Bericht #08 Revision 2: Head-Mounted Displays und AR Smart Glasses: Messung des Sichtfelds (Field of View) - VDC Fellbach

 
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Bericht #08 Revision 2: Head-Mounted Displays und AR Smart Glasses: Messung des Sichtfelds (Field of View) - VDC Fellbach
Bericht #08 Revision 2:
Head-Mounted Displays und AR Smart Glasses:
Messung des Sichtfelds (Field of View)
Stand: v05. 21.04.2021
Bericht #08 Revision 2: Head-Mounted Displays und AR Smart Glasses: Messung des Sichtfelds (Field of View) - VDC Fellbach
Inhalt
1.     Einführung - Aufgabenstellung ........................................................................................................ 3
2.     Messaufbau ..................................................................................................................................... 4
3.     Messverfahren ................................................................................................................................. 7
4.     Messergebnisse ............................................................................................................................... 7
5.     Schlussfolgerungen ........................................................................................................................ 15
6.     Limitationen ................................................................................................................................... 17
7.     Glossar ........................................................................................................................................... 19
8.     Messprotokoll ................................................................................................................................ 20
9.     Literaturverzeichnis ....................................................................................................................... 21
10. Impressum ..................................................................................................................................... 22
11. Förderhinweis ................................................................................................................................ 22

Abbildungsverzeichnis
Abbildung 01: 3D-Kopf seitlich ................................................................................................................ 5
Abbildung 02: 3D-Kopf diagonal.............................................................................................................. 5
Abbildung 03: 3D-Kopf frontal ................................................................................................................ 5
Abbildung 04: Vollständiger Messaufbau ............................................................................................... 5
Abbildung 05: 180°-Plastiksphäre mit Profil ........................................................................................... 6
Abbildung 06: Testbildsphäre mit Zielkreuz aus schwarzem Garn ......................................................... 6
Abbildung 07: Sichtfeld-Testbild ............................................................................................................. 6
Abbildung 08: AVEC-Testbild ................................................................................................................... 6
Abbildung 09: Binokulares diagonales Sichtfeld (in Grad) – Vergleich mit Herstellerangaben .............. 8
Abbildung 10: Binokulares diagonales Sichtfeld (in Grad) mit Originalpolsterung ................................. 9
Abbildung 11: Binokulares horizontales Sichtfeld (in Grad).................................................................. 10
Abbildung 12: Monokulares (rechtes Auge) vertikales Sichtfeld (in Grad) ........................................... 10
Abbildung 13: Diagonaler stereoskopischer Bereich mit der Originalpolsterung (in Grad).................. 11
Abbildung 14: Horizontaler stereoskopischer Bereich mit der Originalpolsterung (in Grad) ............... 12
Abbildung 15: binokulares (rechtes Auge) diagonales Sichtfeld (in Grad) ............................................ 12
Abbildung 16: Binokulares horizontales Sichtfeld (in Grad).................................................................. 13
Abbildung 17: Monokulares (rechtes Auge) vertikales Sichtfeld (in Grad) ........................................... 13
Abbildung 18: Diagonaler stereoskopischer Bereich ............................................................................ 14
Abbildung 19: Vertikaler stereoskopischer Bereich .............................................................................. 14

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1. Einführung - Aufgabenstellung

  Hintergrund
  Head-Mounted Displays (HMDs/Headsets, zu Deutsch "Datenhelme") haben in den letzten wenigen
  Jahren einen kommerziellen Siegeszug, vor allem in Konsumentenanwendungen hinter sich. HMDs
  sind seit Jahrzehnten als grundsätzlich interessante Interaktionsgeräte bekannt. Mit geringem Geld-
  und Platzbedarf lässt sich ein sehr hohes Gefühl der Virtuellen Präsenz erzeugen, da HMDs den
  Benutzer optisch isolieren (ähnlich wie geschlossene Kopfhörer akustisch isolieren). Technisch und
  preislich interessant wurden HMDs für eine sehr große Anzahl an Nutzern jedoch erst, nachdem
  kostengünstige und gleichzeitig sehr leistungsfähige Displays aus der Smartphone-Produktion zur
  Verfügung standen.
  Augmented Reality Smart Glasses (zu Deutsch „AR-Datenbrille“) können holografische Inhalte
  durch die Erkennung der Umwelt mit Hilfe von Tiefen-sensoren und Stereoskopie in das Sichtfeld
  des Trägers passgenau einblenden. Die bekannteste AR Smart Glass im industriellen Einsatz ist die
  Microsoft Hololens, die seit März 2016 in den USA verfügbar ist. Herkömmliche Datenbrillen fun-
  gieren oft nur als Visualisierung einer eigenständigen (im Gehäuse verbauten) oder externen (z. B.
  Smart-Phone) Rechen-einheit. Seit Ende 2019 wird die Hololens 2 an erste Kunden und zertifizierte
  Partner ausgeliefert und bietet nun auch ein Leasingmodell, dass eine kostengünstige Probe-Nut-
  zung ermöglicht. Die Hololens 2 bietet im Vergleich zur Hololens ein größeres Sichtfeld (50° diago-
  nal), eine intuitivere und genauere Gestensteuerung, Eyetracking, ein geringeres Gewicht sowie
  mehr Tragekomfort, Sprachsteuerung, bessere Sensorik und mehr Anwendungen.
  Die Akzeptanz von Interaktionstechnik ist ein wichtiger Faktor für eine erfolgreiche Implementie-
  rung von Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR), Mixed Reality (MR), im Folgenden kurz XR
  genannt. Weiterhin spielt die gute Benutzbarkeit eine wichtige Rolle bei der Erzeugung Virtueller
  Präsenz, also dem Gefühl, in einer Virtuellen Umgebung anwesend zu sein.
  Problemstellung
  HMDs ermöglichen durch das Headtracking sowie der vielfachen Vergrößerung des Bildes und kur-
  zen Distanz der Augen zu den Displays auf natürliche Weise einen großen Abschnitt der virtuellen
  Realität zu sehen. Das monokulare Gesichtsfeld des menschlichen Auges beträgt ca. 140° und das
  binokulare horizontale Gesichtsfeld ca. 214° [1]. Am äußeren Rand können nur noch sich bewe-
  gende Objekte und keine Muster mehr wahrgenommen werden. Das binokulare vertikale Gesichts-
  feld hat einen Umfang von ca. 60-70° nach unten und 70-80° nach oben [2]. Diese Anforderungen
  können aktuell nur zwei HMDs nach Herstellerangaben annähernd ausfüllen (Pimax VR und Star VR
  One). Die meisten der auf den Markt gebrachten HMD-Displays bieten ein diagonales Sichtfeld von
  100°-110° aufgrund des Schliffs der verbauten (Fresnel)-Linsen. Speziell entwickelte Linsen für ein
  größeres Sichtfeld führen oft zu einer Verringerung der Auflösung insbesondere in den äußeren
  Bereichen des Sichtfeldes. Auch die damit einhergehenden steigenden Anforderungen an die Re-
  chenleistungen der Computersysteme werden schnell ausgereizt und treiben deren Kosten in die
  Höhe. Trotzdem versuchen wenige Hersteller neben der Auflösung auch das Sichtfeld der HMDs zu
  erhöhen, um das natürliche Sichtfeld in der Virtuellen Realität möglichst auszufüllen und so die
  Immersion und Benutzerfreundlichkeit zu vergrößern. Das Sichtfeld hängt zudem davon ab, wie

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weit das Auge von der Linse entfernt ist und wird somit von der Ergonomie des Headsets (z. B.
  Polsterung) beeinflusst. Die Herstellerangaben beziehen sich zudem oft nur aus Marketinggründen
  auf das diagonale Sichtfeld. Das horizontale und vertikale Sichtfeld wird in der Regel nicht angege-
  ben.
  AR Smart Glasses haben noch nicht den technologischen Entwicklungsrad von HMD erreicht, da
  ihre passgenaue räumliche verankerte Visualisierung von holografischen Objekten deutlich größere
  Hardware-Anforderungen benötigt. Die Umgebung muss permanent in Echtzeit erfasst und die Po-
  sitionierung der Projektionen an diese angepasst werden. Auch die stereoskopische Visualisierung
  von holografischen Objekten ist rechenaufwendiger als bei HMDs und verwendet eine grundlegend
  aufwändigere Hardware-Technologie. Da AR Smart Glasses zusätzlich für den mobilen Einsatz kon-
  zipiert wurden und daher autark sind, fällt die Rechenleistung im Vergleich zu insbesondre PC-ge-
  bundenen HMDs geringer aus, so dass technologisch deutlich geringere Sichtfelder realisiert wer-
  den können.
  Zielsetzung
  Dieser Messbericht hat das Ziel, das horizontale, vertikale und diagonale Sichtfeld der am Markt
  erschienen HMDs und Smartglasses zu bestimmen, miteinander zu vergleichen und den Hersteller-
  angaben gegenüberzustellen. Darüber hinaus wird der Einfluss von alternativen Polsterungen auf
  das Sichtfeld untersucht. Die so gewonnenen Erkenntnisse können prospektiven XR-Anwendern bei
  der Systemauswahl helfen. Gleichzeitig bieten die Messungen eine Orientierung und Motivation für
  XR-Systemhersteller, das Sichtfeld ihrer Produkte intensiv im Auge zu behalten.

2. Messaufbau

  Verwendete Materialien

  Der Messaufbau besteht aus einem standardisierten 3D-Kopfmodell, das mit Hilfe eines 3D-Dru-
  ckers erstellt wurde (s. Abbildung 1-3). Das Kopfmodell wurde mit Einbuchtungen für Kameras an
  Stelle der Augen versehen, um die menschliche Sicht durch ein HMD nachzustellen. Das 3D-KopfM-
  Modell wurde auf einem Tisch montiert. Die HMDs wurden so auf den 3D-Kopfmodellen positio-
  niert, dass die Kameras auf den Mittelpunkt der Fresnel-Linsen zentriert wurden, um den Blick des
  Anwenders durch das Zentrum der Linse nachzustellen.

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Abbildung 01: 3D-Kopf seitlich         Abbildung 02: 3D-Kopf diagonal   Abbildung 03: 3D-Kopf frontal

Es wurden zwei hochauflösende USB-Kameras mit dem Sensor IMX226 und einer Auflösung von
4024x3036 px mit jeweils einem hochauflösenden (12 MP) 185°-Fisheye-Objektiv verwendet, um
die Aufnahmen eines standardisierten AVEC-Referenz-Testbilds (s. Abbildung 8) zu machen. Dieses
Testbild wurde als HTML-Datei via WebVR mit Hilfe der auf den HMDs verfügbaren Browsern ge-
öffnet (s. Abbildung 4).

Abbildung 04: Vollständiger Messaufbau

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Verwendete Testbilder

Für die Erstellung des FOV-Testbildes wurde eine 180°-Plastiksphäre in ein eigenangefertigtes Profil
eingebaut und mit einer horizontalen und vertikalen Gradskala versehen (s. Abbildung 5). In den
Herstellerangaben wurde darauf hingewiesen, dass die 180°-Plastiksphäre Abweichungen unter-
liegt. Die Gradskalen reichten von -90° bis +90°, sodass ein 180°-Sichtfeld abgedeckt wurde. Zwi-
schen den Endpunkten der Gradskala wurde daraufhin ein schwarzes Garn gespannt, um die Posi-
tion für die Aufnahme des Testbildes durch eine hochauflösende USB-Kameras (s. letzter Abschnitt)
zu bestimmen. Die hochauflösende USB-Kamera wurde daraufhin mit Hilfe eines Statives so in Po-
sition gebracht, dass das aus schwarzem Garn gebildete Kreuz auf den Gradskalen perspektivisch
übereinander lag (s. Abbildung 6). Im nächsten Schritt wurde das schwarze Zielkreuz entfernt und
das FOV-Testbild aufgenommen. Das FOV-Testbild wurde mit Kreismarkierungen in 5-Grad-Schrit-
ten und Diagonalen digital ergänzt, um das Ablesen zu erleichtern (s. Abbildung 7. Das Sichtfeld-
Testbild) stellt so die natürliche 180° Sicht des menschlichen Auges nach.

Abbildung 05: 180°-Plastik-   Abbildung 06: Testbildsphäre mit Ziel-   Abbildung 07: Sichtfeld-Testbild
sphäre mit Profil             kreuz aus schwarzem Garn

Als Testbild für die HMDs wurde ein AVEC-Testbild in 8K Auflösung verwendet.

Abbildung 08: AVEC-Testbild

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3. Messverfahren

  Folgendes Messverfahren wurde mit

  1. der Originalpolsterung
  2. und wenn verfügbar mit der alternativen Polsterung (VR-Cover) durchgeführt:

  Sowohl für das linke als auch das rechte Auge wurde eine monoskopische Aufnahme des AVEC-
  Referenz-Testbildes mit Hilfe der beiden Kameras durch die Linsen der getesteten HMDs aufge-
  nommen. Diese Aufnahmen wurden daraufhin digital über das FOV-Testbild gelegt und die Trans-
  parenz so weit reduziert, dass das monokulare horizontale und diagonale Sichtfeld ausgelesen
  werden konnte. Dazu wurden die Werte der negativen Gradskala zu den Werten der positiven
  Gradskala addiert. Hinsichtlich des diagonalen Sichtfeldes wurden die Messwerte beider Diagona-
  len erfasst.

  Um das binokulare horizontale und diagonale Sichtfeld zu messen, wurden die monoskopischen
  Aufnahmen der linken und rechten Kameras digital so versetzt übereinandergelegt, dass die beiden
  AVEC-Referenz-Testbilder genau übereinanderlagen. So wurden die für das jeweilige andere Auge
  nicht sichtbaren Bereiche zusammengefügt, um das binokulare Sichtfeld nachzustellen. Das binoku-
  lare vertikale Sichtfeld wurde nicht gemessen, weil der Einsatz von Stereoskopie nur das horizontale
  und damit auch diagonale Sichtfeld erweitert.

4. Messergebnisse

  Vergleich zwischen Herstellerangaben und Messung

  Die Herstellerangaben fallen bei jedem gemessenen HMD größer aus als die Messdaten. Die größ-
  ten beiden Differenzen wurden bei den beiden Optionen der Pimax 8K KE (large = 58,5° und normal
  34,75°) festgestellt. Die geringsten Abweichungen >6° weisen die beiden Mixed Reality Headsets
  von Medion (6°) und HP (5,5°) auf. Bei den beiden AR Smart Glasses Microsoft Hololens und Micro-
  soft Hololens 2 wurde ein größerer Sichtfeld als angegeben gemessen. Die folgende Abbildung ver-
  gleicht das binokulare diagonale Sichtfeld der Originalpolsterung mit den Herstellerangaben:

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200
        200
                                           170

                                                                                                                           150
        150          141,5
                                                 135,25
                                                                                                                                 129,5                     130                           130

                         114    115                                                                             115                                              113,5                         115,5
                                                                              110                     110                                                                                              110                        110
                                                     101         101                       100                                       100          101                100        100                                 101            101,75    101       100       100        100
                                                                                                                       94,25                                                                                 96,5                             93,75                94         94,5
                                                                                                                                                                                                                                                        93,25
        100                                                                         88,5                    89,25
                                                                                                                                                        84,5                          84,75
                                                                                                                                                                                                                     90,25
                                                                                                                                           81,5                            84
                                                                       78,5                      79
                                                           75
                               67     69
                      58,5
                                                                                                                                                                                                                                                                                      5254
                               47      46
         50                                       34,75
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    39
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  34
                                                                25
                                                                         22,5        21,5        21         20,75       20,75      20,5     18,5         16,5     16,5     16                                                                                                                                 15,5
                                                                                                                                                                                      15,25      14,5         13,5        10,75       8,25      7,25      6,75          6       5,5

          0
                                                                                                                                                                                                                                                                                             -2          -5

        -50

                                                                                                                      Herstellerangaben*                   Messung          Abweichung

Abbildung 09: Binokulares diagonales Sichtfeld (in Grad) – Vergleich mit Herstellerangaben

*Der Hersteller Facebook Technologies (Oculus) gibt keine offiziellen Angaben zu der Größe des Sichtfeldes an. Daher wurden redaktionelle Inhalte von Fachzeitschriften als Referenzwerte hinzugezogen.

                                                                                                                                                         8
Ranking des FoV

Die Pimax 8K KE verfügt nach unseren Daten mit 141,5° über das größte diagonale Sichtfeld und
übertrifft in allen vier Modi (potato, small, normal, large) mit einer Differenz von >2° alle weiteren
getesteten HMDs. Diese umfassen eine Reichweite von 113,5° (Valve Index) bis 69° (Varjo VR-2).
Die folgende Abbildung zeigt das binokulare diagonale Sichtfeld mit der Originalpolsterung. Die bei-
den AR Smartglasses HL (39°) und HL2 (54°) reihen sich unter den HMDs ein. Die Google Glass EE
bildet als erstes Smart Glass mit 15,5° das Schlusslicht.

    160
          141,5
               135,25
    140              129,5
                                                                      115,5 113,5
    120
                                                                                                               101,75
                                                                                                                                                96,5 94,5 94,25 94 93,7593,25
    100                                                                                                                                                                       90,25 89,25 88,5
                                                                                                                                                                                                                                                                                             84,75 84,5 84 81,5
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                79 78,5
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        75
     80                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       69           67
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            54
     60
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   39
     40
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    15,5
     20
      0

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     Pico G2
                              Pimax 8k KE normal
                                                   Pimax 8k KE smal

                                                                                                                Samsung Odyssey Mixed Reality

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         HP Reverb G2
                                                                                                                                                                                  Oculus Rift S

                                                                                                                                                                                                                                    Oculus Rift
                                                                                                                                                HTC Vive Pro

                                                                                                                                                                                                                         Pico Neo

                                                                                                                                                                                                                                                                                  HTC Vive

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Fove
                                                                      Pimax 8k KE Potato

                                                                                                                                                                                                                                                  Pico G2 pro

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Valve Index (min.)
                                                                                                                                                                                                  Medion Mixed Reality

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Microsoft Hololens 2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Oculus Quest 2 (IPD:2 - 63mm)
          Pimax 8k KE large

                                                                                                                                                               HP Mixed Reality

                                                                                                                                                                                                                                                                HTC Vive Cosmos

                                                                                                                                                                                                                                                                                                            Pico G2 4K
                                                                                                                                                                                                                                                                                             Oculus Quest

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               Pico Neo 2

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    Google Glass EE (monoskopisch)
                                                                                           Valve Index (max)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            Varjo VR 2

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               Microsoft Hololens

                                                                                                                                                                                  Sichtfeld in Grad der Original-Polsterung

Abbildung 10: Binokulares diagonales Sichtfeld (in Grad) mit Originalpolsterung

Die Pimax 8K KE besitzt nach unseren Daten mit 132,5° das größte binokulare horizontale Sichtfeld
und übertrifft in den Modi small, normal und large die anderen getesteten HMDs mit einer Diffe-
renz von >14°. Die anderen Headsets besetzten eine Spanne von 112° (Valve Index) bis 64° (Varjo
VR-2). Die beiden AR Smartglasses MHL (36°) und MHL2 (48°) reihen sich unter den HMDs ein und
die Google Glass EE weist den kleinste Sichtfeld mit 14° auf. Die Abbildung veranschaulicht das bi-
nokulare horizontale Sichtfeld mit der Originalpolsterung:

                                                                                                                                                                                                                                                    9
132,5 130
    140                                                     126
                                                                                   112
    120                                                                                                     106 104
                                                                                                                                                                 97,5 97 96 96 96 94,5
                                                                                                                                                                                       92 90 89,5
    100                                                                                                                                                                                           86 85,5 84 84
                                                                                                                                                                                                                81,5 79
                                                                                                                                                                                                                        75
     80                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       70 69

     60                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       48
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        36
     40
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  14
     20
       0
                                                            Pimax 8k KE normal

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   Pico G2
                                                                                                            Samsung Odyssey Mixed Reality

                                                                                                                                                                                            Oculus Rift

                                                                                                                                                                                                                                                                               Oculus Rift S

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            HP Reverb G2
                                                                                                                                                                 HTC Vive Pro

                                                                                                                                                                                                                                                           Pico Neo

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    HTC Vive
                                   Pimax 8k KE smal

                                                                                                                                            Pimax 8k KE Potato

                                                                                                                                                                                                          Medion Mixed Reality

                                                                                                                                                                                                                                                                                               Pico G2 pro

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       Valve Index (min.)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            Fove

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           Microsoft Hololens 2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       Oculus Quest 2 (IPD:2 - 63mm)
           Pimax 8k KE large

                                                                                                                                                                                                                                 HP Mixed Reality

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     Pico G2 4K

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             Varjo VR 2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                               HTC Vive Cosmos

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                Oculus Quest

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Pico Neo 2

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             Google Glass EE (monoskopisch)
                                                                                   Valve Index (max)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     Microsoft Hololens
                                                                                                                                                                                                          Sichtfeld in Grad der Original-Polsterung

Abbildung 11: Binokulares horizontales Sichtfeld (in Grad)

Die Pimax 8K KE besitzt nach unseren Daten mit 110° das größte monokulare vertikale Sichtfeld in
allen vier Modi mit einer Differenz von >2° im Vergleich zu den anderen getesteten HMDs. Diese
umfassen eine Spanne von 108° (Valve Index) bis 68° (Varjo VR-2). Die beiden AR Smartglasses MHL
(18°) und MHL2 (7°) reihen sich unter den HMDs ein. Die Google Glass EE weist das geringste verti-
kale Sichtfeld mit 14° auf. Die folgende Abbildung visualisiert das monokulare vertikale Sichtfeld
mit der Originalpolsterung:

     120       110 110 110 110 108
                                                                                                                                                   93 91
     100                                                                                                                                                 88 86,5 86 86 84
                                                                                                                                                                          83,5 83 83 80 80
                                                                                                                                                                                           76 75 73 73
      80                                                                                                                                                                                               71 69 68

      60
      40                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          25
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           18
      20                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     7

       0
                                                                                                                                                                   Samsung Odyssey Mixed…

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    Pico G2

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              HP Reverb G2
                                       Pimax 8k KE normal

                                                                                                                                                                                                                                                                                 Oculus Rift

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     Oculus Rift S
                                                                                                                                                HTC Vive Pro

                                                                                                                                                                                              Pico Neo
                                                                                                                                                                                                              HTC Vive

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            Fove

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Microsoft Hololens 2
                                                                Pimax 8k KE smal
                                                                                       Pimax 8k KE Potato

                                                                                                                                                                                                                                                                                                 Pico G2 pro

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Valve Index (min.)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Google Glass EE
                                                                                                                                                                                                                                    Medion Mixed Reality

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       Quest 2 (IPD:2 - 63mm)
               Pimax 8k KE large

                                                                                                                                                                                                                                                            HP Mixed Reality

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            Pico G2 4K

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              Varjo VR 2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  HTC Vive Cosmos

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          Oculus Quest

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               Pico Neo 2
                                                                                                                   Valve Index (max)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Microsoft Hololens

                                                                                                                                                                                                           Sichtfeld in Grad der Original-Polsterung

Abbildung 12: Monokulares (rechtes Auge) vertikales Sichtfeld (in Grad)
                                                                                                                                                                                                                                                                                               10
Ranking des stereoskopischen Bereichs

Die Valve Index besitzt den größeren diagonalen stereoskopischen Bereich (SB) als die anderen ge-
testeten HMDs mit einem maximalen Wert von 93,5°. Der geringste diagonale SB wurde bei der
Oculus Quest gemessen (60,75°). Der nicht-stereoskopische Bereich (NSB) ist bei der Pimax 8K KE
in den drei Modi small, normal und large größer als bei den anderen HMDs und weist einen maxi-
malen Wert von 52° auf. Der Modus potato wird nur von der Samsung Odyssey mit 33,5° übertrof-
fen. Die Valve Index weißt einen im Vergleich zu den anderen HMDs geringen NSB von 10° auf. Die
restlichen HMDs bewegen sich in einem Raum von 24° (Oculus Quest) bis zu einem Minimalwert
von 0° bei der HP Reverb G2 und Varjo VR-2. Die AR Smart Glasses MHL (46) und MHL2 (21) verfügen
über einen geringeren SB als die HMD und über ein teilweise geringeren NSB. Die folgende Abbil-
dung zeigt den diagonalen SB mit der Originalpolsterung (in Grad):

          93,5 92,5 90,25
    100                   89,5 88,5 86
     90                                                                                                80,7579,7579,5 79 77,6
                                                                                                                              76 75,2573,25
     80                                                                                                                                    71,25 69,5 68,25 68
                                                                                                                                                               67,5 65,5 65                                                                                                                                                                                             65
     70                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           60,75 59
     60                                                       52
                                                 45                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            46
     50                              37                                                                                                                                                                                                                                                                        33,5
     40                                                                          27                                                                                                                                                                                                                                                                                                    24
     30                                                                                                                                                                                                                                              20 23                                                                                17 13,5
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      21
                                                                                                                                                                  15 16,9                                                          15                                                                                                                                   13,5
     20               10                                                                      10,5 13 9,5                                  9                                                                                                                                                                                                                                                           8                                        9
                                                                                                                                                                                                                     4                                                                     6                                                                    3                                                         4
     10
      0
                               Pimax 8k…
                                           Pimax 8k…
                                                       Pimax 8k…

                                                                                                                                                                                          Oculus Quest 2 (IPD:2 -…

                                                                                                                                                                                                                                                                                               Samsung Odyssey Mixed…
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        HP Reverb G2

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        Pico G2
                                                                                                                                     HTC Vive

                                                                                                                                                                                                                                       Oculus Rift
                                                                                                                                                                                                                                                      Oculus Rift S
                                                                                                                                                                                                                                                                      Valve Index (min.)
                                                                                        HTC Vive Pro
                                                                                                        Pico Neo

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    Fove
                                                                   Pimax 8k KE Potato

                                                                                                                                                                                                                         Pico G2 pro
                                                                                                                                                Medion Mixed Reality

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   Oculus Quest

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               Microsoft Hololens 2
                                                                                                                                                                       HP Mixed Reality

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       Pico G2 4K

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           Varjo VR 2
                                                                                                                   HTC Vive Cosmos

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  Pico Neo 2
           Valve Index (max)

    -10                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          -0,5

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      Microsoft Hololens
                                                                                        stereoskopischer Bereich                                                                                                                       nicht-stereoskopischer Bereich

Abbildung 13: Diagonaler stereoskopischer Bereich mit der Originalpolsterung (in Grad)

Die Pimax 8K KE erreicht nur im größten Modus einen größeren horizontalen stereoskopischen Be-
reich als die anderen getesteten HMDs mit 92°. Der Abstand ist jedoch auch hier geringer als beim
binokularen diagonalen oder horizontalen Sichtfeld. Die Pico Neo verfügt über den zweitgrößten
Wert mit 88,5. Den Schluss bildet im Gegensatz zum diagonalen stereoskopischen Bereich die HP
Mixed Reality mit 56°. In den Modi large und small erzielt die Pimax 8K KE mit 46,5° und 44,5° den
größten nicht-stereoskopischen Bereich. Der Modi normal (34°) wird nur von Samsung Odyssey mit
42° überboten. Die restlichen HMDs bewegen sich in einem Raum von 28° (Pico G2 4K) bis zu 2°
(Pico G2). Die AR Smart Glasses MHL (25°) und MHL2 (40°) verfügen über geringe horizontale SB als
die HMDs. Die folgende Abbildung stellt den horizontalen stereoskopischen Bereich mit der Origi-
nalpolsterung (in Grad) dar:

                                                                                                                                                                                                      11
100    92 88,5
                    87                                           86 85,5 84 82,5
      90                                                                                                                                        77                77         77        76                     76 73,5 73
      80                                                                                                                                                                                                                                                        72            70                 68 67,5 67 66,5 64
      70                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 62
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      58           56
      60                                                                   46,5 44,5
      50                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   42                                           40 40
                      34
      40                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 28                                                  25
                                                                                                                                                                                                                                                                      22,5                                                      22,5
      30                                                17                                                          14                15 13 12,5
                                                                                                                                                                                                         20                                      18,5                                                                                                      19
      20                              7,5                                                                                                                                                                                              4
                                                                                                                                                                                                                                                            8,5                                                       8                                                                       6                                                  4               5,5
      10                                                                                                                                                                           2                                                                                                         0                                                 1
       0

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      Samsung Odyssey…
                                                                                                                                                                             Pico G2

                                                                                                                                                                                                                                                         Fove

                                                                                                                                                                                                                                                                              HP Reverb G2
            Pimax 8k KE normal

                                                                                                                             HTC Vive Pro

                                                                                                                                                                  HTC Vive

                                                                                                                                                                                                                                           Pico G2 pro

                                                                                                                                                                                                                                                                Oculus Rift

                                                                                                                                                                                                                                                                                                 Valve Index (min.)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          Oculus Rift S
                                 Pico Neo

                                                                                     Pimax 8k KE smal
                                            Pimax 8k KE Potato
                                                                 Pimax 8k KE large

                                                                                                                                                                                       Medion Mixed Reality
                                                                                                                                                                                                              Quest 2 (IPD:2 - 63mm)

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      Microsoft Hololens 2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          Varjo VR 2
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       Oculus Quest

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      Pico G2 4K
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         Pico Neo 2

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   HP Mixed Reality
                                                                                                         Valve Index (max)

                                                                                                                                                HTC Vive Cosmos

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             Microsoft Hololens
                                                                                                        stereoskopischer Bereich                                                                                                                         nicht-stereoskopischer Bereich

Abbildung 14: Horizontaler stereoskopischer Bereich mit der Originalpolsterung (in Grad)

Veränderung des Sichtfeldes durch das alternative Polster – VR Cover

Die Messungen zeigen, dass die alternative 6 mm Polsterung VR Cover das binokulare diagonale
Sichtfeld von 20,5° (HP Reverb G2) bis zu 0,75° (HTC Vive Pro) vergrößert. Bei der Oculus Rift wurde
eine Verkleinerung von -3,75° gemessen. Die folgende Abbildung visualisiert das binokulare diago-
nale Sichtfeld mit der Originalpolsterung gegenüber der alternativen Polsterung VR Cover.

                                                                                                                96,5                                                                                                                         96,5 97,25
   100                                                                                                                                                                                                                                                                                            93,25
                                 87,5                                                 88,5                                                                                                                                                                                                            89,5
                                                                                                                                                                  84,75 86,5

    80
                   67

    60

    40
                                                20,5
    20                                                                                                                                      8
                                                                                                                                                                                                   1,75                                                                  0,75                                                                    -3,75
     0
           HP Reverb G2                                                                HTC Vive                                                              Oculus Quest                                                              HTC Vive Pro                                              Oculus Rift
   -20

                                                                            Original-Polsterung                                                                                    VR Cover                                                               Differenz

Abbildung 15: binokulares diagonales Sichtfeld (in Grad)

Es stellte sich heraus, dass die alternative 6 mm Polsterung VR Cover das binokulare horizontale
Sichtfeld von 22° (HP Reverb G2) bis zu 1,5° (HTC Vive Pro) erhöht. Bei der Oculus Rift wurde eine
Verkleinerung um -4,5° festgestellt. Die folgende Abbildung bildet das binokulare horizontale FOV
mit der Originalpolsterung gegenüber der alternativen Polsterung VR Cover ab:

                                                                                                                                                                                                                     12
97,5                                 97,5 99          94,5
   100             92            89,5                                                             90
                                                    85,5 88

     80      70

     60

     40
                        22
     20                                     8                  2,5
                                                                                    1,5                    -4,5
      0
          HP Reverb G2           HTC Vive       Oculus Quest          HTC Vive Pro        Oculus Rift
    -20

                               Original-Polsterung        VR Cover            Differenz

Abbildung 16: Binokulares horizontales Sichtfeld (in Grad)

Es zeigte sich, dass die alternative 6 mm Polsterung zu einer Vergrößerung des Sichtfeldes von 8,5°
(HTC Vive) bis zu 1° (Oculus Quest) führt. Bei der HP Reverb G2 kam es zu keinen Veränderungen.
Bei der HTC Vive Pro wurde eine Verkleinerung von -0,5° und bei der Oculus Rift eine Verkleinerung
von -2,5° gemessen. Die folgende Abbildung zeigt das monoskopische vertikale FOV mit der Origi-
nalpolsterung gegenüber der alternativen Polsterung VR Cover:

                   95                               93 92,5
   100
            86,5                                                          84 81,5
    90
                                 75 76                                                    75 75
    80
    70
    60
    50
    40
    30
    20                  8,5
    10                                      1                 -0,5               -2,5                  0
     0
   -10      HTC Vive          Oculus Quest      HTC Vive Pro          Oculus Rift       HP Reverb G2

                              Original-Polsterung        VR Cover            Differenz

Abbildung 17: Monokulares (rechtes Auge) vertikales Sichtfeld (in Grad)

Die alternative Polsterung (VR Cover) steigerte nur bei der HTC Vive um 8° und der HP Reverb G2
um 3,5° den diagonalen stereoskopischen Bereich. Bei der Oculus Rift (- 0,75°), HTC Vive Pro (-2,25°)
und Oculus Quest (-3,75°) wurde dieser verringert. Die folgende Abbildung stellt dem diagonalen
stereoskopischen Bereich mit der Originalpolsterung gegenüber der alternativen Polsterung VR Co-
ver dar:

                                                                     13
87,5                                                            8683,75
    90      79,5
    80                                 71,5              73,25 72,5
                                  68
    70                                                                                             60,75
                                                                                                        57
    60
    50
    40
    30
    20                 8                       3,5
    10                                                                                    -2,25                 -3,75
                                                                  -0,75
     0
   -10      HTC Vive           HP Reverb G2              Oculus Rift      HTC Vive Pro            Oculus Quest

                               Original-Polsterung              VR Cover           Differenz

Abbildung 18: Diagonaler stereoskopischer Bereich

Die alternative Polsterung (VR Cover) vergrößerte nur bei der HTC Vive (8°), der HP Reverb G2 um
2° und der Oculus Quest (1,5°) den horizontalen stereoskopischen Bereich. Bei der HTC Vive Pro (-
2,5°) und der Oculus Rift (-3,5°) wurde eine Verringerung gemessen. Die folgende Abbildung visua-
lisiert den horizontalen stereoskopischen Bereich mit der Originalpolsterung gegenüber der alter-
nativen Polsterung VR Cover:

    100          90,5                                                              88,5 86
     90      82,5
                                                                                                         73,5
     80                                70 72                 67,5 69                                            70
     70
     60
     50
     40
     30
     20                    8
                                                     2                    1,5                     -2,5                  -3,5
     10
      0
    -10      HTC Vive            HP Reverb G2              Oculus Quest          HTC Vive Pro            Oculus Rift

                                  Original-Polsterung                 VR Cover        Differenz

Abbildung 19: Vertikaler stereoskopischer Bereich

                                                                        14
5. Schlussfolgerungen

  Vergleich mit Herstellerangaben

  Die durchgeführten Messungen zeigen, dass alle Herstellerangaben hinsichtlich des binokularen di-
  agonalen Sichtfeldes größer sind, als die erfassten Messwerte. Diese Abweichungen unterscheiden
  sich hinsichtlich ihrer Ausmaße von 53° (Pimax 8K KE Modus: large) Varjo VR-2 (49°), HP Reverb G2
  (47°) bis zu 5,5° (HP Mixed Reality).

  Die Ursachen dieser Unterschiede könnten möglicherweise auf Marketing-Strategien zurückzufüh-
  ren sein, damit Hersteller sich durch größere Sichtfeldangaben von anderen Herstellern abgrenzen.
  Eine andere Möglichkeit wäre, dass die Testszenarien der Hersteller oder Dienstleister einen gerin-
  geren Abstand zwischen Kamera- und HMD-Linse verwendet haben, als die hier verwendete Te-
  stumgebung. Die Hersteller könnten z. B. auf die Zielgruppe angepasste Kopfmodelle verwendet
  haben, die sich für eine globale Vermarktung besser eignen. Denkbar wäre auch, dass nur Messge-
  stelle für eine Abstandsmessung zwischen Kamera- und HMD-Linse ohne 3D-Modellkopf verwendet
  wurden.

  Trotzdem liefern die Ergebnisse dieser Messung Gründe, um die offiziellen Herstellerangaben in
  Frage zu stellen und durch weitere unabhängige Labore untersuchen zu lassen. Anbieter und An-
  wender von Simulationen müssen sich auf exakte Messwerte und Angaben verlassen können, um
  z. B. die periphere Sicht in Flugzeug-, Automobil- und Schifffahrtssimulationen möglichst realitäts-
  getreu nachzustellen. Die periphere Sicht ist sehr effizient darin, Bewegungen z. B. ein überholen-
  des Auto im äußeren Sichtfeld frühzeitig wahrzunehmen und Gefahrensituationen schnellstmöglich
  zu bewerten [3]. Mit zuverlässigen Daten könnten solche Unternehmen Trainingssimulationen kos-
  tengünstiger und flexibel für HMDs anbieten.

  Positiv fallen die sogar in den Messungen übertroffenen Sichtfelder der MHL und MHL2 auf, da
  Microsoft hier Herstellerangaben macht, die als ein Minimum interpretiert werden können und so-
  mit Anwendern einen guten Ausgangswert mit positivem Spielraum bieten.

  Ranking des Sichtfeldes

  Die Pimax 8K KE verfügt in den drei Modi small, normal und large über ein größeres gemessenes
  Sichtfeld als alle anderen getesteten HMDs. Anwender, deren Fokus auf einem großen Sichtfeld
  liegt und die über Systeme mit ausreichend hoher Rechenleistung verfügen, gewinnen mit dem
  Modus large (141,5°) ein um 40° größeres binokulares diagonales Sichtfeld als mit der Samsung
  Odyssey (101.5°) auf Rang 2. Diese Differenz verringert sich hinsichtlich des binokularen horizonta-
  len Sichtfeldes auf 26,5° und beim monokularen vertikalen Sichtfeld auf 17°. Die HP Reverb G2 und
  Varjo VR-2 stechen durch das geringste gemessene Sichtfeld der HMDs und große Abweichungen
  zu den Herstellerangaben hervor.

  Hersteller geben überwiegend nur das ungefähre diagonale Sichtfeld und nicht das horizontale oder
  vertikale Sichtfeld an. Das Sichtfeld der menschlichen Augen umfasst ca. 214° horizontal und ca.

                                                 15
150° vertikal. Der Mensch präferiert jedoch im Normallfall eher den Kopf zu drehen, als sein gesam-
tes Sichtfeld voll auszunutzen. Um eine Szene voll zu erfassen, muss sich der Mensch folglich dre-
hen, sodass dem horizontalen Sichtfeld eine wichtigere Rolle zukommt als dem vertikalen Sichtfeld.
Je größer das horizontale Sichtfeld des HMD ist, desto schneller und mit weniger Bewegungen kann
die ganze Szene erfasst werden. Das horizontale Sichtfeld nimmt daher eine wichtigere Rolle ein als
das vertikale Sichtfeld. Die anderen getesteten HMDs unterscheiden sich von der Pimax 8K KE hin-
sichtlich anderer Eigenschaften, wie Bildqualität, Komfort und Anschaffungskosten. Diese und wei-
tere Eigenschaften sollten vor einer Anschaffung ebenfalls dem vergrößerten Sichtfeld gegenüber-
gestellt werden. Die Valve Index bietet auf der Maximaleinstellung des Sichtfeldes ein geringfügig
kleineres diagonales Sichtfeld als den kleinsten Modus („potato“) der Pimax 8K KE und ein 11,75 °
größeres Sichtfeld der im Ranking darauffolgenden Samsung Odyssey.

Die Sichtfelder der AR Smart Glasses MHL und MHL2 liegen aufgrund der bereits erläuterten tech-
nologischen Unterschiede deutlich unter dem Sichtfeld der HMDs. Die Vergrößerung von der ersten
(39°) zur zweiten Generation (54°) der MHL ist in diesem Rahmen zeigt hier gute Optimierungsan-
sätze. Die Google Glass EE weißt als erstes Smart Glass ein aufgrund der technologischen Entwick-
lung zu erwartendes geringes Sichtfeld auf.

Sichtfeldzuwachs durch alternative Polster

Durch die Verwendung des alternativen Polsters VR-Cover konnte das Sichtfeld und der stereosko-
pische Bereich bei der HTC und Oculus Quest nur geringfügig von 0,75° bis 2,5° gesteigert werden.
Auffällig ist der binokulare Sichtfeldzuwachs der HP Reverb G2 um 20,5° bis 22°, der durch ein al-
ternatives VR Polster vergrößert wurde. Dieser enorme Zuwachs kommt daher zustande, dass das
die Original-Polsterung sowohl für Brillenträger, als auch für Nicht-Brillenträger geeignet ist. So
kann die Brille flexibler verwendet werden, büßt jedoch einen verhältnismäßig hohen Grad an Sicht-
feld ein und positioniert sich am Ende statt an der Mitte der Messungen. Die Verwendung eines
Alternativ-polster bei Nicht-Brillenträgern ist an dieser Stelle auf Basis dieser Erkenntnisse empfeh-
lenswert. Die die HTC Vive bildet mit einem Zuwachs von 8° bis 8,5°, da hier die Differenz zur Origi-
nalpolsterung ohne weites Sichtfeld gemessen wurde. Bei der Oculus Rift wurde hingegen eine ge-
ringe Verringerung des Sichtfeldes von -2,5 bis -4,5° gemessen. Hier scheint das auffällig dünne
Original-Polster aus Schaumstoff mehr Flexibilität als das VR Cover aus Kunstleder zu besitzen. In
erster Linie steht somit die Verbesserung der Hygiene durch eine schnellere Reinigung der alterna-
tiven Kunstleder-Polsterung (VR Cover) im Vergleich zu den original Schaumstoffpolsterungen. Der
geringe Sichtfeldzuwachs ist ein zu vernachlässigender Mehrwert.

                                                16
Ranking des stereoskopischen Bereiches (SB)

  Die Valve Index verfügt über den größten diagonalen SB (93,5°) bei einem gleichzeitigen kleinen
  NSB (10°) der im Vergleich zu den anderen HMDs im oberen Ranking Bereich einreiht. Die Pimax 8K
  KE verfügt über den größten horizontalen stereoskopischen als auch den größten diagonalen NSB.
  Der Nutzer erhält somit bei der Valve Index und der Pimax 8K KE die Vorteile eines möglichst großen
  SB, wobei die Valve Index sich durch einen geringen NSB von der Pimax 8K KE einen Vorteil bietet.

  Beim horizontalen SB liegt sowohl die Pico Neo mit 4°, als auch die Pimax 8K KE 1,5°-8° vor der Valve
  Index. Sowohl die Pico Neo (7,5°) als auch die Valve (14°) Index verfügen jedoch über einen deutlich
  geringeren horizontalen NSB und heben sich hier positiv von der Pimax 8K KE ab.

  Das binokulare Deckfeld ist der Bereich, in dem sich das Gesichtsfeld des rechten und linken Auges
  überschneidet und beträgt ca. 120° [4]. Die menschliche Tiefenwahrnehmung bzw. das stereosko-
  pische Sehen ist nur in diesem Bereich möglich und hat einen Wirkungsbereich von bis zu 30 m. Die
  größte Anzahl an Tiefeninformationen wird auf einer Distanz bis zu 10 m generiert [5]. Die Valve
  Index reicht somit sowohl an das binokulare Deckfeld, als auch an das menschliche Gesichtsfeld am
  nächsten heran. Das menschliche Auge fokussiert im HMD nur die Linse, die sich in einem festen
  Abstand zum Auge befindet. Folglich erhält das Gehirn im HMD keine Tiefeninformationen, die
  durch die Veränderung der Augenpositionen zueinander entstehen. Somit erhält die Größe des SB
  größere Relevanz für die Tiefenwahrnehmung in der VR und es wäre vorteilhafter, erst diesen Be-
  reich im HMD auszufüllen. Je nach Anwendungsbereich sollte bei der Wahl des HMD darauf geach-
  tet werden, wie relevant das stereoskopische Sehen ist. Es wäre zudem möglich, dass der häufigere
  Wechsel zwischen stereoskopischen und nicht-stereoskopischen Sehen aufgrund des größeren NSB
  zu einer rascheren Ermüdung des visuellen Apparates führt. In diesem Fall wäre die Pimax 8K KE
  gegenüber anderen HMDs aufgrund ihres großen NSB benachteiligt wohingegen die Valve Index
  mit einem im Vergleich zu den anderen getesteten HMDs einen kleinen NSB vorweist.

  Die AR Smart Glasses MHL und MHL 2 weisen aufgrund der bereits erläuterten technologischen
  Differenzen einen deutlich geringeren SB auf. Positiv ist aber hier das Verhältnis zwischen SB und
  NSB zwischen den beiden Generationen zu bewerten. Die fast 300% Steigerung von einem 3:1 zu
  einem 11,5:1 Verhältnis ist ein signifikanter Gewinn in der stereoskopischen Darstellung.

6. Limitationen

  Pupillendistanz (IPD)

  Die Messungen wurden mit Hilfe eines ausgedruckten 3D-Kopfes mit einer Pupillendistanz (IPD)
  von 60,5 mm durchgeführt. Dies entspricht dem durchschnittlichen IPD von Frauen. Der durch-
  schnittliche IPD von Männern beträgt ca. 65 mm. Dies hat zur Folge, dass bei einigen Messungen
  die Testbilder nicht exakt durch den Mittelpunkt der Linsen aufgenommen wurden. Es wurde daher
  darauf geachtet, einen gleichen Abstand der Mittelpunkte der Testbilder zu dem Mittelpunkt der
  Linsen bei möglichst gleicher X-Achse zu erzielen, um die Messungenauigkeiten zu verringern. Zu-
  dem konnte der IPD hardwareseitig entweder nicht exakt auf den Abstand des 3D-Kopfes von 60,5
  mm eingestellt, oder bei fehlendem Regler nicht eingestellt werden. Dies hat zur Folge, dass die

                                                 17
Testbilder seitlich durch die Linse aufgenommen wurden, sodass das Sichtfeld künstlich begrenzt
wurde.

Abweichungen des diagonalen Sichtfeldes

Hinsichtlich des gemessenen binokularen Sichtfeldes wurden folgende zwei Messungen vorge-
nommen:

1. Diagonale: links unten – rechts oben
2. Diagonale: rechts unten – links oben

Bei den Messungen des monokularen diagonalen Sichtfeldes des rechten Auges wurden so Abwei-
chungen festgestellt, die durch eine nicht konkave Linsenform entstehen. Aus diesen beiden Mes-
sungen wurde der Mittelwert errechnet und für die vorliegenden Darstellungen und Vergleiche
herangezogen.

Bei den Messungen des binokularen diagonalen Sichtfeldes wurde aus denselben Gründen das
gleiche Verfahren angewandt. Zudem hat sich der Mittelpunkt des rechten Testbildes bei Zusam-
menfügen der Testbilder bei einigen Messungen zu einem geringfügigem Maß nach diagonal
rechts oben verschoben. Der errechnete Mittelwert wurde ebenfalls herangezogen, um diesen
Abweichungen entgegen zu wirken.

Abstand zwischen HMD-Linse und Kameralinse.

Der Abstand zwischen der HMD-Linse und Kameralinse steht in linearer Abhängigkeit zum Sichtfeld
und wurde in dieser Messung nicht erfasst. Die Verringerung dieser Distanz führt zu einer Vergrö-
ßerung des Sichtfeldes in Abhängigkeit von der Struktur des HMD und der Kopfform des Nutzers.
So können Varianzen in der Größe des Sichtfeldes je nach Nutzer entstehen. Hersteller geben da-
her nur einen ungefähren Wert des diagonalen Sichtfeldes an. Um repräsentative Daten zu erhal-
ten, wurde ein 3D-Kopf mit repräsentativen Maßen verwendet.

Kamerafokus

Der Kamerafokus wurde auf den Linsenschliff scharf gestellt, sodass das Testbild verzerrt wurde.
Folglich kann es zu geringen Varianzen bei der Zusammenfügung des linken und rechten Testbildes
gekommen sein.

Material

Die Plastiksphäre kann nach Angaben des Herstellers von den Idealmaßen abweichen, sodass wei-
tere Messungenauigkeiten entstehen können.

Wir stellen uns gerne den Fragen und der Kritik zu unseren Messergebnissen und werden diese
nach besten Möglichkeiten für zukünftige Messungen in Betracht ziehen.

                                             18
7. Glossar

   AR            Augmented Reality

   AVEC          Audio Video Equipment Check

   FOV           Field of View (Sichtfeld)

   HMD           Head-Mounted Display

   IPD           Pupillendistanz

   MHL           Microsoft Hololens

   MHL2          Microsoft Hololens 2

   MR            Mixed Reality

   MP            Megapixel

   NSB           nicht-stereoskopischer Bereich

   Pimax 8K KE   Pimax 8K Kickstarter Edition

   SB            stereoskopischer Bereich

   VR            Virtual Reality

                                        19
8. Messprotokoll

Die folgenden Tabellen zeigen das Messprotokoll:

                                                                                                                                                                                                          Messwerte rechtes Auge                                                                                            Messwerte binokulares Sichtfeld
                                                           Herstellerangaben                                                                                                                               (Original Polsterung)                                                                                                (Original Polsterung)
                                                                                                                                                                                                                                     gemessenes                                                                                                   gemessenes          gemessenes
                                                                                                                                                                                                                                      diagonales          gemessenes                                                                               diagonales          diagonales
                                                                                                                                                                                              gemessenes        gemessenes          Sichtfeld links        diagonales         Mittelwert          gemessenes                gemessenes           Sichtfeld links     Sichtfeld links    Mittelwert     Abweichung zu
                                        diagonales            horizontales          vertikales         Auflösung                                                Augenabstand                  horizontales       vertikales         oben - rechts        Sichtfeld links      diagonales          horizontales               vertikales          oben - rechts       unten - rechts     diagonales       Hersteller-
             Typ                         Sichtfeld             Sichtfeld            Sichtfeld          pro Auge               Wiedergabe-frequenz                einstellbar                    Sichtfeld         Sichtfeld             unten          unten - rechts oben     Sichtfeld            Sichtfeld                 Sichtfeld              unten                oben           Sichtfeld        angaben
                       Pimax 8k
             (Kickstarter) large                     200     170/150 (mittel)                120     2560 x 1440 nativ                                75/80                     ja                        109                 110              118,5                 112,5           115,5                    132,5                                            140                143          141,5                58,5
                       Pimax 8k
          (Kickstarter) normal                       170                                             2560 x 1440 nativ                                75/80                     ja                        109                 110                118                 107,5          112,75                        126                                        137,5                133         135,25               34,75
                       Pimax 8k
             (Kickstarter) smal                      150                                            2560 x 1440 nativ                                  75/80                    ja                        108                 110              114,5                 107,5             111                         130                                         129                130          129,5                20,5
  Pimax 8k (Kickstarter) Potato                      130                                            2560 x 1440 nativ                                  75/80                    ja                       95,5                 110              105,5                  98,5             102                         104                                         117                114          115,5                14,5
                       HTC Vive                      110                                                   1080 × 1200                                    90                    ja                         86                86,5                 87                    81              84                        89,5                                          87                 90           88,5                21,5
                  HTC Vive Pro                       110                                                 1.440 x 1.600                                    90                    ja                         93                  93                 94                  88,5           91,25                        97,5                                          96                 97           96,5                13,5
              HTC Vive Cosmos                        110                                                   1440 x 1700                                    90                    ja                       83,5                  83                 85                    84            84,5                          90                                        88,5                 90          89,25               20,75
         Medion Mixed Reality                        100                                                   1440 X 1440                                    90                 nein                        86,5                  86               86,5                  86,5            86,5                          96                                          93                 95             94                   6
              HP Mixed Reality                       100                                                   1440 X 1440                                    90                 nein                          86                  86               86,5                  85,6           86,05                          96                                        93,5               95,5           94,5                 5,5
Samsung Odyssey Mixed Reality                        110                                                   1440 × 1600                                    90                    ja                         81                  91               85,5                  84,5              85                         106                                         101              102,5         101,75                8,25
                    Oculus Rift                      100                                                    1080×1200                                     90                    ja                         84                  84               80,5                    86           83,25                        94,5                                        92,5                 94          93,25                6,75
                   Oculus Rift S                     115                                                   1280 x 1440                                    80                    ja                         81                  83                 83                  82,5           82,75                          90                                          93               95,5          94,25               20,75
                  Oculus Quest                       100                                                 1.440 × 1.600                                    72                    ja                       76,5                  75               70,5                    75           72,75                        85,5                                        82,5                 87          84,75               15,25
                         Pico G2                     101                                                 1.440 × 1.600                                    80                 nein                        71,5                  73               74,5                    69           71,75                          79                                          77                 80           78,5                22,5
                     Pico G2 4K                      101                                                 1.720 × 2.160                                    75                 nein                          72                  76                 78                    74              76                          86                                        82,5               86,5           84,5                16,5
                    Pico G2 pro                      101                                                 1.440 × 1.600                                    90                 nein                        82,5                83,5                 85                  80,5           82,75                          92                                        88,5                 92          90,25               10,75
                       Pico Neo                      101                                                 1.440 × 1.600                                    90                 nein                        86,5                  88                 90                  84,5           87,25                          96                                        92,5                 95          93,75                7,25
                            Fove                     100                                                  1.280 X 1440                                    70                 nein                          74                  73                 73                  71,5           72,25                        81,5                                          77                 81             79                  21
        Quest 2 (IPD:2 - 63mm)                       100                                                   1832 x 1920                                    90    58, 63 and 68mm                            80                  80                 80                    80              80                          84                      80                  84                 84             84                  16
                  HP Reverb G2                       114                                                   2160 x 2160                                    90                    ja                         70                  75                 68                    67            67,5                          70                      69                  66                 68             67                  47
            Valve Index (max)                        130                                                    1440×1600        80 Hz, 90 Hz, 120 Hz, or 144 Hz                    ja                         98                 106                106                   101           103,5                         112                     108                 113                114          113,5                16,5
            Valve Index (min.)                       100                                                    1440×1600        80 Hz, 90 Hz, 120 Hz, or 144 Hz                    ja                         76                  78                 73                    78            75,5                          84                      80                  82                 81           81,5                18,5
                     Varjo VR 2                      115                  115                1920 x 1920/2880 x 2720                                      90                    ja                         68                  68                 69                    65              67                          69                      69                  69                 69             69                  46
                     Pico Neo 2                      101                                                            4k                                    75               digital                         68                  71                 69                    65              67                          74                      75                  74                 76             75                  26
           Microsoft Hololens                         34                                                        47ppd                                     60                 nein                        30,5                  18                 30                    30              30                          36                      18                  39                 39             39                  -5
          Microsoft Hololens 2                        52                                         2k 3:2 light engines                                     60                    ja                         44                  24                 50                    50              50                          48                      25                  54                 54             54                  -2
               Google Glass EE                                                                                640×360                                                        nein                          14                   7               15,5                  15,5            15,5

           Messwerte rechtes Auge                                                                                                                Messwerte binokulares Sichtfeld                                                                              Differenz rechtes Auge zu binokular
           (Alternativ-Polsterung)                                                                                                                   (Alternativ-Polsterung)                                                                                          (Original Polsterung)                                                                                             Overlap                                                            Overlap - Alternative-Polsterung
                                           gemessenes              gemessenes                                                                                                                gemessenes                                                                                          gemessenes               gemessenes                                                              gemessenes            gemessenes                                                                               gemessenes
                                            diagonales              diagonales                                                                                      gemessenes                diagonales                                                                                          diagonales               diagonales                                                              diagonales            diagonales                                                          gemessenes           diagonales
 gemessenes          gemessenes           Sichtfeld links         Sichtfeld links       Mittelwert                       gemessenes          gemessenes              diagonales             Sichtfeld links     Mittelwert      Abweichung zu                 gemessenes          gemessenes    Sichtfeld links          Sichtfeld links                    gemessenes          gemessenes       Sichtfeld links       Sichtfeld links   Mittelwert     gemessenes          gemessenes        diagonales        Sichtfeld links   Mittelwert
 horizontales         vertikales          oben - rechts           unten - rechts        diagonales                       horizontales         vertikales        Sichtfeld links oben -      unten - rechts      diagonales        Hersteller-                 horizontales         vertikales   oben - rechts            unten - rechts                     horizontales         vertikales      oben - rechts         unten - rechts    diagonales     horizontales         vertikales     Sichtfeld links     unten - rechts    diagonales
   Sichtfeld          Sichtfeld               unten                    oben              Sichtfeld                         Sichtfeld           Sichtfeld            rechts unten                 oben            Sichtfeld         angaben                      Sichtfeld           Sichtfeld       unten                     oben                            Sichtfeld           Sichtfeld          unten                  oben          Sichtfeld       Sichtfeld           Sichtfeld   oben - rechts unten        oben          Sichtfeld

                                                                                                                                                                                                                                                                         23,5                               21,5                      30,5                              85,5                                                                     89,5

                                                                                                                                                                                                                                                                             17                             19,5                      25,5                                 92                                                                   90,25

                                                                                                                                                                                                                                                                           22                               14,5                      22,5                                86                                                                     92,5
                                                                                                                                                                                                                                                                          8,5                               11,5                      15,5                                87                                                                     88,5
               94                95                         95                  89                    92                            97,5                                               95                 98             96,5                13,5                         3,5                                  0                         9                              82,5                                                                     79,5              90,5                                                                   87,5
             92,5              92,5                         93                  88                  90,5                              99                                             95,5                 99            97,25               12,75                         4,5                                  2                       8,5                              88,5                                                                       86                86                                                                  83,75
                                                                                                                                                                                                                                                                          6,5                                3,5                         6                                77                                                                    79,75
                                                                                                                                                                                                                                                                          9,5                                6,5                       8,5                                77                                                                       79
                                                                                                                                                                                                                                                                           10                                  7                       9,9                                76                                                                     77,6
                                                                                                                                                                                                                                                                           25                               15,5                        18                                56                                                                    68,25
                80             81,5                         82                  80                   81                                 90                                           87,5               91,5             89,5                10,5                        10,5                                 12                         8                              73,5                                                                    73,25                  70                                                                 72,5
                                                                                                                                                                                                                                                                            9                                 10                        13                                72                                                                    71,25
             78,5                  76                      71,5                 72                 71,75                                88                                           84,5               88,5             86,5                13,5                           9                                 12                        12                              67,5                                                                    60,75                  69                                                                      57
                                                                                                                                                                                                                                                                          7,5                                2,5                        11                                64                                                                       65
                                                                                                                                                                                                                                                                           14                                4,5                      12,5                                58                                                                     67,5
                                                                                                                                                                                                                                                                          9,5                                3,5                      11,5                                73                                                                    75,25
                                                                                                                                                                                                                                                                          9,5                                2,5                      10,5                                77                                                                    80,75
                                                                                                                                                                                                                                                                          7,5                                  4                       9,5                              66,5                                                                     65,5
                                                                                                                                                                                                                                                                            4                                  4                         4                                76                                                                       76
                82                 75                       81                  78                  79,5                                92                 81                         85                  90             87,5                26,5                           0                                 -2                         1                                70                                                                       68                  72                                                                 71,5
                                                                                                                                                                                                                                                                           14                                  7                        13                                84                                                                     93,5
                                                                                                                                                                                                                                                                            8                                  9                         3                                68                                                                     69,5
                                                                                                                                                                                                                                                                            1                                  0                         4                                67                                                                       65
                                                                                                                                                                                                                                                                            6                                  5                        11                                62                                                                       59
                                                                                                                                                                                                                                                                          5,5                                  9                         9                                25                                                                       21
                                                                                                                                                                                                                                                                            4                                  4                         4                                40                                                                       46

                                                                                                                                                                                                                                                                                                 20
9. Literaturverzeichnis

[1] A. Mathur, J. Gehrmann und D. A. Atchison, „Pupil shape as viewed along the horizontal visual
    field,“ Journal of Vision May 13(6), pp. 1-8, 2013.

[2] R. H. Spector, Clinical Methods: The History, Physical, and Laboratory Examinations., Boston:
    Butterworths, 1990.

[3] I. R. M. J. H. Strasburger, „Peripheral vision and pattern recognition: a review,“ Journal of Vision.
    11, Nr. 5, p. 1–82, 2011.

[4] A. J. Augustin, Augenheilkunde, Berlin Heidelberg: Springer-Verlag, 2001.

[5] C. Ware, Information visualization: perception for design, Morgan Kaufmann, 2012.

[6] N. B. u. R. F. Schmidt, Das visuelle System (6. Auflage), Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2006.

[7] G. T. Robert F. Schmidt, Physiologie des Menschen 21., korrigierte Auflage, Berlin : Springer
    Verlag, 1983.

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10.     Impressum

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11.     Förderhinweis

  Die vorgestellten Arbeiten entstanden im Rahmen des Projekts "Applikationszentrum V/AR", wel-
  ches durch das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg geför-
  dert wird.

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