil und einem zylindrischen Unterteil, aus dem an beiden Enden Drähte herauskommen. Valve untersuchte auch andere Optionen, die Alternativen waren für die Massenproduktion jedoch zu teuer oder erwiesen sich als unzuverlässig für das Tracking von Controllern und Headsets.

Die Verwendung externer Infrarot-Laser (IR-Laser) von Basisstationen hat sich schnell als Standard für VR-Tracking durchgesetzt. Kompatible VR-Brillen und Controller verfügen über mehrere Fotodioden, die dieses Licht erkennen können.

Ein Rotor sendet eine für das menschliche Auge unsichtbare Linie aus Infrarotlicht mit einer bestimmten Frequenz durch den Raum. Wenn ein Sensor (Fotodiode) das Infrarotlicht erfasst, kann das Lighthouse-System die Entfernung zwischen der Basisstation und diesem Sensor bestimmen.

Zwei Basisstationen erkennen die Position von VR-Brillen, VR-Controllern und anderen Trackern im Raum als Netz von trigonometrischen Punkten, die sie genau bestimmen können. Da VR-Geräte mehrere Sensoren enthalten, kann auch der Winkel, in dem sie sich befinden, getrackt werden. Die einzige Bedingung für eine fehlerfreie Funktion ist, dass sich keine Hindernisse zwischen den Sendern (Basisstationen) und den Empfängern (Gerätesensoren) befinden.

Valves Technik war aber noch etwas komplizierter. Es gab ein Synchronisationskabel zwischen den Basisstationen, IR-Synchronisationsimpulse und im IR-Licht kodierte Daten. Dennoch waren die grundlegenden Konzepte und Hardwareanforderungen relativ einfach, was unter anderem zum Erfolg des Lighthouse Tracking Systems und der Valve Basisstationen führte.

Valve-Basisstation 2.0

Lynch erklärt, dass Valve bei der zweiten Generation der Basisstationen mehr Informationen in das IR-Licht kodierte, um auf das Synchronisierungskabel und die Synchronisierungsimpulse verzichten zu können. Valve fand zudem einen Weg, einen der beiden Rotoren zu entfernen und so eine Lichtquelle in zwei Strahlen aufzuteilen.

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Die Valve-Basisstationen 2.0 sind besser und kleiner. | Bild: Valve

Dadurch haben Valves Basisstationen 2.0 ein größeres Sichtfeld, eine größere Reichweite und sind einfacher zu installieren. Außerdem ist es nun möglich, mehr als zwei Basisstationen zu verwenden, um ein zuverlässigeres Tracking der VR-Hardware zu gewährleisten.

Valve-Tracking der nächsten Generation

Lynch spricht auch über mögliche zukünftige Trackingsysteme von Valve. So gibt es neue Fotodioden, die den Winkel des einfallenden Lichts erkennen können, und polarisierte LEDs ermöglichen die Identifikation einzelner Lichtquellen.

Die Kombination dieser Technologien würde eine neue Art des Trackings mit der Zuverlässigkeit des Lighthouse-Systems ohne Basisstationen ermöglichen.

Valve hat Patente angemeldet und Investitionen getätigt, die darauf hindeuten, dass das Unternehmen an einem solchen Tracking-System arbeitet. Die Patente umfassen sowohl Inside-Out-Tracking, das bei Standalone-Headsets wie der Quest 2 zu Einsatz kommt, als auch Basisstationen, die populärste Tracking-Methode für PC-VR-Systeme.

Valve könnte es Nutzer:innen ermöglichen, die für sie beste Lösung zu wählen: Bei der Verwendung von Körper-Trackern, Objekt-Trackern oder bei der Verfolgung mehrerer Spieler:innen gleichzeitig ist das Lighthouse-System die beste Wahl. Wenn Spielende ihre Standard-Controller verwenden möchten, ist eine All-in-one-Lösung effektiver.

Hinweise auf Deckard

Lynch geht davon aus, dass Valve Kameras für das Tracking einsetzt und in diese Richtung forscht. Die Valve Index verfügt über Stereokameras und verschiedene Passthrough-Modi, die jedoch nur von wenigen Anwendungen genutzt werden.

Es ist denkbar, dass das gerüchteweise angekündigte Valve-Headset Deckard mit Farbkameras für Mixed-Reality-Anwendungen ausgestattet wird. Außerdem könnte es Inside-Out-Tracking bieten. Durch optionales Lighthouse-Tracking wäre es auch für Nutzer:innen geeignet, die auf ein erweitertes Körpertracking wert legen.

Alle Details zum Lighthouse Tracking von Valve findet ihr in dem sehr informativen Video von Brad Lynch.

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