GASTBEITRAG der Universität Wuppertal: Virtual Reality - Lernen durch Interaktion und Immersion in einer virtuellen Welt

Dienstag, 02. Mai 2017 - Kategorie: Gastbeiträge

Diese Woche ist es endlich wieder soweit: Wir können Ihnen einen weiteren Gastbeitrag auf unserem WebCampus Blog vorstellen. Diesmal bieten wir Ihnen einen höchst aktuellen und äußerst spannenden Beitrag zum Thema Virtual Reality der Universität Wuppertal. Lesen Sie über wichtige Details und erleben Sie ein beeindruckendes Reallife-Beispiel, in dem Social Virtual Reality bereits im Ausbildungsbereich eingesetzt wird.

GASTBEITRAG: XXX - Uni Wuppertal

Es ist, als würde man eine neue Welt betreten. Das Aufsetzen einer Brille wird zum Sinnbild eines augenblicklichen Perspektivwechsels: Dank Virtual Reality können Orte besucht, Objekte erkundet und Erfahrungen gemacht werden, die in der Realität nicht oder nur sehr schwer zu erreichen sind. Neben offensichtlichen Anwendungsbereichen in Entertainment und Gaming birgt Virtual Reality – als neuartiges Lernmedium betrachtet – aber auch ein großes Potenzial für den Einsatz in Bildung, Training und Instruktion. Um dieses aus didaktisch-methodischer Perspektive zu beleuchten, werden in diesem Beitrag einige Faktoren, die eine erfolgreiche Virtual Reality Anwendung ausmachen, beleuchtet. Mit Social Virtual Learning wird zudem ein Praxisfall vorgestellt, bei dem Virtual Reality bereits heute in der gewerblich-technischen Ausbildung von Medientechnologen eingesetzt wird.

IMMERSION UND PRÄSENZ

Das Medium Virtual Reality zeichnet sich durch das Eintauchen in eine interaktive, dynamische und dreidimensionale Welt aus. Die Virtual Reality Brille dient hierbei als Fenster in diese Welt, durch das nicht nur visuell eindrucksvolle Bilder fast im gesamten Sichtfeld des Anwenders generiert werden, sondern das darüber hinaus reale Bewegungen authentisch in virtuelle übersetzt. Unterschiedliche technische Ansätze ermöglichen neben diesen sich aus den Kopfbewegungen ergebenden Freiheitsgraden ein räumliches Tracking, sprich die positionsgenaue Verortung der Anwender im Raum. Die Freiheit des Nutzers, den virtuellen Raum nach Belieben begehen zu können, verbessert hierbei nicht nur die räumliche Wahrnehmung und Orientierung, sondern führt zu einem subjektiven Immersions-Eindruck, bei dem die Realität fast vollkommen ausgeblendet wird. Die Wahrnehmungsschwelle, die zwischen dem realitätsgebundenen und dem virtuellen Ich-Eindruck steht, kann darüber hinaus noch leichter überschritten werden, wenn neben der Kopf- und Körper-Erkennung auch Eingabemethoden bestehen, sprich z. B. Hände oder Finger getrackt, also vom VR-System erkannt werden.

Abbildung 1: Virtual Reality Systeme

Die virtuelle Präsenz eines Anwenders zeichnet sich also durch eine Vielzahl wahrnehmungsbezogener Faktoren, von audio-visuellen Eindrücken bis hin zu neuartigen Mensch-Maschine-Schnittstellen, aus. Und auch wenn das Erreichen dieser Präsenz größtenteils subjektiv und individuell ist, lassen sich einige Rahmenbedingungen aus den dem Anwender zur Verfügung stehenden Freiheitsgraden, also seiner Möglichkeiten der Bewegung im virtuellen Raum, ableiten.
So bieten aktuell Smartphone-basierte Virtual Reality Anwendungen (wie z. B. GearVR oder Daydream) in der Regel nur 3 Freiheitsgrade, die sich aus der Erfassung der Kopfbewegungen über die im mobilen Endgerät verbaute Sensorik ergeben. Dabei wird eine Rotation um jeweils die Längs-, Quer- oder Vertikalachse (im Englischen Roll, Pitch bzw. Yaw) erfasst und ausgewertet. Praktisch bedeutet das, dass Anwender sich durch natürliche Kopfbewegungen in einer virtuellen Welt umsehen können, während ihr Standpunkt innerhalb dieser aber fix ist.
Virtual Reality Systeme, die auf leistungsfähigen Rechnern basieren (z. B. HTC Vive und Oculus Rift) bieten zusätzliche Freiheitsgrade, indem sie die Position des Anwenders, häufig über Infrarot-Laser-basierte Erfassungssysteme, im realen Raum tracken. Neben der Blickrichtung des Anwenders werden dadurch zusätzlich seine Bewegungen vor und zurück, nach links und rechts sowie hoch und runter erfasst. In einem solchen System wird es also möglich, eine virtuelle Umgebung nicht nur zu betrachten, sondern durch natürliche Fortbewegung zu erkunden, in die Hocke zu gehen und zu springen.

Abbildung 2: Typen der Inhaltserstellung für Virtual Reality

VR-SPEKTRUM

Bei der Gestaltung von virtuellen Lernwelten, die diesen Bewegungsarten Rechnung tragen, können unterschiedliche Strategien der Inhaltserstellung verfolgt werden. Die einfachsten Varianten basieren auf 360° Kamera-Systemen mit denen auf Knopfdruck 360° Fotos bzw. Videos gemacht werden, die anschließend in Virtual Reality betrachtet werden können. Durch Stereoskopie können zusätzliche Tiefeninformationen aufgenommen werden, wodurch eine dreidimensionale Räumlichkeit zumindest von einem fixen Blickpunkt aus auch in der Virtual Reality vermittelt werden kann.

Komplexer wird es, wenn begehbare dreidimensionale Räume entwickelt werden sollen, durch die die Anwender hindurch gehen können. Zwei grundsätzliche Strategien werden hierbei unterschieden: Zum einen die dreidimensionale Erfassung realer Umgebungen, zum anderen die computergestützte Entwicklung dreidimensionaler virtueller Umgebungen. Während mittels Photogrammetrie bereits heute statische Szenen aufgenommen werden können, um z. B. archäologische Stätten zugänglich zu machen, können dank volumetrischer Videoaufnahmen auch bewegte Szenen erfasst werden. Die dabei entstehenden Datenmengen lasten aktuelle Systeme damit aber häufig aus, weshalb oft eine niedrige Auflösung verwendet werden muss (die der Immersion im Weg steht) oder aber nur wenige Sekunden einer Szene eingefangen werden (was bei einer Wiedergabe in Endlos-Schleife schnell befremdlich wirkt). Vor allem im Virtual Reality Gaming ist die Verwendung von komplett am Computer generierten Umgebungen vorherrschend.

Abbildung 3: Virtuell lernen in der Gruppe

SOCIAL VIRTUAL LEARNING

Zurzeit wird im Rahmen eines Forschungs- und Entwicklungsprojektes mit Social Virtual Learning eine Lehr- und Lernanwendung entwickelt und bundesweit in Berufsschulen erprobt, bei der Virtual Reality eingesetzt wird, um Prozesse und Abläufe an komplexen Maschinen zeigen zu können. Für das Berufsfeld Medientechnologe wird zu diesem Zweck das Innenleben einer Druckmaschine rekonstruiert, das in einer virtuellen Werkhalle von Lernenden nicht nur erkundet, sondern auch auseinander genommen und wieder zusammengebaut werden kann. Auf einem eigens entwickelten Autorenwerkzeug basierend werden so ausbildungsrelevante Inhalte, die sich konventionell nur sehr schwer vermitteln lassen, visuell eindeutig und leicht zugänglich vermittelt.
Neben der Erkundung dieser Lerngegenstände steht dabei vor allem das gemeinsame Lernen an und mit dem virtuellen Objekt im Vordergrund. Unabhängig vom realen Lernort kann die virtuelle Lernwelt jederzeit und von überall aus betreten werden: Anwender werden durch Avatare repräsentiert, wodurch sie die Bewegungen und Interaktionen des Gegenübers jederzeit wahrnehmen können. Per Voice Chat ist zudem die unmittelbare Kommunikation möglich, sodass nicht nur interaktiv, dynamisch und kollaborativ an Lernaufgaben gearbeitet werden kann, sondern auch Szenarien der geführten Instruktion oder der Anleitung durch einen geübten Instrukteur innerhalb der virtuellen Umgebung realisierbar sind.

Weitere Informationen zum Social Virtual Learning werden auf www.social-virtual-learning.de veröffentlicht. Die entwickelte Lehr- und Lernanwendung ist dort z. B. per Screencast einsehbar.

Dieser Artikel wurde von Dominic Fehling von der Bergischen Universität Wuppertal verfasst. 


E-Learning Newsletter

Wir informieren Sie quartalsweise über aktuelle Themen und Trends im E-Learning.

Newsletter Anmeldung

E-Learning Feed

Abonieren Sie unseren RSS Feed

Archiv

WebCampus

Heimat Deines Wissens.

Alphabrik GmbH
Telefon: +49 (0) 40 30 20 803 0
Telefax: +49 (0) 40 30 20 803 99

Mitglied im BITKOM e.V.

Innovationspreis IT - Best of 2016
WebCampus made and hosted in Germany
DIQP Service Qualität 2017 / 2018: sehr gut
Kontaktieren Sie uns

Sie finden uns auch auf:

© 2017 Alphabrik GmbH