© Andrejs Pidjass, 123RF.com

Seit Jahrzehnten träumen Spieler und Geeks von virtueller Realität. Mit der Oculus Rift könnte der Traum auch für Linux-Anwender und -Entwickler Wirklichkeit werden – wenn auch von Facebooks Gnaden.

Die Produzenten der Zeichentrickserie Futurama, die identisch mit denen der Simpsons sind, müssen es geahnt haben: Als Protagonist Fry im Jahr 3000 das Internet ausprobiert, landet er in einer virtuellen 3-D-Welt, dem Internet. Bevor er aber ihrer Faszination richtig erliegen kann, stürzen sich schon Horden lärmender Werbebanner auf ihn: “My god, it’s full of ads!”, lautet sein entsetzter Aufschrei [1].

So ähnlich sehen nun wohl auch zahlreiche Fans die Zukunft der virtuellen Realität (kurz VR), nachdem Facebook die kleine Firma Oculus VR [2] für zwei Milliarden US-Dollar gekauft hat. Von ihr stammt die Oculus Rift (Abbildung 1), der Prototyp einer VR-Brille, die das alte Science-Fiction-Thema im Laufe der letzten beiden Jahre in die Gegenwart katapultierte.

Abbildung 1: Die aktuelle Oculus Rift aus dem Developer Kit 1 samt Controllerbox. Beide sind durch ein Kabel fest verbunden.

Eben noch der heiße Scheiß, kühlte der Facebook-Kauf den Enthusiasmus vieler Fans aber deutlich ab. Prominent kündigte Minecraft-Entwickler Markus Persson nach dem Kauf seine Kooperation mit Oculus VR. Über die Mitarbeiter der Firma brach ein veritabler Shitstorm herein, der sich ironischerweise häufig in Facebook-Kommentaren, vereinzelt aber auch in Morddrohungen, Bahn brach.

Nach dem Sturm

Nachdem sich der Sturm der Empörung etwas gelegt hat, scheint das Ausmaß der Verwüstungen jedoch überschaubar. Laut Palmer Luckey, dem Firmenchef von Oculus VR, benötigen die Nutzer zukünftig keinen Facebook-Account, um die Rift zu verwenden. Man hätte die Firma auch an andere große Player verkaufen können, doch seien diese eben nicht an der Vision dahinter interessiert gewesen, die Luckey mit Facebooks Mark Zuckerberg teile. Sein Tenor: Mit dem Facebook-Geld und der technischen Vision lasse sich VR nun erstmals realisieren.

Auch viele der Rift-Entwickler wollen weiterhin mit der Datenbrille arbeiten. Tatsächlich hat, wer sich eine VR-Zukunft wünscht, aktuell kaum eine andere Wahl, als zur Oculus Rift zu greifen. Zwar arbeiten auch andere große Hersteller an Datenbrillen, doch konkrete Modelle lassen oft noch auf sich warten, vom Linux-Support ganz zu schweigen (siehe Kasten “Die VR-Konkurrenz”).

Das Developer Kit 1 (DK 1) konnte bis vor Kurzem hingegen jeder bestellen, der sich als Entwickler für die Rift meldete, aktuell gibt es noch Geräte auf Ebay. Das DK 2 lässt sich aber bereits vorbestellen, soll im Juli erscheinen und behebt viele der Probleme des DK 1.

Wichtig für Linux-Entwickler: Das SDK läuft, so wie auch einige der verfügbaren Demos, unter Linux. Es steht nicht unter einer freien Lizenz, aber der Quellcode ist verfügbar. Glaubt man Palmer Luckey [3], verlangt die Firma kein Geld von den SDK-Nutzern und sie können ihre damit erzeugten Spiele ohne Genehmigung veröffentlichen.

Ausgepackt

Zwischen dem Bestellen der VR-Brille (DK 1) und dem Versand aus Großbritannien verging eine Woche, alles in allem schlug das Gerät mit 300 Euro zu Buche. Im angelieferten Plastikkoffer lagen unter anderem drei Paar Linsen mit den Bezeichnungen A, B und C. Die breitesten Linsen (A) richten sich an weitsichtige und scharfsichtige Nutzer, die mittlere Größe (B) an moderat Kurzsichtige, die C-Linsen sind für stark kurzsichtige Rift-Anwender gedacht. Brillenträger müssen diese theoretisch jedoch nicht abnehmen: die Front der Rift lässt sich ein Stück nach vorn verschieben, sodass zwischen Brille und Linsen kein Kontakt bestehen soll. In der Praxis funktioniert das mit dem DK 1 aber nicht immer problemlos.

Die VR-Brille hängt mit einem fest verdrahteten, etwa 1,50 Meter langen Kabel an einer kleinen Controllerbox, die über mehrere Ausgänge verfügt. Einer von ihnen versorgt sie mit Strom, zwei weitere (USB 2.0 und HDMI 1.3+) verbinden sie mit einem Rechner, der eine einigermaßen aktuelle Grafikkarte mitbringen sollte, damit die Demos mit den empfohlenen 60 Frames pro Sekunde laufen. Im Test kam ein HP-Laptop mit einer ATI/AMD-Grafik (HD 6500M) zum Einsatz. Daneben gibt es noch einen DVI-Ausgang mitsamt DVI-HDMI-Adapter. Auf dem Controller selbst lässt sich die Rift über einen Tastschalter aktivieren, auch die Helligkeit und den Kontrast ändert der VR-Nutzer hier.

Innere Werte

Wer die Rift aufsetzt, blickt auf ein 7 Zoll großes 60-Hz-LED-Display mit 1280 x 800 Auflösung (Aspect Ratio 5:4), wobei für jedes Auge 640 x 800 Pixel bleiben. Das ist jedoch nicht besonders viel und führt dazu, dass der Betrachter die Pixel des Displays sieht (Fliegengittereffekt).

Das Sichtfeld beträgt diagonal 110 Grad und horizontal 90 Grad: So stellt sich ein Gefühl der Immersion ein. Der User befindet sich komplett in einem virtuellen Raum und sieht kein Außerhalb mehr, was die Rift von Augmented Reality oder VR-Lösungen mit kleinerem Sichtfeld unterscheidet. Zwar beträgt das horizontale, binokulare Gesichtsfeld eines Menschen 170 Grad, doch an den Rändern erkennt er ohnehin keine Muster.

Das Head Tracking, das mit einer Abtastfrequenz von 1000 Hz den Kopfbewegungen der Nutzer folgt, unterstützt das Gefühl der Immersion. Das DK 1 verfügt dabei über drei Freiheitsgrade (DoF, Degrees of Freedom): Der Akteur kann den Kopf nach oben und unten bewegen (Pitch), nach recht und links (Yaw) und er kann ihn zur rechten und linken Seite neigen (Roll). Der Pupillenabstand (IPD, Interpupillary Distance) ist auf 64 Millimeter fixiert, allerdings lässt sich das Software-seitig über die stereoskopische Projektion justieren.

DK 2 im Anmarsch

Das große Ziel der Virtual-Reality-Anhänger heißt aber Präsenz. Die stellt sich ein, wenn die Anwender die virtuelle Welt so wahrnehmen, wie die echte. Treten keine grafischen Fehler oder andere Ungereimtheiten auf, akzeptiert das Gehirn die Illusion als alternative Realität.

Das zweite Entwicklerkit (DK 2) wird diesem Ziel näher kommen, weil die Entwickler hier die Hardware des ersten optimiert haben. Das beginnt beim Display: Mit einer Auflösung von 960 x 1080 Pixeln pro Auge ist das Bild deutlich schärfer und das Fliegengitter kaum mehr zu sehen; die fertige Version soll eine noch höhere Auflösung mitbringen. Zugleich erreicht das OLED-Display Refresh-Raten zwischen 60 und 75 Hz bei Schaltzeiten von nur 2 oder 3 Millisekunden, was Bewegungsunschärfen und Ruckeln eliminieren soll.

Daneben wird das DK 2 zusätzlich eine externe Kamera besitzen, welche die absolute Position des Nutzers im Raum bestimmt. Dadurch wirken sich in der virtuellen Welt auch Kopfbewegungen nach vorn, hinten, rechts, links, oben und unten aus, womit die Oculus Rift sechs Freiheitsgrade erreicht.

Diese Neuerung löst, zusammen mit den schnelleren Display-Schaltzeiten, ein großes Problem des ersten Kits: die Motion Sickness. Dank der auf Deutsch Reisekrankheit genannten Reaktion wurde einigen Nutzern beim Einsatz der VR-Brille schlicht übel. Das soll nun der Vergangenheit angehören.

Nicht zuletzt dürften Entwickler das Fehlen des bisherigen Kabelsalats begrüßen: Ein 3 Meter langes Kabel, das an den Enden in einen USB- und einen HDMI-Stecker mündet, versorgt die Brille mit Strom und Daten. Die Controllerbox fällt weg, das Kabel lässt sich von der Brille abnehmen. Kostete das DK 1 noch 300 US-Dollar, soll die neue Version mit 350 US-Dollar zu Buche schlagen.

Linux ahoi!

Die Tester haben die Oculus Rift mit der Vorabversion von Lubuntu 14.04 ausprobiert, um den Desktop-Overhead möglichst gering zu halten. Zunächst brauchte das System die proprietären Treiber für Nvidia- oder ATI-Grafikkarten, mit den freien Treibern funktionierte die Rift nicht. Zwar soll sie nach offizieller Auskunft [8] auch schon mit Intel-Karten wie der HD 4000 laufen, doch empfehlen die Macher Grafikkarten, die eine Bildwiederholrate mit 60 Bildern pro Sekunde erlauben.

Nach Treiberinstallation und Neustart kann der Rift-User die Hardware anschließen, die VR-Brille über den Controller einschalten und die Displays konfigurieren: Das DK 1 erwartet eine Auflösung von 1280 x 800 Pixeln, der Bildschirm des Testlaptops löste mit 1366 x 768 Pixeln auf. Lubuntu 14.04 legte das Rift-Display automatisch als erstes Display fest und wies dem Laptop-Bildschirm keine normale Auflösung zu. Das lösen andere Linux-Systeme eventuell besser, ein richtiges Problem war es aber nicht.

Wer mit der Oculus starten möchte, benötigt zudem das SDK. Dazu muss er sich kostenlos im Developer-Bereich registrieren [9]. Das SDK hat mehrere Skripte für Linux im Gepäck, die der Anwender nacheinander ausführt. Nach dem Entpacken des Archivs wechselt er dazu in den Ordner »OculusSDK« und führt die Befehle aus Listing 1 aus.

01 chmod -R a+x
02 ./ConfigurePermissionsAndPackages.sh
03 cd /lib/x86_64-linux-gnu
04 sudo ln -s libudev.so.1 libudev.so.0

Über den »chmod« -Befehl verhindert er Zugriffsprobleme mit dem Holzhammer, das Konfigurationsskript installiert im nächsten Schritt eine Reihe von Paketen nach, welche die Oculus auf Linux-Systemen braucht. In den Zeilen 3 und 4 verlinkt der Installateur eine existierende Udev-Bibliothek neu, falls die Oculus-World-Demo beim Start eine Udev-Bibliothek vermisst. Nun könnte die Demo bereits laufen, wenn auch ohne Head Tracking. Um dies zu aktivieren und die Rift an die eigenen Bedürfnisse anzupassen, führt der User das Skript

./OculusConfigurationUtility

aus (Abbildung 2). Erscheint im oberen Bereich des Fensters die Meldung »No USB detected« , ist es hilfreich, das USB-Kabel der Rift kurz zu entfernen und wieder neu einzustecken.

Abbildung 2: Das Konfigurationstool für die Oculus Rift hilft beim Ausmessen des Blickfelds und beim Kalibrieren für das Head Tracking.

Danach legt der Nutzer ein Profil an, wählt die passenden Augengläser aus und eicht die VR-Brille über den »Calibrate« -Button. Dazu dreht er das Gerät in Kopfhöhe um alle drei Achsen, bis das Fenster auf dem Bildschirm einen grünen Streifen anzeigt (Abbildung 3). Dann speichert er die Einstellung.

Abbildung 3: Beim Kalibrieren dreht der User die VR-Brille mehrmals um die drei Achsen.

Die IPD kann der Rift-User per Hand eintragen oder er startet über »Launch Interactive Utility« ein interaktives Werkzeug für die VR-Brille, das ihn unterstützt. Nach dem Aufsetzen der Brille sieht er dann ein Menü. Hinter dem Menüpunkt »Measure IPD« verbirgt sich ein Test, um die Rift an sein Blickfeld anzupassen. Er schließt zum Beispiel das rechte Auge und verfolgt mit dem linken eine senkrechte grüne Linie. Diese bewegt er dabei über Mausklicks auf ein Pfeilsymbol bis ganz nach links beziehungsweise ganz nach rechts. Das wiederholt er dann mit dem anderen Auge, »Accept« speichert das Ganze (Abbildung 4).

Abbildung 4: Über den »Settings Viewer« kann der Benutzer überprüfen, ob die Einstellungen, die er zuvor über das Configuration Utility ausgewählt hat, für seine Augen passen.

Anschließend sollte er im »Settings Viewer« einen virtuellen Raum mit Tisch und Tür scharf sehen. Beim nächsten Start muss er den Zirkus allerdings wiederholen, das Konfigurationsskript laboriert noch an Kinderkrankheiten (siehe Kasten “Zu Tode konfiguriert”).

Oculus im Haus

Über »./OculusWorldDemo« startet der Benutzer dann die Toscana-Demo und landet in einer recht spartanisch eingerichteten Villa mit Meerblick (Abbildung 5). Hier kann er sich mit Hilfe von Kopfbewegungen umschauen und seinen (unsichtbaren) Avatar durch das Haus und den virtuellen Garten manövrieren. Hinter der Mauer lässt sich auch ein Blick aufs Meer erhaschen. Wer schon mal beim Schnorcheln oder Tauchen war, kann sich das Gefühl, in eine fremde Welt einzutauchen, in etwa vorstellen.

Abbildung 5: Luxus, wenn auch nur virtuell: Die Toscana-Demo, die ein Haus am Meer zeigt, ist meist die erste Begegnung der Nutzer mit virtueller Realität.

Über [Leertaste] erreicht der Tourist ein In-Demo-Menü, das statistische Werte (FPS, FoV, IPD) sowie Tastenkombinationen anzeigt, über die der VR-Anwender Parameter des Spiels verändert – Sound bringt die Demo nicht mit.

Eine Übersicht der verfügbaren Demos gibt es unter [10]. Auf der Heft-DVD befindet sich die Demo “Titans of Space”, ein Blick darauf lohnt sich allemal. Es genügt, das Zip-Archive zu entpacken und die Datei für die Linux-Architektur mit »chmod u+x« ausführbar zu machen, um die Demo zu starten. Auch “Technolust”, “The City”, “The Room” sowie “Lorryrider” (Abbildung 6) können sich sehen lassen, Letzteres braucht aber schon eine fortgeschrittene Grafikkarte, denn mit Rucklern verpufft die Wirkung ein wenig. Bei einigen Demos mussten die Tester zunächst [F11] drücken, damit die Perspektive stimmte.

Abbildung 6: In “Lorryrider” fährt der Rift-Besitzer auf einer Lore durch ein Bergwerk, wofür sich der Besitz einer guten Grafikkarte rentiert. Andernfalls stören Ruckler die Präsenz im Spiel.

Entwickeln für die Rift

Wer Software für die Rift entwickeln möchte, findet im zugehörigen Handbuch [11] die nötigen Informationen über das mitgelieferte SDK. Mit “Oculus Rift in Action” [12] von Bradley Austin Davis, Karen Bryla und Alex Benton gibt es zudem ein Work-in-Progress-Buch, das sich mit dem Programmieren für die Rift auseinandersetzt, im Schlepptau hat es ein Github-Repository mit frei verfügbaren Beispielen für Anwendungsentwickler [13]. Listing 2 zeigt, wie sich die Software, die eine angepasste Version des Oculus-Rift-SDK integriert, unter Ubuntu 14.04 übersetzen lässt.

01 sudo apt-get install git cmake libxrandr-dev libxi-dev libpng12-dev zlib1g-dev g++ libopencv-dev
02 git clone https://github.com/OculusCommunitySDK/OculusRiftExamples.git OculusRiftExamples
03 cd OculusRiftExamples
04 git submodule init
05 git submodule update
06 mkdir build
07 cd build
08 cmake .. -G "Unix Makefiles"
09 make

Nach der Installation einiger Headerdateien im ersten Schritt lädt der VR-Entwickler den Code aus dem Github-Repository herunter und besorgt sich dann die Untermodule »init« und »update« . Anschließend erzeugt er ein Build-Verzeichnis, wechselt in dieses und generiert über Cmake ein Unix-artiges Makefile, das er im letzten Schritt aufruft. Bricht der Übersetzungsvorgang ab, muss er auf Basis der Fehlermeldungen eventuell noch weitere Entwicklerpakete nachinstallieren. Die ausführbaren Beispieldateien landen im Erfolgsfall im Verzeichnis »build/output« .

Motorgesteuert

Bei der 3-D-Programmierung kommt recht schnell eine Menge Code zusammen, daher ergibt es nicht nur für Spiele-Entwickler Sinn, grafische 3-D-Editoren heranzuziehen, die eine darunterliegende Spiele-Engine verwenden. Sehr beliebt und gut unterstützt ist die Unity-Engine. Oculus VR bietet Dateien [9] an, mit deren Hilfe Unity Rift-optimierte Demos ausspuckt, das SDK exportiert dabei auch Dateien für Linux.

Der Pferdefuß: Der Entwickler muss den Unity-Editor im Vorfeld kaufen – und der läuft bislang nicht nativ auf Linux. Zudem gilt die Grafik der mit Unity erzeugten Spiele nicht als letzter Schrei, auch wenn sie für viele aktuelle und Indie-Spiele völlig ausreicht. Auf der Oculus-Webseite finden sich ein Handbuch zur Unity-Integration [11] sowie eine Unity-Variante der Toskana-Demo [9].

Weniger gut integriert, aber ebenfalls interessant dürfte Valves Source-SDK 2013 sein, das die Oculus Rift unterstützt [14]. Entwickler kommerzieller Spiele brauchen eine kostenpflichtige Lizenz, alle anderen können die Engine frei verwenden. Sie landet im Verbund mit dem recht angestaubten Hammer Editor auf der Festplatte.

Grafisch auf der Höhe der Zeit sind die Unreal- und die Cry-Engine. Für beide haben die Hersteller für das Frühjahr 2014 Linux-Versionen angekündigt, zudem wurde das Preismodell umgestellt. Die Unreal Engine unterstützt die Rift in den Versionen 3 und 4, auch die Cry-Engine verfügt über eingebauten Rift-Support (Versionen 3 und 4).

Unter den freien Engines kooperiert Torque 3-D [15] mit der Oculus Rift, für Panda 3-D [16] gibt es eine rudimentäre Unterstützung. Auch die Blender Game Engine (BGE) kommt mit der VR-Brille zurecht: Blender-Entwickler Lubosz Sarnecki hat einen Python-Wrapper entwickelt [17], der auf der Open-HMD-Bibliothek basiert.

Web 3-D

Auch im Internet beschäftigt sich so mancher mit der Datenbrille. Viele rendern einfach vorhandene Filme stereoskopisch und zeigen zwei identische Bilder versetzt zueinander. Das klappt auch mit Youtube-Videos, das Format dazu heißt SBS (Sidy by Side).

Der schwierige Part bei Filmen und 3-D-Anwendungen im Netz besteht jedoch darin, das Head Tracking zu integrieren, meist kann der Nutzer die Perspektive lediglich per Maus oder Tastatur verändern. Die Bibliothek Vr.js [18] soll auch Head Tracking unterstützen, setzt dabei aber auf das veraltete NP-API.

Insbesondere die Javascript-Bibliothek Three.js [19] erfreut sich im 3-D-Bereich großer Beliebtheit. Die zugehörige Webseite zeigt eine Reihe beeindruckender Projekte, darunter eine Demo für die Rift [20]. Nicht zuletzt könnte Second Life dank der neuen Technologie ein Revival erleben: Zumindest der alternative Ctrlaltstudio-Client [21] steuert die VR-Brille inzwischen an.

Fazit

Mit der Oculus Rift und ihren Verwandten könnte Virtual Reality erstmals massentauglich werden, Consumer-Geräte werden für 2015 erwartet. Vermutlich dürften sich vor allem Spieler für die neue Technologie interessieren, doch auch im CAD- und Filmbereich sowie in der Medizintechnik besteht durchaus Interesse an der VR-Technologie. So experimentieren die Ingenieure der privaten Raumfahrtfirma Space X mit der Oculus [22]. Inwieweit sich auch ein VR-Internet entwickelt, bleibt abzuwarten, für Konferenzen und Live-Streaming wäre die Virtualität sicher ein interessantes Feld.

Schaut man sich die Liste der existierenden Demos und Spiele für die Oculus Rift an, scheinen die Linux-Anwender jedoch wieder als Dritte durchs Ziel zu gehen. Zumindest sind kleinere Verbesserungen spürbar: Das SDK funktioniert unter Linux, und die großen Game Engines bieten mittlerweile Linux-Support an.

Generell ist zurzeit noch offen, welche Steuerung sich am Ende durchsetzt. Klar ist, dass Tastatur und VR-Brille keine optimale Kombination abgeben. Recht beliebt scheint der Razer Hydra zu sein, für den es unter [23] auch ein Linux-SDK gibt. Daneben sind einige Datenhandschuhe in Arbeit. Für Trekkies gibt es mit der Virtuix Omni [24] gar eine Art Laufgitter mit beweglichem Fußboden, das den Nutzer mit Gurten in der Vertikalen hält. Es kommt dem Holodeck aus Star Treck noch am nächsten. Oculus VR soll indes mit einer haptischen Steuerung experimentieren.