Von Von Otto Arndt

Mit ausgeklügelten virtuellen Welten erforschen Wissenschaftler, wie sich der Mensch im Raum orientiert.

Mit einem kleinen Ruck setzt sich das Cyberspace-Shuttle in Bewegung. Dann drückt die Beschleunigung den Fahrgast in den Sitz. Auf seinem Weg durch eine virtuelle Stadt rauschen Bilder und Töne vorbei.

Wären die Straßen nicht seltsam leer, könnte die Testperson bald vergessen, dass sie sich nicht in einem realen Gefährt, sondern in einer mannshohen schwarzen Box im Keller des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik in Tübingen befindet.

Die Kiste wird von sechs fest im Boden verankerten elektrischen Füßen bewegt und hat ein Innenleben aus Hightech. In einem der ausgeklügelsten Cyberspace-Labore Deutschlands tasten sich die Wissenschaftler zu den Grundlagen der menschlichen Navigation vor.

Das Tübinger Team aus Physikern, Psychologen, Biologen und Informatikern will klären, anhand welcher kognitiven Mechanismen sich Menschen im Raum orientieren. Die Forscher arbeiten mit ihren Probanden fast ausschließlich in virtuellen Realitäten, die sie immer weiter verfeinern.

Davon profitieren Ärzte, Autobauer, Architekten und Pilotentrainer, für die Simulationen immer wichtiger werden. "Erst wenn man versteht, wie das Gehirn eine Umgebung wahrnimmt, kann man eine Computerwelt so konstruieren, dass der Mensch sie akzeptiert und sich darin natürlich verhält", sagt der Physiker Bernhard Riecke.

Damit die virtuellen Realitäten derart gut geraten, beschäftigen sich die Tübinger Forscher allerdings erst einmal mit simpel erscheinenden Fragen. "Wie merkt der Mensch, dass er sich bewegt?", fragt Riecke.

Augen, Ohren, der Gleichgewichtssinn im Innenohr und der Tastsinn liefern Informationen. Aber wie stellt das menschliche Gehirn eine Bewegung des Körpers fest? "Das ist eine Karte mit vielen weißen Flecken."

Zudem müsse der Geist oft widersprüchliche Signale richtig deuten. Das veranschaulicht das Beispiel, das Rieckes Kollege erzählt: "Meine fünf Jahre alte Tochter hat sich eine Zeit lang die Kamerafahrt durch die fotorealistische Simulation der Tübinger Altstadt angeschaut - auf unserer gebogenen 240-Grad-Leinwand", berichtet der Techniker Hans-Günther Nusseck.

Dann habe sie gefragt: "Papa, wir haben uns jetzt aber nicht wirklich bewegt, oder?" Diese Unsicherheit zeige, dass bei Kindern die Raumorientierung noch nicht fest verankert sei.

Erwachsenen schlägt die Wahrnehmung ähnliche Schnippchen. "Jeder hat das schon erlebt: Man sitzt im Zug und denkt, es geht los, dabei fährt der Nachbarzug ab."

Um die Verarbeitung solcher Täuschungen zu studieren, sind standardisierte Testbedingungen ebenso nötig wie für Versuche zur menschlichen Orientierung anhand von Landmarken oder für die Klärung der Frage, mit wie wenig Informationen sich Menschen gerade noch zurecht finden.

Optimale Bedingungen gibt es nur im Cyberspace. "In einer natürlichen Umgebung schiebt sich mal schnell eine Wolke vor die Sonne oder ein Vogel singt - das hat große Auswirkungen auf unsere Wahrnehmung und macht Experimente unmöglich", erklärt Institutsleiter Heinrich Bülthoff.

Der Griff in die Zauberkiste der virtuellen Realität soll die perfekte Täuschung bringen. "Intelligent schummeln heißt dabei aber vor allem eines: Ressourcen sparen", sagt Bülthoff.

Die Ohren lassen sich relativ leicht täuschen, wenn Lautsprecher im Kreis angeordnet sind. Und fotorealistische Bilder auf einer Riesenleinwand oder auf den Displays einer Spezialbrille stellen die Augen auf die Probe. "Um die Sinneseindrücke echt wirken zu lassen, muss dabei ein Computer die Position des Beobachters verfolgen und blitzschnell den Blickwinkel des Bildes verändern, wenn der Proband seinen Kopf zur Seite bewegt", sagt Riecke.

Aber: "Stimmt die Feinabstimmung bei der Bewegung der Bilder nicht, ruft das leicht Schwindelgefühle hervor."

Der tief im Innenohr sitzende Gleichgewichtssinn ist technisch am schwierigsten zu überlisten. Die Forscher behelfen sich bisher dennoch mit einfachen Tricks.

"Kippt das Cyberspace-Shuttle nach hinten, kann der Mensch das nicht von einer Beschleunigung nach vorne unterscheiden", erklärt Riecke. Ähnlich lässt sich beim Bremsen oder in virtuellen Kurven schummeln.

Für noch mehr Realismus soll in Kürze ein riesiger Industrieroboterarm Testpersonen durch die Luft wirbeln. "Damit können wir auch Phänomenen wie Flug- und Höhenangst auf den Grund gehen."

Die natürlichste Fortbewegungsart des Menschen ist jedoch das Laufen. Um das simulieren zu können, entwickelt das Tübinger Institut derzeit eine 1,7 Millionen Euro teure Cyberwalk-Laufplattform.

"Auf dem Cyberteppich können Probanden in alle Richtungen loslaufen und bleiben doch immer in der Mitte stehen", erklärt Riecke.

Auch Anwender zeigen großes Interesse an dem Laufband mit virtueller Umgebung. Museen können Besucher durch virtuelle Nachbauten antiker Monumente spazieren lassen, Vergnügungsparks interaktive Spiele auf fernen Planeten anbieten.

"In ein paar Jahren", prophezeit Manfred Bogen vom Fraunhofer-Institut für Medienkommunikation in Sankt Augustin, "wird es Standard sein, dass Architekten mit ihren Kunden vor dem Bauauftrag virtuell durch das geplante Haus laufen."

(SZ vom 23.6.2005)