Welches Potenzial bietet XR bei Visualisierungen? 

Dreidimensionale interaktive Visualisierungen dienen dabei oft als Hilfsmittel für Studierende und Forschende. Sie dienen sowohl der explorativen Analyse als auch der Kommunikation von Inhalten. Extended Reality bietet dabei im Vergleich zu zweidimensionalen stationären Bildschirmen zusätzliche Freiheitsgrade und Möglichkeiten, um in räumliche und dynamische Visualisierungen einzutauchen. In virtuellen Visualisierungen von abstrakten Räumen können kontinuierliche gestalterische und graphische Parameter, wie etwa Farbe, Intensität, Lichtrichtung usw. mit bestimmten Parametern (z.B., Datendimensionen oder Klangfarben) assoziiert werden und damit nicht nur strukturelle, sondern auch ästhetische Dimensionen einbeziehen.  

Durch die immersive Natur von XR mit speziellen VR oder AR-Headsets können Studierende komplexe Konzepte auf eine intuitive und anschauliche Weise erleben, was ihr Verständnis und ihre Lernmotivation verbessern können. Darüber hinaus ermöglicht es Lehrkräften, Lehrinhalte auf innovative Weise zu präsentieren und das Engagement der Studierenden z.B. durch handlungsbasiertes Lernen zu steigern. Der pädagogische Zugang ist oft explorativ und lädt zur Auseinandersetzung mit dem Inhalt ein. Es ergänzt damit formale und theoretische Beschreibungen in der Lehre und Fachliteratur.  

Inhalte, wie z.B. Daten, Modelle, aber auch theoretische Zusammenhänge und Simulationen können im virtuellen Raum platziert werden. Studierende können durch die Interaktion mit den Inhalten Aufgaben lösen, oder diese genauer untersuchen. Dabei müssen Inhalte nicht zwangsläufig als 3-dimensionales Objekt in einem gestalteten Raum platziert werden, sondern können auch die Gestaltung des Raumes ansich beeinflussen. Daten und Parameter können z.B. Lichtverhältnisse, Raumdimensionen oder Objekteigenschaften bestimmen. So sind Darstellungen und Interaktionen möglich, die im realen physischen Raum umsetzbar sind.   

Abb. 2: Die VR Anwendung Virtual Tonal Spaces – eine interaktive Visualisierung von abstrakten Konzepten und Schemata aus der Musiktheorie (Projektleitung JProf. Fabian Moss)

 

 

Abb. 3: Die Augmented Reality Anwendung PUMA Magnetlabor – eine dynamische Visualisierung von dreidimensionalen Magnetfeldern. (Projektleitung: Prof. Thomas Trefzger und MSc. Hagen Schwanke) 

Entwicklungs- und Testphase:  

Es sollte eine großzügige Testphase eingeplant werden, in der die Zielgruppe (möglichst oft und bereits früh im Entwicklungsprozess) eingebunden wird, um die App-Prototypen zu testen.   

XR sollten vor der Nutzung in Lehrveranstaltung von mehreren verschiedenen Parteien (Dozenten, Doktoranden und evtl. Studenten) getestet und ausprobiert werden, da jede Gruppe und jedes Individuum wertvolle Eindrücke gewinnen kann die zur Verbesserung der Gesamterfahrung beitragen können.  

Aufbau und Vorbereitung der Technik:  

Bedenken von Raumrestriktionen/räumlichen Gegebenheiten:  

Informieren Sie sich frühzeitig über den zur Verfügung stehenden Platz (im Hinblick auf Bewegungsspielraum und maximale Gruppengröße) in den Räumlichkeiten und evtl. nutzbare Infrastruktur (Aufstellmöglichkeiten (Tische), Sitzgelegenheiten (Stühle), Stromversorgung (min. 2 Steckdosen pro VR-Setup+PC, Lichtverhältnisse, gutes Internetsignal über verfügbare WLAN/LAN- Verbindung etc.).  

Bedenken von notweniger personeller Unterstützung:  

-Wie viele Teilnehmer/-innen können von Ihnen oder ihrer Gruppe bei einer Veranstaltung insgesamt und gleichzeitig betreut werden? Als grobe Daumenregel hat die Erfahrung vergangener Veranstaltungen gezeigt: 1 Betreuender pro 1-2 Teilnehmer mit VR-Setup (Aufwand kann je nach Komplexität der Anwendung variieren).  

Hinweise für Brillentragende:  

Zur Verwendung der VR-HMDs kann es hilfreich sein bei Brillentragende, wenn die Brille sehr groß ist entweder Kontaktlinsen zu tragen oder wenn die Sehschärfe nicht zu stark beeinträchtigt ist das HMD ohne Brille zu nutzen.  

Wann bietet sich der Einsatz von XR in der Lehre an?  

Ein Einsatz von Extended Reality spezieller Technik, wie Headsets für Virtual Reality oder Augmented Reality, bietet sich vor allem in kleineren Lehrveranstaltungen wie Seminare, Übungen, Abschlussgespräche, Gruppenmeetings an. Anwendungen auf Smartphones oder Tablets können auch in größeren Vorlesungen einfach eingesetzt werden.    

Für den Einsatz in der Lehre gibt es zum Teil bereits VR-Anwendungen, wie z.B. “Nanome” zur Darstellung biomolekularer Strukturen. Individuelle Softwarelösungen können zusätzlich entwickelt und gestaltet werden und bieten eine große Fülle an Möglichkeiten für komplexe Visualisierungen, Simulationen und Interaktionen. Die individuelle Programmierung erlaubt es fachspezifische Datensätze, Datenbänken oder 3D Modelle direkt in die XR-Umgebung zu integrieren. Virtuelle bzw. virtuell-erweiterte Räume können individuell gestaltet werden, sodass Studierenden Aufgaben und Lerninhalt in einem spezifischen Kontext erfahren können.     

XR-Umgebungen können von ein oder mehreren Spielenden gleichzeitig genutzt werden. Letzteres kann das kollaborative Lösen von Aufgaben und damit Co-Kreativität fördern. Didaktisch stellen VR-Lernumgebungen in der Regel einen handlungsorientierten Lehransatz dar, der Studierenden gemeinsam das Kennenlernen dynamisch und räumlicher Strukturen im dreidimensionalen Raum entweder aufgabenorientiert (von der Lehrperson vorbereitet) oder aber frei (explorativ und kreativ) erlaubt. Studierende würden im Rahmen einer einzigen Anwendung unmittelbare Erfahrung mit der Visualisierung komplexer Strukturen und Theorien, deren Zusammenhängen und Dynamiken und einem Gamification-Ansatz erhalten, welcher gleichzeitig ihre Medienkompetenz erhöht.  

Materialien & Medieneinsatz:  

Für die Anwendung von Virtual Reality Anwendungen bedarf es: VR-Headset und ggf. eine Workstation.  

 Für Augmented Reality Anwendungen bedarf es: Tablets/Smartphones oder eine AR-Headset (Hololens, Focus 3, etc.)