
\section{Aufbau}
\label{sec:assembly}
\setauthor{Quirin Ecker}

Folgend werden alle Gegenstände und Geräte für den Aufbau in Abb.~\ref{fig:assembly} angeführt.

\begin{figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.5]{pics/assemlbly}
    \caption{Aufbau}
    \label{fig:assembly}
\end{figure}

\begin{enumerate}
    \item VR Raum
    \item Lighthouses~\ref{sec:lighthouse_tracking}
    \item Monitor
    \item Balken
    \item Startposition
    \item Virtueller Abgrund
\end{enumerate}

\subsection{Erklärung}\label{subsec:description}

Der Spieler started bei der Startposition und balanciert entlang des Balkens.
Die Lichtboxen müssen diagonal positioniert werden wie bereits beschrieben in dem Abschnitt~\ref{sec:lighthouse_tracking}.
Der Balken sollte ca in der Mitte positioniert werden und die langen seiten sollten möglichst parallel zu den langen seiten des VR Raums sein.

Leichte Abweichungen der optimalen position sind nicht problematisch.
Größere Abweichungen können zu unerwarteten verhalten führen.
Die echte position des Bildschirmes ist nicht wichtig.
Wichtig ist nur wo die position bei der kalibrierung eingestellt ist~\ref{fig:assembly}.
Durch das Positionieren des Monitors wird die standard Blickrichtung für SteamVR eingestellt.
Wenn der monitor Beispielsweise auf der anderen seite eingestellt wird, schaut man in die Falsche richtung in der Simulation.

\section{Code}
\label{sec:code}

\subsection{Ganzkörper-Tracking}
\label{sec:full-body-tracking}

\subsection{Beam Calibration}
\label{subsec:beam-calibration}

\subsection{Schwerkraft}
\label{subsec:gravity}

\subsection{Verkehrssystem}
\label{subsec:traffic-system}
\setauthor{Florian Beckerle}
In der Stadt von BeamVR ist auf den Straßen einiges los, dass wurde mithilfe eines neuem Verkehrssystems umgesetzt.
Die Straßen sind mit, f\"ur den Spieler unsichtbaren, Objekten versehen die den Verkehr regeln.

\textbf{Car Signals}
Damit die Fahrzeuge in BeamVR wissen wo und vor allem wie sie auf den Straßen navigieren k\"onnen, wurde das Car Signal System entwickelt.
Die Car Signals gibt es in zwei verschiedenen Versionen, f\"ur die linke Straßenseite wurden gr\"une und f\"ur die Rechte Seite wurden rote Signale erstellt.
Die Signale funktionieren wie Checkpoints, jedes Auto wird nachdem es initialisiert wurde, von einem zum n\"achsten fahren.
Jeder dieser Checkpoints verweist auf den nächsten, wie in einer Liste, daher weis jedes Fahrzeug wo die momentane Zielposition ist.~\ref{fig:trafficsystem_next_signal_reference}
Endpunkte sind spezielle Signale, welche auf keinen nachfolgenden Punkt mehr verweisen, erreicht ein Auto ein solchen Punkt hat es das Ziel erreicht.

An Kreuzungen befinden sich mehrere dieser Car Signals, damit die Fahrzeuge auf der richtigen Spur bleiben und die Verkehrsregeln befolgen.
Die gr\"unen Linien zeigen die m\"oglichen Routen die das Auto fahren kann, die Pfeile visualisieren in welche Richtung gefahren werden kann.~\ref{fig:trafficsystem_crossroads}



\begin{figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.5]{pics/trafficsystem_carsignal_crossroads}
    \caption{Traffic System - Crossroads}
    \label{fig:trafficsystem_crossroads}
\end{figure}

\begin{figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.7]{pics/trafficsystem_carsignal_signal_reference}
    \caption{Traffic System - Next Signal Reference}
    \label{fig:trafficsystem_next_signal_reference}
\end{figure}


\textbf{Car Spawn Points}
Car Spawn Points sind blau dargestellte Punkte an denen Fahrzeuge, nach dem laden der Szene, initialisiert werden.~\ref{fig:trafficsystem_car_spawn_points}
Falls ein Auto einen Car Signal, welcher ein Endpunkt ist, erreicht wird es, nach einem kurzen Delay, an einem Respawn Point wieder erscheinen.
Diese Punkte verweisen, \"ahnlich wie Car Signals, auf einen nachfolgenden Punkt, wo die Fahrzeuge hinfahren.

%% IN QUELLCODEVERZEICHNIS PACKEN!
\begin{lstlisting}{CarSpawnPoint.cs}
public class CarSpawnPoint : MonoBehaviour
{

    //Location where the car should go after respawning
    public CarSignal nextSignal;

    //Position of the Respawnpoint;
    public Vector3 position;

    public void Start(){
        position = transform.position;
    }

    public Vector3 GetPosition(){
        return position;
    }

    public CarSignal GetNextSignal(){
        return nextSignal;
    }

}
\end{lstlisting}

\begin{figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.4]{pics/trafficsystem_respawn_point}
    \caption{Traffic System - Car Spawn Points}
    \label{fig:trafficsystem_car_spawn_points}
\end{figure}


\textbf{Car Manager}
Der Car Manager regelt die maximale Anzahl an Fahrzeugen die gleichzeitig auf den Straßen fahren k\"onnen.
Am Anfang werden n Fahrzeuge (n ist hierbei die maximale Anzahl an Autos) auf den Straßen initialisiert, indem ein zuf\"alliger Spawn Point ausgewählt wird.
\begin{lstlisting}{car_manager_respawncars}

public void SpawnCar(){
        CarSpawnPoint newCarSpawnPoint = GetRandomSpawnPoint();
        GameObject newCar = Instantiate(GetRandomCarModell(), newCarSpawnPoint.GetPosition(), newCarSpawnPoint.transform.rotation);
        newCar.GetComponent<CarBehaviour>().SetCarManager(this);
        CarBehaviour carBehaviour = newCar.GetComponent<CarBehaviour>();


        carBehaviour.curSignal = newCarSpawnPoint.GetNextSignal();
        carBehaviour.curPosition = newCarSpawnPoint.GetPosition();

        currentCars.Add(newCar);
    }
\end{lstlisting}

Weiters wird mithilfe der Funktion RespawnCars() ein Auto recycled, sobald es einen Endpunkt erreicht hat, indem der Manager die aktuelle Position und das n\"achste Ziel des Fahrzeuges neu setzt.
\begin{lstlisting}{car_manager_respawncars}
public void RespawnCars(GameObject finishedCar){
        CarBehaviour carBehaviour = finishedCar.GetComponent<CarBehaviour>();
        CarSpawnPoint newCarSpawnPoint = GetRandomSpawnPoint();
        carBehaviour.curSignal = newCarSpawnPoint.GetNextSignal();
        carBehaviour.curPosition = newCarSpawnPoint.GetPosition();
    }
\end{lstlisting}

\textbf{Car Behaviour}
Jedes Fahrzeug erh\"alt nachdem es initialisiert wurde eine zufällige ID mit folgendem Aufbau "Car[0-9]BeamVR[0-9]", damit diese im sp\"ateren Verlauf des Spieles besser identifiziert werden können.
In jedem Frame bewegt sich das Auto, mithilfe der Vector3.MoveTowards() Funktion, richtung dem Car signal, welches derzeit als Ziel festgelegt wurde.
Wenn nun das momentante Ziel erreicht wurde, sucht das Gefährt in dem aktuellen Punkt die Referenz auf das nächste Signal und bewegt sich dort hin.

Um zu verhindern, dass mehrere Fahrzeuge ineinander fahren,kann das Auto mithilfe eines Raycasts erkennen, was sich in einer bestimmten Distance vor sich befindet und im Notfall anhalten.

\begin{lstlisting}{car_behaviour_raycast}
...
RaycastHit hit;
         if (!Physics.Raycast(curPosition, transform.TransformDirection(Vector3.forward), out hit, carSeeingDist, layerMask))
        {
        ...
        }
...
\end{lstlisting}

\section{3d Welt}\label{sec:3d-world}
\setauthor{Florian Beckerle}
Jedes Spiel besitzt eine Spielwelt.
Babei ist es egal ob es sich um eine 3D oder 2D Applikation handelt.
Unter den Begriff Spielwelt fällt die Umgebung in welcher sich der Spieler befindet.
Es gibt hierbei so gut wie keine Einschränkungen in Bezug auf Kreativität, egal ob die digitale Welt nun ein riesiger Ring, der im Weltall schwebt,
oder eine verlassene Großstadt in einer postapokalyptischen welt, siehe Abb. ~\ref{fig:3d_environment_destiny2}.
~\cite{GamesRadar_HaloRing_2022}



%% this image and the next are not working. see issue #1

\begin{figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.4]{pics/3d_welt_halo_ring}
    \caption{3D Welt - Halo}
    \label{fig:3d_environment_halo}
\end{figure}


%% Grafik für Destiny 2 Locations noch einbinden (Seite für Quelle lädt grade nicht Bungie.net)

\begin{figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.3]{pics/3d_welt_destiny_planets}
    \caption{3D Welt - Destiny 2}
    \label{fig:3d_environment_destiny2}
\end{figure}

Spielehersteller bauen die Spielwelten so auf, wie es am besten zu der Vision des Spieles passt.
Gleichzeitig wird darauf geachtet, dass sich die Umgebung nicht langweilig oder leer anfühlt.
Hierfür wird Environmental Storytelling verwendet.
Darunter versteht man das Platzieren von Gegenständen und Objekten,
welche dem Spieler eine kleine Geschichte erzählen.
Das passiert jedoch nicht über Sprache sondern einfach nur über die Platzierung und das Aussehen.
Ein Beispiel hierfür w\"are das Bild von Cayde-6 (ein Charakter aus Destiny 2), welches in einem Restaurant platziert wurde.
Cayde ist einer der drei Anführer der Vanguard, welche eine Ansammlung an Guardians (Spielern und NPC) ist und gegen das Böse kampft.
In Forsaken starb Cayde jedoch und viele trauerten um ihn, als Gedenken wurde dieses Bild aufgehangen.
~\cite{GameDeveloper_2022}

\begin {figure}
    \includegraphics[scale=0.3]{pics/3d_welt_destiny2-environmental-storytelling}
    \caption{Environmental Storytelling '-' Destiny 2 Cayde}
    \label{fig:3d_environmental_storytelling_destiny2}
\end {figure}


\subsection{City Grid System}\label{subsec:city-grid-system}
\setauthor{Florian Beckerle}
Um die Gestaltung der Welt in BeamVR zu erleichtern, wurde ein Grid System verwendet.
Dafür ist die Stadt in ein Raster aufgeteilt, an welchem sich alle Objekte der Welt auf allen 3 Achsen (x,y,z) orientieren.
Unity stellt, wie in Abb. ~\ref{fig:grid-system-unity} zu sehen, so ein Grid Snapping System zur Verf\"ugung.
Daher wurde f\"ur BeamVR am Anfang der Modellierungsphase eine bestimmte Grid-Size festgelegt,
an welche die Grundfl\"achen der Geb\"aude und die Strassen
angepasst wurden.

\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.5]{pics/unity-grid-snapping}
    \caption{Unity '-' Grid Snapping System}
    \label{fig:grid-system-unity}
\end {figure}

Wenn man die Grid Size, also die Gr\"osse des Rasters \"andern m\"ochte, muss man zuerst im Editor das Grid and Snap Fenster öffnen.
Als n\"achstes findet man unter dem Bereich World Grid ein Attribut namens Size, wo man die X, Y und Z Achsen frei und unabh\"angig voneinander umskalieren kann, siehe Abb. ~\ref{fig:grid-size-unity}.
~\cite{Unity_GridSnapping_2022}

\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics{pics/unity-grid-snapping-size}
    \caption{Unity - Grid Snapping Size}
    \label{fig:grid-size-unity}
\end {figure}



\subsection{Stadt}\label{subsec:city}
\setauthor{Florian Beckerle}
Jede Stadt hat viele verschiedene Strukturen wie zum Beispiel Sehensw\"urdigkeiten, Bauwerke und Einrichtungen wie Kinos, Theater oder Restaurants.
F\"ur BeamVR wurden daher insgesamt \"uber 34 Geb\"aude Modelle erstellt um eine Vielfalt in der Umgebung zu erreichen, siehe Abb. ~\ref{fig:beamvr_building-variety}.

\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.18]{pics/beamvr_building-variety}
    \caption{Beam VR - Building Overview}
    \label{fig:beamvr_building-variety}
\end {figure}

Die Stadt wurde so entworfen, dass nur die für den Spieler sichtbaren Objekte wirklich existieren, wie auf dem Abb. ~\ref{fig:beamvr_building-variety} zu erkennen ist.
Bei richtiger Umsetzung scheint es für den Anwender dennoch so, als w\"are dieser in einer kompletten Spielwelt.
Um die Performance des Spieles zu verbessern, wurde dieser Trick in BeamVR angewandt, da unn\"otige Objekte nicht gerendert oder berechnet werden m\"ussen.
Bei gr\"osseren Projekten spart das nicht nur Zeit sondern auch Ressourcen.
Bei BeamVR wurde diese Technik angewandt um die Frames per Second zu erh\"ohen.

TODO: PERFORMANCE ERHÖHEN MITHILFE VON MAPS UND TEXTUREN ERKKLÄREN!!!! (hier)


\subsection{Tag Stadt}\label{subsec:day-city}
\setauthor{Florian Beckerle}
Es wurden 17 der 34 verschieden Geb\"aude f\"ur diese Map modelliert, siehe Abb. ~\ref{fig:beamvr_building-variety}.
Der Fokus bei der Gestaltung des Bauwerke lag darauf, dass diese m\"oglichst realistisch aussehen und dennoch nicht zu rechenaufwendig in der Darstellung sind.
Daher wurden Texturen verwendet um kleinere Details an den Fassaden darzustellen, statt diese zu modellieren.
Das gleiche Prinzip wurde bei der Apocalypse Map verwendet, siehe Abschnitt ~\ref{subsec:apocalypse-city}.
Die Texturen stellen Fassaden aus Stein und Glas dar.
Ein weiterer wichtiger Punkt bei der Planung der Stadt war es auch, dass der Spieler nicht aus der Stadt raus schauen kann und die Illusion aufrecht erhalten bleibt.
Daher wurden alle umliegenden Bauwerke mindestens 3 Meter h\"oher gemacht, als das Geb\"aude auf dem sich der Spieler befindet, siehe Abb. ~\ref{fig:beamvr_building-heights}.

\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.5]{pics/beamvr_city_day_heights}
    \caption{Beam VR - Building Heights}
    \label{fig:beamvr_building-heights}
\end {figure}

\subsection{Nacht Stadt}\label{subsec:night-city}
\setauthor{Florian Beckerle}
In der Nacht Version der Stadt wurde die Skybox angepasst.
Diese zeigt nun einen Sternenhimmel.
Es handelt sich hierbei um eine Sphere oder Box, welche sich um die Spielwelt befindet, sie wird dazu benutzt um einen Himmel oder andere Umgebungen,
in Form von Texturen, darstellen zu können, ohne dass diese als Modelle existieren.
Zus\"atzlich wurde die Belichtung der Scene auf ein bl\"auliches Licht eingestellt und die Laternen in den Straßen
haben noch eigene Lichtquellen.
~\ref{fig:beamvr_night_map_lighting}

\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.3]{pics/beamvr_night_overview}
    \caption{Beam VR - Night Map Lighting}
    \label{fig:beamvr_night_map_lighting}
\end {figure}

\subsection{Apocalypse Stadt}\label{subsec:apocalypse-city}
\setauthor{Florian Beckerle}
F\"ur diese Umgebung wurden alle Geb\"aude nochmal \"uberarbeitet.
Statt den intakten Glasfassaden werden nun vor barrikadierte Fenster und Ziegelsteine ohne Verputz f\"ur die Bauwerke verwendet, siehe Abb. ~\ref{fig:beamvr_damaged_texture}.
Durch diese \"Anderung sieht die Stadt verlassen und postapokalyptisch aus.
Um den Effekt noch zus\"atzlich zu verst\"arken wurden die Bauwerke in eine Schieflage gebracht, sodass es aussieht, als w\"urden diese gleich zusammenbrechen.
Das Gel\"ande wurde mit neuen Sandstein Texturen und D\"unen in eine W\"uste umgewandelt.
Die Planzen und B\"aume wurden durch ausgetrocknete B\"usche ausgetauscht, damit die Welt ein trostloses Aussehen erhält, siehe Abb. ~\ref{fig:beamvr_apocalypse_map}.

\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics{pics/beamvr_damaged_texture}
    \caption{Beam VR - Damaged Texture}
    \label{fig:beamvr_damaged_texture}
\end {figure}

\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.3]{pics/beamvr_apocalypse-overview}
    \caption{Beam VR - Apocalypse Map}
    \label{fig:beamvr_apocalypse_map}
\end {figure}



\section{Sound Design}\label{sec:sound}
\setauthor{Florian Beckerle}
Ohne Sound Design würden die Maps von BeamVR unrealisitsch, da in einer Stadt immer etwas los ist.
In der virtuellen Umgebung der verwendeten Game Engine existieren anfangs keine Geräusche, diese m\"ussen von den Entwicklern selber erstellt und eingef\"ugt werden.


Es gibt viele verschiedene Arten Sound Design zu benutzen, wie zum Beispiel die Ger\"ausche die der Anwender selbst in der virtuellen Welt verursacht.
Wenn sich der Spieler bewegt, sollten Fußstapfen zu h\"oren sein.
Diese klingen je nach Bodentyp unterschiedlich.
Besteht der Boden aus Holz, wird man ein h\"olzernes Klopfen und Knarren h\"oren.
Ist der Boden jedoch mit Gras bedeckt, wird ein Rascheln abgespielt.
Zus\"atzlich wird der gesteuerte Charakter außer atem sein wenn gelaufen wurde oder gerade ein Sprung ausgef\"uhrt wird, das wird mithilfe von Atem-Geräuschen umgesetzt.

Bei Umgebungen ist es wichtig, dass die Welt nicht leer klingt, sondern mit situationsbedingten Hintergrundger\"auschen voller Leben erscheint.
Es gibt jedoch auch Situationen wo gezielt wenig Umgebungsger\"ausche benutzt werden um zum Beispiel eine W\"uste oder eine verlassene Stadt noch einsamer und trostloser darzustellen.

Um die Stimmung noch genauer steuern zu k\"onnen kann Musik benutzt werden.
Wenn der Spieler auf einem Pferd durch eine Weide reitet, kann eine dramatische und inspirierende Musik benutzt werden, um den Moment noch besser und cinematischer wirken zu lassen.

Die Informationen für die Absätze wurden hier gefunden ~\cite{GK_Media_Factory_Sound_Design_2022}.

\subsection{Apocalypse}\label{subsec:apocalypse-background-sound}
\setauthor{Florian Beckerle}
Die Musik in der Apocalypse Map ist stark an das Horror Genre angelegt.
Die Melodie ist jedoch nicht wirklich existent, stattdessen existiert ein durchgehendes pfeifendes Ger\"ausch, welches unterbewusst das Spannungslevel erh\"oht.
Der Spieler f\"uhlt sich etwas unbehaglich und alleine.
Dadurch wirkt die Stadt, neben den br\"ockelnden H\"ausern, zus\"atzlich noch mehr verlassen.

Da die Sicht in dieser Map stark durch einen gelblichen Nebel, der wie ein Sandsturm wirkt, eingeschr\"ankt ist, kann man im Hintergrund den Wind pfeifen h\"oren.

\subsection{City}\label{subsec:day-night-background-sound}
\setauthor{Florian Beckerle}
Die Hintergrundger\"ausche der Tag und Nacht Version der Stadt sind sehr \"ahnlich.
Der Spieler kann Motorr\"ader und Autos auf den Straßen vorbeifahren h\"oren.
Hin und wieder kann man Menschen, die man nicht sehen kann, bei kurzen Gespr\"achen miteinander zuh\"oren und ein Kind husted im Hintergrund.

\subsection{Event}\label{subsec:building-collapse-sound}
\setauthor{Florian Beckerle}
Um spezifische Events, also bestimmte Dinge welche in der Welt passieren, f\"ur den Benutzer besser erkennbar zu machen, wurden zus\"atzlich Ge\"ausche eingef\"ugt.
Auf der Apocalypse Map sind zusammenbrechende Geb\"aude zu h\"oren, um die schlechte instandhaltung der verlassenen Stadt erneut zu verdeutlichen.
Aber wenn der Benutzer genauer hinsieht, kann man w\"ahrend diese Sounds h\"orbar sind, auch tats\"achlich eine kleine Auswahl an Bauwerken br\"ockeln sehen.

\section{Effects}\label{sec:effects}
\setauthor{Florian Beckerle}
Unity bietet verschiedene M\"oglichkeiten um das Aussehen der Applikation zu beeinflussen.
Mithilfe von Post Processing kann man Effekte zu dem Buffer der Kamera, also dem Aktuellen Frame der gerade Aufgenommen wurde, hinzuf\"ugen bevor etwas am Bildschirm Angezeigt wird.
Eine kleine Auswahl von diesen Effekten sind zum Beispiel Bloom, Grain oder Color Grading.
~\cite{Unity_Post_Processing_2022}

Post Processing kann global angewandt werden, somit werden die eingestellten Effekte \"uber die komplette Spielwelt angezeigt.
Um die Effekte auf einen bestimmten Bereich zu begrenzen muss ein Collider erstellt und platziert werden.
Wenn die Kamera in diesem Collider ist, wird das angezeigte Bild mit den eingetellten Effekten versehen.
~\cite{Unity_Post_Processing_Volumes_2022}

Der Bloom Effekt wird dazu benutzt um sehr helle Stellen und Objekte, wie bei einer echten Kamera, ausgebrannt darstellen zu können.
Hierbei wirkt das Objekt etwas verschwommen und durch die Helligkeit ist kaum etwas zu erkennen, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-bloom}.
\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-bloom}
    \caption{Unity - Post Processing Bloom}
    \label{fig:unity-post-processing-bloom}
\end {figure}
Dieser Effekt kann mithilfe von verschiedenen Paramtern angepasst werden.
Die Intesität steuert die stärke des Effektes, also wie stark das Bild verändert wird.
Der Treshhold filtert alle Pixel, welche unter einem bestimmten Helligkeitsniveau liegen, heraus.
Diese Pixel sind nicht von den Änderungen betroffen.
Wenn Soft Knee auf 1 gestellt wird, ist der Übergang zwischen Pixeln, die durch den Treshhold gefiltert werden, weicher.
Bei 0 befindet sich die Grenze genau auf dem eingestellten Wert.
Der Radius beeinflusst die Ausbreitung des Blooms von einem hellen Objekt aus.
Es kann zusätzlich ein Lens Dirt Effekt angewandt werden, hierbei entstehen Flecken in den Hellen stellen, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-lens-dirt}.
~\cite{Unity_Post_Processing_Bloom_2022}

\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-lens-dirt}
    \caption{Unity - Post Processing Lens Dirt}
    \label{fig:unity-post-processing-lens-dirt}
\end {figure}

Grain fügt dem angezeigten Bild einen Noise Effekt hinzu.
Hierfür wird ein nahtloses Rauschen angewandt, welches Unvollkommenheiten von Filmbändern ähnelt, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-grain}.
\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-grain-on}
    \caption{Unity - Post Processing Grain}
    \label{fig:unity-post-processing-grain}
\end {figure}
Dieser Effekt ebenfalls mithilfe von verschiedenen Attributen verändert werden, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-grain-ui}.
Intensity steuert die Sichtbarkeit des Rauschen im Bild.
Luminance Contribution steuert das Rauschen abhängig von der Helligkeit einer Stelle im Bild.
Bei einem niedrigen Wert, ist in dunklen Gebieten kaum Rauschen zu sehen.
Die Größe der Partikel wird vom Size Parameter gesteuert.
\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-grain-ui}
    \caption{Unity - Post Processing Grain UI}
    \label{fig:unity-post-processing-grain-ui}
\end {figure}
~\cite{Unity_Post_Processing_Grain_2022}

Color Grading wird für die Korrektur von Farben und Helligkeit, eines Bildes verwendet.
Ein Beispiel für die Auswirkungen dieses Effekts sieht man in Abbildung ~\ref{fig:unity-post-processing-color-grading-example}.
Der Linke Teil des Bildes wurde Bearbeitet, der rechte Teil zeigt die Ursprünglichen Farben des Bildes an.
Color Grading hat 5 verschiedene Sektionen, mit welchen genauere Einstellungen getroffen werden können.
Darunter fallen Tonemapping, Basic, Channel Mixer, Trackballs und Grading Curves.
~\cite{Unity_Post_Processing_ColorGrading_2022}
\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.4]{pics/unity-post-processing-color-grading-before-after}
    \caption{Unity - Post Processing Color Grading Example}
    \label{fig:unity-post-processing-color-grading-example}
\end {figure}

Tonemapping beschreibt den Prozess, in welchem HDR Werte eines Bildes, so umgewandelt werden, um auf einem Bildschirm dargestellt werden zu können.
Es werden dabei drei Modes zur Verfügung gestellt.
Der Neutral Tonemaper wandelt die Werte, mit möglichst geringem Einfluss auf Farbe und Sättigung, um und verwendet eine Tonemapping Curve, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-neutral-tonemapper-ui}.
Black In und White In steuern dabei die inneren weißen und schwarzen Kontrolpunkten, Black Out und White Out steuern die äußeren Punkte.
Mit dem White Level kann auf einen weißen Punkt vor der Kurve eingestellt werden.
White Clip stellt auf einen weißen Punkt nach der Kurve ein.
\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-color-grading-neutralTonemapper}
    \caption{Unity - Post Processing Neutral Tonemapper UI}
    \label{fig:unity-post-processing-neutral-tonemapper-ui}
\end {figure}

Der Filmic (ACES) Tonemapper verwendet Schätzwerte  des ACES Tonemappers um ein filmisches Aussehen zu erreichen.
Das Resultat sind ein höherer Kontrast und es wird Einfluss auf die Farbe und Sättigung des Bildes genommen.
Dieser Tonemapper besitzt keine Einstellungsmöglichkeiten, siehe Abb. ~\ref{}.
\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-color-grading-filmic}
    \caption{Unity - Post Processing Filmic (ACES) Tonemapper UI}
    \label{fig:unity-post-processing-filmic-aces-tonemapper-ui}
\end {figure}

Der Basic Tonemapper stellt simple Einstellungsmöglichkeiten zur Verfügung und ist ein empfohlener Startpunkt für Farb Korrekturen.
Es können Einstellungen wie Post Exposure, Temperature, Tint, Hue Shift, Staturation und Contrast eingestellt werden, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-basic-tonemapper-ui}.
\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-color-grading-basicTonemapper}
    \caption{Unity - Post Processing Basic Tonemapper UI}
    \label{fig:unity-post-processing-basic-tonemapper-ui}
\end {figure}

Post Exposure stellt die allgemeine Belichtung der Scene in EV Einheiten dar.
Dieser Effekt wird erst nach den HDR Effekten, aber vor dem Tonemapping, eingesetzt, damit die vorherigen Effekte nicht beeinflust werden.
Die Temperatur setzt die White Balance zu einer beliebig eingestellten Farbtemperatur.
Mithilfe von Tint kann ein grüner oder magenta Tint im Bild korrigiert werden.
Hue Shift verschiebt das HUE aller Farbe, während Saturation die Intensität dieser beeinflust.
Der Contrast erweitert oder verkleinert die Breite zwischen den dargestellten Farben.

Mithilfe des Channel Mixer kann der Einfluss der einzelnen Farbkanäle, welche Rot, Grün und Blau sind, auf dass gesamte Bild eingestellt werden.
Wie in Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-channel-mixer-ui} zu sehen ist, kann dabei jeder Farbkanal einzeln mittels eines Schiebereglers verändert werden.
Ein Beispiel für die Auswirkungen dieses Effekts ist in Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-channel-mixer} zu erkennen.
\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-channel-mixer-ui}
    \caption{Unity - Post Processing Channel Mixer UI}
    \label{fig:unity-post-processing-channel-mixer-ui}
\end {figure}

\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.4]{pics/unity-post-processing-channel-mixer-example}
    \caption{Unity - Post Processing Channel Mixer}
    \label{fig:unity-post-processing-channel-mixer}
\end {figure}

Mithilfe von Trackballs kann man ein 3-Wege Color Grading in einem Linearen oder Logarithmischen System.
Bei der Logarithmus Variante werden die Farbverteilung und der Contrast komprimiert um einen color-timing process, welcher von optischen Film Druckern erzeugt wird zu simulieren, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-trackballs-log}.
Hierbei kann mit Power das Gamma und mit Offset das Signal beeinflusst werden.
\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-trackballs-log}
    \caption{Unity - Post Processing Trackballs Log}
    \label{fig:unity-post-processing-trackballs-log}
\end {figure}
Die Lineare Methode wurde für linear-encododed Data optimiert, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-trackballs-linear} für das UI.
Mithilfe von Lift kann das gesamte Signal verschoben werden.
Gamma beeinflusst wieder die mittleren Töne und Gain verstärkt das Signal.
\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-trackballs-linear}
    \caption{Unity - Post Processing Trackballs Linear}
    \label{fig:unity-post-processing-trackballs-linear}
\end {figure}

Mithilfe von fünf verschiedenen Grading Curves können YRGB, Hue vs Hue, Hue vs Sat, Sat vs Sat und Lum vs Sat verändert werden.
Hierbei handelt es sich jedes mal um eine Kurvendarstellung, in welcher man weitere Punkte setzen und damit den Verlauf der Kurve beeinflussen kann, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-post-processing-grading-curve-example}.
\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-grading-curve-example}
    \caption{Unity - Post Processing Grading Curve Example}
    \label{fig:unity-post-processing-grading-curve-example}
\end {figure}
Bei der YRGB Kurve kann durch die Manipulation des Graphen der Contrast und die Helligkeit des Bildes eingestellt werden.
Die Hue vs Hue Kurve bietet die Möglichkeit, Farbbereiche zu verfeinern oder auszutauschen.
Um eine bestimmte Farbe besonders hervorzuheben oder einen monochromatischen Effekt zu erreichen wird die Hue vs Sat Kurve verwendet.
Bei der Sat vs Sat Kurve werden einfache Veränderungen der Farbe wie beim Color Grading vorgenommen.
Die letzte Option heißt Lum vs Sat Kurve und ermöglicht es in bestimmten Gebieten die Sättigung zu verringern, wie zum Beispiel in dunklen Stellen.

\subsection{Nebel}\label{subsec:fog-effect}
\setauthor{Florian Beckerle}
Unity bietet mehrere M\"oglichkeiten Nebel darzustellen.
Zum Beispiel mittels Post Processing, oder mithilfe der Lighting Einstellungen.
F\"ur BeamVR wurde die zweite Variante verwendet, da der Nebel in BeamVR kein Hauptaugenmerk ist und mithilfe dieser Methode das Einstellen für BeamVR schneller ging.
~\cite{Unity_Lighting_Window_2022}

Mittels Post Processing wird ein Screen-Space Nebel Effekt in der Tiefen-Texture der Kamera erstellt, siehe Abb. ~\ref{fig:unity_post_processing_fog}.
Screen-Space bedeuted, dass die Position auf dem Bildschirm und nicht in der 3 Dimensionalen Welt berechnet wird.
~\cite{Unity_Fog_2022}

\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-post-processing-fog}
    \caption{Unity - Post Processing Fog}
    \label{fig:unity_post_processing_fog}
\end {figure}
Unter dem Begriff Map versteht man ein Umgebung in einer Spielwelt, in diesem Fall wird auf die Szenen, in welchen die Städte platziert sind, verwiesen.
Auf fast jeder Map von BeamVR wurde dieser Nebel verwendet.
In der Nacht Map wird mithilfe dieses Effekts ein leichter Nebel dargestellt, was zur abendlichen Stimmung beitr\"agt.
Bei Apocalypse ist der Nebel viel dichter und stellt einen Sandsturm dar. Zus\"atzlich wurde dieser gelb gef\"arbt um noch mehr an Sand zu erinnern, siehe Abb. ~\ref{fig:beamvr_yellow_fog}.

\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.3]{pics/beamvr_yellow_fog}
    \caption{Beam VR - Yellow Fog}
    \label{fig:beamvr_yellow_fog}
\end {figure}

Mittels der High Definition Render Pipeline, welche auch als HDRP bezeichnet wird, kann ebenfalls Nebel eingestellt werden.
Hierfür wird die Volume Framework benötigt, in welcher ein Nebel Overrride hinzugefügt wird.

Diese Framework bietet einige verschiedene Optionen zur Beeinflussung des Nebels dar, siehe Abb. ~\ref{fig:unity-hdrp-fog}.
Die Option Enable wird verwendet um den Effekt zu aktivieren oder deaktivieren.
Die Fog Attenuation Distance bestimmt die Dichte und die Sichtweite im Nebel.
Ab der eingestellten Distanz, hat der Nebel bereits 63\% des Umgebungslichts absorbiert.
Dichte und Sichtweite bleiben bis zu einer definierten Base Height constant, erst ab dieser ist eine exponentielle Abnahme beider Attribute erkennbar.
Die Maximum Height und Max Fog Distance bestimmen die Stärke des Abfalls und die Distanz des Nebels.
Mittels des Color Modes kann die Farbe des Nebels beeinflusst werden.
Bei Sky Color wird die Farbe automatisch an den Himmel angepasst, während bei constant Color eine eingene Farbe eingestellt werden kann.

Volumetric Fog kann mittels der gleichnamigen Option aktiviert werden.
Die Albedo Option setzt dabei die Farbe des Nebels, mit welcher das Licht gestreut wird.
Lichter werden, mit zunehmender Dichte des Nebels, schneller abgedunkelt.
Anisotropy steuert die Streuung des Lichtes.
0 streut das Licht garnicht, 1 streut das Licht vorwärts und -1 streut rückwerts.
Mittels eines Filters kann eine Unschärfe der eingehenden Lichter geschaffen werden, damit ein weicherer Übergang zustande kommt.
~\cite{Unity_HDRP_Fog_2022}

\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.9]{pics/unity-hdrp-fog}
    \caption{Unity - HDRP Fog}
    \label{fig:unity-hdrp-fog}
\end {figure}


\subsection{Lichter}\label{subsec:light-effect}
\setauthor{Florian Beckerle}
In der Nacht Map wurden die von Unity bereitgestellten Point-Lights als Straßenlichter benutzt.
Point Lights k\"onnen mithilfe eines Radius auf einen bestimmten kreisf\"ormigen Bereich eingegrenzt werden.
Weiters wird mithilfe der Lichtst\"arke die Wirkkraft des Lichtes in diesem Gebiet genauer bestimmt.
Dank diesen Eigenschaften war das Point Light f\"ur die Aufhellung der Straßen, siehe Abb. ~\ref{fig:beamvr_street_lights}.
~\cite{Unity_PointLights_2022}
\begin {figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.3]{pics/beamvr_point_lights}
    \caption{Beam VR - Street Lights}
    \label{fig:beamvr_street_lights}
\end {figure}


Point Lights

Spot Lights

Directional Lights

Area Lights

\subsection{Wind}\label{subsec:wind-effect}
Damit sich die B\"aume und B\"usche in BeamVR wie im Wind bewegen, werden Unitys Wind Zones ben\"otigt.
Diese Zonen sind bestimmte Bereiche, in welchen eine Windrichtung, Windst\"arke und Turbulenz definiert wird.
Die eingestellten Effekte werden dann auf alle Objekte angewandt, die mithilfe des Terrains oder Particle Systems iniziiert wurden.
~\cite{Unity_WindZones_2022}

\section{Unity Prefabs}\label{sec:prefabs}
\subsection{Game}\label{subsec:game-prefab}
\subsection{CameraRigGame}\label{subsec:camera-rig-game-prefab}
\subsection{CameraRigMenu}\label{subsec:camera-rig-menu-prefab}
\section{Inbetriebnahme}\label{sec:commissioning}

Die BeamVR Applikation benötigt viele Geräte und Gegenstände um die Immersion zu gewährleisten.
Daher sind sehr viele Schritte involviert, um die BeamVR Applikation in ihrer vollen Funktionalität zu genießen.
Diese Schritte beinhalten:

\begin{itemize}
    \item Aufbau
    \item Steam VR Installation
    \item VR Headset Verbindung
    \item Tracker Verbindung
    \item Steam VR Setup
    \item Controller Mapping
    \item Applikation Starten
    \item Beam Kalibration
    \item Full Body Tracking Kalibration
\end{itemize}


\subsection{Aufbau}

Der grundsätzliche Aufbau wurde berets in dem Abschnitt~\ref{sec:assembly}.
Ebenfalls bereits in Abschnitt~\ref{sec:assembly} beschrieben ist die Position des Monitors.
Dieser wird noch wichtig für das SteamVR Setup in Abschnitt~\ref{subsec:steam-vr-setup} und beschreibt nicht den physischen Monitor.
Die Position von dem physischen Monitor ist von keiner Bedeutung in der BeamVR Applikation.

\subsection{Steam VR Installation}

\begin{figure}
    \centering
    \includegraphics[scale=0.4]{pics/steam-vr-in-store}
    \caption{Steam VR Download}
    \label{fig:steam-vr-in-store}
\end{figure}

Offiziell werden die Valve Index und die HTC Brillen von BeamVR unterstützt.
Die Applikation funktioniert mit Steam VR.
Steam VR ist eine Software welche auf Steam herunterladbar ist.
Es ist dabei nicht wichtig, dass die SteamVR Installation vor dem Einstecken der Geräte erfolgt.
Ist bereits ein VR kompatibles Gerät eingesteckt wird der Benutzer oder die Benutzerin auch aufgerufen SteamVR zu installieren
Der Download ist in dem Steam Store auffindbar
In Abb.~\ref{fig:steam-vr-in-store} ist ein Screenshot von der Steam VR Downloadseite.

\subsection{VR Headset Verbindung}

Die Verbindung von dem Headset zu dem Computer ist von Headset zu Headset unterschiedlich.
Deshalb wird hier nur die Verbindung mit einer HTC Vive Pro beschrieben.
Dabei wird auch die kabellose Variante beschrieben, welche mit dem HTC Vive Wireless Adapter funktioniert.
Für mehr informationen zu dem Adapter wird auf~\ref{subsec:wireless-virtual-reality} verwiesen.

\subsubsection{Tethered}

In der Box der HTC Vive Pro befindet siche eine Sogenannte Linkbox.
Diese Linkbox ist die Zentralstelle, an der die Kabel von dem VR Headset zusammengehen und zum einen in deinen Computer gehen und zum andere in den Strom.
Bei der Box gibt es zwei Seiten, in die eine steckt kommen die Kabel des Headsets hinein und in die andere das Stromkabel, ein Displaykabel und ein USB-Kabel.
Die HTC Vive Pro verwendet ein spezielles Kabel welches das Headset mit der Linkbox verbindet.

\subsubsection{Wireless Adapter}

Mit dem Wireless Adapter kann das Headset ohne Kabel verwendet werden.
Das Aufsetzen von dem Wireless Adapter ist etwas komplizierter.
Wie bereits in dem Abschnitt~\ref{subsec:wireless-virtual-reality} braucht diese Verbindung zu dem Computer auch eine Linkbox.

In diesem Fall reciht ein Kabel, welches diese Linkbox verbindet.
Dieses Kabel ist dann mit einer PCIe Karte im Computer verbunden, welche vor diesem Prozess in den Computer eingebaut werden muss.
Die Linkbox an sich muss statisch irgendwo positioniert werden.
Mögliche Orte dafür wären das der Monitor oder die Wand.
Grundsätzlich wäre es optimal, dass die Linkbox eine freie Sicht auf die VR-Brille hat.

Schlussendlich wird für das kabellose Erlebnis noch die Antenne gebraucht, welche auf die VR-Brille angebracht wird.
Diese Antenne besitzt den gleichen port wie die Linkbox und einen USB Port.
In der Box von dem Wireless Adapter befindet siche ein kürzeres Kabel zum Verbinden des Headset.
Mit desen Kabel wird dann die Antenne mit dem Headset verbunden.
Das USB kabel ist für die Stromversorgung, welche durch die inkludierte Power Bank erfolgt.

Um den Wireless Adapter nun mit dem Computer zu verbinden wird noch eine extra Software benötigt, die man von der HTC Vive Seite herunterladen kann.
Mit dieser sollte sich das Headset automatisch mit dem Computer über Steamvr verbinden.

\subsection{Tracker Verbindung}

Genauso wie die Controller und das Headset funktionieren die Tracker mit der SteamVR Software.
Anders wie bei den Controllern ist die Verbindung zu dem Computer.
Die Verbindung wird über eine Dongle und eine Dongle Halterung gelöst.
Dabei wird die Dongle Halterung in den PC gesteckt und die Dongle in die Dongle Halterung.

Sobald die Tracker fertig eingesteckt sind, muss in SteamVR und bei den Trackern die Pairing Modus aktiviert werden.
In Steam VR kann man diesen Modus unter \emph{SteamVR Menü > Devices > Pair Controller} gefunden werden.
Der Pairingmodus des Trackers erfolgt mit einem langen drücken des Knopfes in der Mitte des Trackers.

\subsection{Steam VR Setup}\label{subsec:steam-vr-setup}

In der SteamVR Applikation kann unter \emph{SteamVR Menü > Room Setup} das Room Setup gefunden werden.
Das Roomsetup ist für die Kalibrierung des Raumes zuständig.
Dies beinhaltet die höhe des Bodens, die Größe des VR Raumes und die Orientierung des VR Raumes.
Bei der BeamVR Applikation ist das Setup ein wichtiger Schritt, um ein immersives Erlebnis zu erreichen.

Zum Zeitpunkt der Erstellung dieser Arbeit konnten keine zuverlässigen Informationen bezüglich des Room Setup gefunden werden.
Trotzdem zeigt sich aus Erfahrung, dass die Kalibrierung des Monitors die initiale Richtung des VR Headsets angibt.
Die Richtung des VR Headsets ist aber auch von dem Seitenverhältnis der VR Fläche abhängig.
Zeigt der Controller bei der Kalibrierung de länge des Raums entlang ist die Orientierung des Headsets trotzdem in Richtung der Breite.
Bedeutet, dass sich die Orientierung in diesem Fall gegen den Uhrzeigersinn um 90 Grad dreht.

Für BeamVR ist es wichtig, dass die längere Seite in die gleiche Richtung wie der Balken schaut und die kürzere seite in die andere.
Dies ist in Abb.~\ref{} abgebildet.
In der Zusammenfassung des VR Raums sollte die Orientierung wie in Abb.~\ref{} ausschauen.

%Todo: Image of the Summary of the Setup with the arrow down
%Todo: Image of the Setup with the right ratio and monitor direction

Bei der Kalibrierung des Bodens ist es nur wichtig, dass es möglich genau ist, damit die Gravitation wie erwarted funktioniert.
Für mehr Information über die Gravitaion wird auf~\ref{subsec:gravity} verwiesen.

\subsection{Controller Mapping}\label{subsec:controller-mapping}


\subsection{Applikation Starten}\label{subsec:run-application}

Nachdem alles aufgebaut und aufgesetzt ist kann die Applikation in Steam gestartet werden.
Die Applikation kann in dem Unity Editor gestarted werden oder als gebaute Datei.
Wichtig dabei ist, dass das Spiel bei Steam importiert wird, damit das Controller Mapping funktioniert.

\subsection{Beam Kalibration}

Bevor eine der Drei Karten ausgewählt werden kann, muss noch die Beam Kalibration stattfinden.
Diese ist für die Ortung des Balkens in der digitalen Welt.
Für mehr Informationen zu der Kalibrierung wird auf den Abschnitt~\ref{subsec:beam-calibration} verwiesen.
Dort wird das Setup noch genauer beschrieben.

\subsection{Full Body Tracking Kalibration}

Nach der Beam Kalibration ist es möglich in einer der Karten hineinzuladen.
In diesen Karten steht vorne am Balken ein Spielermodell.
Das Full Body Tracking wird durch drücken des Trackpads auf dem Controllers aktiviert.
In Abb.~\ref{} ist das Trackpad des Controllers zu sehen.

Für ein besseres Tracking sollte eine möglichst natürliche Pose, wie beispielsweise eine A-Pose, eingehalten werden.
Diese A-Pose ist in Abb.~\ref{} abgebildet.

