Lehren und Lernen mit VR/AR
In den letzten Jahren konnten in dem Bereich Virtual Reality, nicht zuletzt durch neuartige Head-Mounted-Displays und Eingabegeräte, immense Fortschritte erzielt werden. Am Lehrstuhl steht vor allem das Potenzial dieser neuen Technologie für die Bildung im Fokus. Kein anderes digitales Medium bietet momentan die Möglichkeit sich so direkt und intensiv mit dem Lerngegenstand auseinanderzusetzen, wie es bei VR der Fall ist. Unsere Forschungsschwerpunkte liegen vor allem auf den möglichen Interaktionsformen und dem Präsenzerleben. Dabei sind für uns insbesondere die Auswirkungen auf das Lehren und Lernen von Interesse. Eine Sonderform von VR stellt Augmented Reality dar, bei der der Fokus der Nutzer zwar in der physischen Realität verbleibt, diese jedoch um virtuelle Artefakte und Informationen erweitert wird. Auch hier sind am Lehrstuhl bereits spannende Projekte entstanden, um die didaktischen Möglichkeiten von AR auszuloten.
Die Lehrstuhlmitglieder Raphael Zender und Matthias Weise sind außerdem Initiatoren und Sprecher des Arbeitskreises VR/AR Learning, der den Fachgruppen E-Learning und Virtuelle Realität und Augmented Reality der Gesellschaft für Informatik zugeordnet ist. Der Arbeitskreis befasst sich mit aktuellen Entwicklungen, Herausforderungen und Trends zu Lehr- und Lernszenarien mit Technologien der Virtual und Augmented Reality.
Veranstaltungen
- SocialVR-Tagung "Verankerung von VR/AR-Technologien in der beruflichen Bildung"
mehrwöchige SocialVR-Tagung vom 2. November - 12. Dezember 2020
- Wettbewerb "Gelungene VR/AR-Lernszenarien"
Wettbewerb in Zusammenarbeit mit dem Stifterverband im Jahr 2020
- Workshop "HandLeVR 2020"
interdisziplinärer Online-Workshop im Rahmen der DELFI 2020
- Wettbewerb "Gelungene VR/AR-Lernszenarien"
Wettbewerb in Zusammenarbeit mit dem Stifterverband im Jahr 2019
- Hands-On VR/AR-Learning
Praxisworkshop am 15. Februar - 16. Februar 2019 in Erfurt
- VR/AR-Learning
Workshop im Rahmen der DeLFI am 10. September 2018 in Frankfurt am Main
- Wettbewerb "Gelungene VR/AR-Lernszenarien"
Wettbewerb in Zusammenarbeit mit dem Stifterverband im Jahr 2018
- Hands-On VR/AR-Learning
Praxisworkshop am 9. März - 10. März 2018 in Erfurt
- Virtual Reality Research: Active Self and Presence
Interdisziplinärer Workshop am 20. November 2017 in Potsdam
- VR/AR-Learning
Workshop im Rahmen der DeLFI am 5. September 2017 in Chemnitz
Projekte und Publikationen
Auswahl von Interaktionstechniken für Virtual Reality-Anwendungen
Bei der Entwicklung von Virtual Reality-Anwendungen ist die Auswahl der passenden Interaktionstechniken eine elementare Aufgabe. So kann man sich in VR z.B. fliegend, per Teleportation oder durch physische Fortbewegung durch die Welt manövrieren oder Objekte durch direktes Greifen oder über einen Lichtstrahl selektieren bzw. manipulieren. Die Anzahl der zur Verfügung stehenden Techniken ist groß und je nach Anwendungsszenario haben diese Vor- und Nachteile für die Nutzenden der Anwendung. Ein Promotionsprojekt am Lehrstuhl soll bei der Entscheidungsfindung unterstützen. Dazu werden Interaktionstechniken hinsichtlich vorher definierter Kriterien untersucht und verglichen. Mit Hilfe eines Tools soll es dann ermöglicht werden, Anforderungen in Abhängigkeit des Anwendungsszenarios zu definieren und so die richtigen Interaktionstechniken auszuwählen.
Publikationen:
- Weise, M.; Zender, R.; Lucke, U.: A Comprehensive Classification of 3D Selection and Manipulation Techniques. In: Florian Alt, Andreas Bulling und Tanja Döring (Hg.): Proceedings of Mensch und Computer 2019 on - MuC'19. Mensch und Computer 2019. Hamburg, 2019. New York, New York, USA: ACM Press, S. 321–332.
- Weise, M.; Zender, R.: A Systematic Literature Review on Independent Variables Used in User Studies on 3D Selection and Manipulation Techniques. In (Grimm, P.; Jung, Y.; Dörner R.; Geiger, C. Hrsg.): Virtuelle und Erweiterte Realität - 16. Workshop der GI-Fachgruppe VR/AR, Fulda, September, 2019.
- Weise, M.: Auswahl von Interaktionstechniken für Virtual Reality-Anwendungen, in: Mensch und Computer 2018 - Tagungsband. Regensburg: Gesellschaft für Informatik e.V.
Bearbeiter: Matthias Weise
VR-Verhandlungstraining
Erfolgreiches Verhandeln stellt einen Schlüsselfaktor für Unternehmenserfolge dar. Es angemessen zu trainieren kann jedoch sowohl zeitaufwendig als auch kostenintensiv werden, erfordert es doch idealerweise wiederholte, persönliche Übungen mit professionellen Verhandlungsführern oder Agenten. Das Virtual Reality Verhandlungstraining schafft in VR eine realitätsnahe Simulation innerhalb einer räumlich authentische Übungssituation. Weiterhin dient ein sprachlich interagierendes Dialogsystem als automatisierter, virtueller Verhandlungsagent. Dieser wurde mit Interaktionsdaten aus einer Verhandlungsstudie trainiert und bietet Trainingspersonen somit einen wirksamen Übungspartner für das VR‑Verhandlungstraining
Publikationen:
Klaue, K.; Oehlschläger, P.; Zender, R.; Siebert, E.; Lucke, U; Herbst, U.; Hefner, M.: Automatisierung im Verhandlungstraining durch den Einsatz intelligenter Dialogsysteme und Virtual Reality. In: Procededings der 15. Internationale Tagung Wirtschaftsinformatik (WI2020), GITO mbH Verlag, Potsdam, 2020. doi.org/10.30844/wi_2020_t3-klaue
Bearbeiter: Raphael Zender
Chancen und Herausforderungen beim Lernen und Lehren mit VR/AR-Technologien
Virtual und Augmented Reality sind derzeit stark diskutierte Technologien. Insbesondere wird ihnen ein hohes Potential zur Verbesserung des Lehrens und Lernens und zur Realisierung neuartiger Lehr-/Lernszenarien zugesprochen. Doch welchen Mehrwert bieten diese Technologien tatsächlich für Bildungssettings? Ein Beitrag für die e-Learning Fachtagung Informatik (DeLFI) trägt einen Ausschnitt vom aktuellen Forschungsstand als Positionspapier des Arbeitskreises VR/AR-Learning der Gesellschaft für Informatik (GI) zusammen. Im Rahmen eines kollaborativen Online-Brainstormings wurden dafür Fachexperten gebeten vielfältige Chancen und Herausforderungen von VR/AR für die Lehre und das Lernen zu identifiziert. Das Ergebnis wurde u.a. anhand einer Literaturrecherche untermauert und bewertet.
Publikation: Zender, R.; Weise, M.: von der Hyde, M.; Söbke, H.: "Lehren und Lernen mit VR und AR – Was wird erwartet? Was funktioniert?", in: Die 16. e-Learning Fachtagung Informatik (DeLFI), 2018.
Bewertung von Naturgefahren mit Hilfe von Virtual Reality
Die Analyse und Bewertung von Naturgefahren setzt Fähigkeiten voraus, die im Studium der Geowissenschaften meist nur durch praktische Lerneinheiten im Feld erworben werden können. Dies stellt die Lernenden und Lehrenden vor allem vor finanzielle Herausforderungen und ist mit hohem Aufwand verbunden. Virtual Reality hat das Potenzial durch die Möglichkeit der immersiven dreidimensionalen Simulation ähnliche Erfahrungen virtuell nachzubilden und kann somit den Hindernissen in der Lehre von Naturgefahren begegnen. Im Rahmen einer Masterarbeit wurden potenzielle Aufgaben betrachtet, die im Rahmen eines Lernszenarios zur Vermittlung von grundlegender Fähigkeiten für die Analyse und die Bewertung von Naturgefahren genutzt werden können. Eine Auswahl dieser Aufgabenstellungen wurde in einer VR-Lernanwendung umgesetzt, die auf dreidimensionalen Modellen der Region nahe des Vulkans Chaitén basiert. Diese wurden aus Bildern einer Drohnenbefliegung und frei zugänglichen Geodaten generiert.
Publikation: Richter, A.; Weise, M.: "Bewertung von Naturgefahren mit Hilfe von Virtual Reality", in: Die 16. e-Learning Fachtagung Informatik (DeLFI), 2018.
Bearbeiter: Andreas Richter
Augmented Reality-Lernszenario im Automobilbereich
Die Ausbildung in der Automobil-Industrie zeichnet sich durch eine enge Verzahnung von Theorie und Praxis aus. Unter Verwendung der Microsoft Augmented Reality Brille Hololens wurde ein Lernszenario konzipiert, das eine kontextbasierte Unterstützung des Lernenden bei einer realen Getriebemontage im Sichtfeld durch holografische Einblendungen ermöglicht. Darüber hinaus wurde durch die Implementierung eines Frameworks zur Erstellung von Lernszenarien der Zugang für Experten der jeweiligen Wissensdomäne geebnet. Trotz der bei diesem Medium erhöhten Komplexität der verwendeten Technologien soll so der Aufwand zur Realisierung neuer Lernszenarien im Vergleich zu herkömmlichen Lehrmethoden nur geringfügig steigen. Die Masterarbeit ist in Kooperation mit dem an der Mercedes-Benz Ludwigsfelde GmbH angeschlossenen Bildungszentrum entstanden.
Publikation: Tallig, G.; Zender, R.; Runge, M.: Frameworkbasiertes Augmented Reality-Lernszenario in der Kfz-Ausbildung. In: Workshopband der 15. e-Learning Fachtagung Informatik (DeLFI), 2017.
Bearbeiter: Gregor Tallig
Festplattenwechsel in VR
Virtuelle Lernumgebungen können für Lernende die Möglichkeit bieten, Inhalte aus der Theorie in einer simulierten Praxissituation gefahrlos anzuwenden. Im Rahmen einer Masterarbeit wurde ein Prototyp entwickelt, der den Festplattenwechsel in einem Storage Aria Network (SAN) simuliert und es Studierenden und Auszubildenden informatiknaher Fachrichtungen ermöglicht, theoretische Lerninhalte zu netzbasierten Speichersystemen praktisch zu erfahren. Für die Umsetzung wurde ein didaktisches Konzept gemäß des konstruktivistischen Lernansatzes erarbeitet und ein effizientes Bedienungskonzept anhand eines Natural User Interfaces implementiert, welches durch das CORPUS-Framework realisiert wurde.
Publikation: Lutze, F.; Zender, R.; Lucke, U.: "HardDrive Exchange – Eine VR-Lernanwendung zur Durchführung von Festplattenwechseln in Speichersystemen", in: Die 14. e-Learning Fachtagung Informatik (DeLFI), 2016.
Bearbeiter: Fabian Lutze
CORPUS - Framework zur systematischen Gestenerfassung und -verarbeitung
Sensoren, die die Bewegungen des menschlichen Körpers erfassen können, nehmen eine immer wichtigere Rolle bei der Mensch-Computer-Interaktion ein. Sie erlauben das Ableiten von Gesten, die das intuitivere Steuern neuartiger Anwendungen, wie das rechnerunterstützte Konstruieren oder Virtual Reality Applikationen, ermöglichen. In einer Masterarbeit wurde das Framework CORPUS entwickelt, das die Daten mehrerer Sensoren zusammenführt und Client-Anwendungen über ein einheitliches Körpermodell zur Verfügung stellt. Der Zugriff auf das Modell erfolgt dabei über einen RESTful Webservice oder eine WebSocket-Verbindung. Durch die Abstraktion von den Sensoren ermöglicht das Framework somit, eine einfachere Entwicklung von Applikationen, die den steigenden Anforderungen an die Kommunikation zwischen Mensch und Computer gerecht werden. Um die Funktionsfähigkeit des Frameworks nachzuweisen, wurde eine VR-Anwendung implementiert, die es dem Nutzer ermöglicht die Grundlagen des Pianos zu erlernen.
Publikation: Weise, M.; Zender, R.; Lucke, U.: "Systematic Fusion of Gesture Sensors for Practical Learning in Virtual Environments", in: Proc. 15th IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies (ICALT 2015), IEEE, 2015.
Bearbeiter: Matthias Weise
Weitere VR/AR-Projekte am Lehrstuhl:
- VR Klassenzimmer
Einsatz von Virtual Reality zum Aufbau von Klassenmanagement-Kompetenzen im Lehramtsstudium
HandLeVR
Handlungsorientiertes Lernen in der VR Lackierwerkstatt
Prof. Dr.-Ing. habil. Ulrike Lucke
Lehrstuhlinhaberin
Campus Golm
Haus 70
Raum 1.09
Universität Potsdam
Institut für Informatik und
Computational Science
An der Bahn 2
14476 Potsdam