Augmented Reality, Mixed Reality und Virtual Reality

Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) sind mittlerweile auch in der Bildung ein großes Thema. Doch was versteht man unter AR, VR oder Mixed Reality (MR)? Die Grenzen sind teils fließend, doch folgende vereinfachte Kennzeichnung soll eine verständliche Darstellung bieten:

 

Augemented Reality (AR) / Mixed Reality (MR)

AR/MR erweitert das, was man in der realen Welt sieht, um eine virtuelle computergenerierte Komponente, und zwar mittels technischer Hilfsmittel wie Smartphone-/Tablet-Apps oder  (v.a. im Unternehmensbereich) Brillen wie der Microsoft HoloLens. Darüber werden dem Nutzer dann vordefinierte Textinformationen, Bilder oder Videos in Echtzeit angeboten. Je nach App lassen sich auch räumliche Objekte/Gegenstände einblenden, mit denen man interaktiv agieren kann (= MR). Auslöser für das Einblenden können GPS-Daten sein (der Nutzer befindet sich an einem bestimmten geographischen Ort), spezielle Marker oder Objekte, die mit der Kamera erfasst werden sowie in der App fest hinterlegte Inhalte.

AR/MR findet derzeit insbesondere in der Aus- und Weiterbildung (Industrie 4.0) Einsatz, um Nutzern bei Ausübung oder Erlernen ihres Berufes mobil Hilfe anbieten zu können (z.B. Service- und Wartungs-Anwendungen, 3D-Modelle von Produkten, die es noch nicht gibt).

Vorteile von AR/MR für das Lernen:

  • kontextbezogene erweiterte Informationen in Echtzeit
  • vergleichsweise einfaches Einbetten von multimedialen Darstellungen / 3D-Objekten in die reale Umgebung als neues Lese- und Lernerlebnis
Ausprobieren der modifizierten ARCore-Demo-App „Hello AR“
Ausprobieren der modifizierten ARCore-Demo-App „Hello AR“ (Foto: Ingrid Dethloff)

 

Virtual Reality (VR)

VR setzt auf künstliche computergenerierte 360-Grad-Umgebungen, die mittels 3D-Modellen die reale Umgebung ersetzen und in denen Interaktion und „Travel“ (z.B. Teleport) möglich sind. Es können entweder vereinfachte oder genau der Realität nachgebildete Umgebungen sein (z.B. für Sicherheitstrainings oder Psychotherapie), ebenso aber auch fiktive Umgebungen, um z.B. historische Settings nachzubilden oder medizinische Aspekte zu verdeutlichen (Reise in den Körper etc.).
Um VR nutzen zu können, sind derzeit spezielle Brillen erforderlich, die eine Immersion in die 360-Grad-Umgebung ermöglichen sollen. Die Bandbreite der angebotenen Inhalte ist groß und hängt von der verwendeten Technik ab: Grob unterschieden wird in Mobile VR (Verwendung des eigenen Smartphones z.B. in Google Cardboard-Brillen) und computerbasierte VR, deren Brillen einen High-End-PC benötigen (Beispiele sind hier die Oculus Rift oder htc Vive). Relativ neu sind Standalone-VR-Brillen, die entweder technisch der Leistung von Smartphones entsprechen (wie z.B. Oculus Go) oder schon recht nah an die Möglichkeiten von PC-basierter VR reichen (wie z.B. Oculus Quest).

Auch die möglichen Nutzer-Interaktionen sind abhängig von der verwendeten Technik:
Mit Mobile VR sind durch Kopfrotation, d.h „Orientation Tracking“, insgesamt nur 3 DoF (= Degrees of Freedom, Dimensionen der Bewegungsfreiheit) möglich. Als Interaktions-/Navigationsmöglichkeit gibt es nur „gaze control“ - genauer gesagt, Tracken der Kopfrichtung beim Anvisieren und Auslösen der Interaktion nach kurzer Wartezeit. Hinzu kommt eventuell noch ein ganz einfacher Handcontroller mit einem Button.

Einige VR-Brillen
Einige VR-Brillen, von links: Google Cardboard (Smartphone-basiert), Samsung Gear VR R325 (Smartphone-basiert), Oculus Go (Standalone), Oculus Quest (Standalone) (Foto: Ingrid Dethloff)

Die teureren VR-Brillen, die kabelgebunden einen PC erfordern sowie Sensoren und Touch Controller, bieten hingegen zusätzlich „Position Tracking“ (somit 6 DoF), wodurch die virtuelle Umgebung dann auch tatsächlich als Raum wahrgenommen werden kann. Eine Besonderheit: Die erst im Mai 2019 erschienene Standalone-Variante Oculus Quest benötigt keine externen Sensoren und verfügt über 6 DoF.

Es gibt inzwischen auf dem Markt ein großes Sortiment an VR-Brillen mit verschiedensten Bezeichnungen (teils auch als Mixed Reality bezeichnet) mit jeweiligen App-Stores und einem sehr schnellen Entwicklungszyklus von neuen Modellen - Es lohnt daher vor einen Kauf, sich genauer über die Möglichkeiten und technischen Anforderungen zu informieren.

Vorteile von VR für das Lernen:

  • Hoher Grad an Immersion & zuvor unerreichte Qualität der Veranschaulichung von Inhalten
  • Es können Umgebungen nachgebildet werden, die zu teuer wären für ein Lernen in der Realität
  • Es können Umgebungen nachgebildet werden, die zu gefährlich wären für ein Lernen in der Realität
  • Es können Umgebungen nachgebildet werden, die in der Realität unmöglich wären (Mondlandung, Internationale Raumstation etc.)
  • Eine Vielzahl an pädagogischen Ansätzen kann damit unterstützt werden, so z.B. erfahrungsbasiertes Lernen

 

360-Grad-Bilder / 360-Grad-Videos

Eine Besonderheit stellen 360-Grad-Bilder / 360-Grad-Videos dar. Ihre Wirkung entfalten diese erst dann, wenn sie in VR-Brillen (einfache Google Cardboard genügt) angeschaut werden und somit der Betrachter in das Bild/Video eintaucht. Alternativ können 360-Grad-Bilder / 360-Grad-Videos auch bei bestimmten Webportalen (z.B. Street View / YouTube) hochgeladen und anschließend im Browser bzw. in der App betrachtet werden - eine Navigation erfolgt dann nicht per Kopfbewegung, sondern über Maussteuerung/Touch. 360-Grad-Bilder sind inzwischen technisch niederschwellig zu erzeugen; die Qualität von 360-Grad-Videos hingegen ist eher mäßig, wenn zum Erstellen nicht eine Ausrüstung für mindestens mehrere Hundert Euro benutzt wird.

Beispiele

Vorteile von 360-Grad-Bildern / 360-Grad-Videos:

  • ggf. hohe Immersion und Raumeindruck
  • Reisen an ferne Orte
Beispiel 360 Kamera (Samsung Gear 360)
Einfache 360-Grad-Kamera (Foto: Ingrid Dethloff)


Zum Erstellen von AR/VR-Inhalten gibt es eine große Bandbreite an technischen Möglichkeiten: Von einfach benutzbaren Apps für AR (z.B. HP Reveal), Frameworks wie Googles ARCore und Apples ARKit über Möglichkeiten zur lokal gehosteten Verlinkung/Anzeige von 360-Grad-Bildern (z.B. Marzipano) bis hin zu umfangreichen Entwickler-Plattformen (z.B. Unity 3D).

Beim Gestalten von VR-Anwendungen gibt es einige technische und didaktische Gestaltungs-Prinzipien zu beachten, damit am Ende eine funktionierende (und möglichst nicht „VR / Motion Sickness“ erzeugende) Anwendung steht.

 

Für Lehrende können folgende Vorüberlegungen zu Didaktik & Technik (v.a. bei VR) hilfreich sein:

Liste s.u. unter CC-BY-SA 4.0 Ingrid Dethloff "Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) in der Hochschullehre : Eine niederschwellige Einführung für Lehrende" via ZOERR

  • Muss es unbedingt eine AR- bzw. VR-App sein? Was wäre der deutliche Vorteil im Vergleich zu anderen Medien? Was wäre das Lernziel?
  • Wie sieht die Aufgabenstellung zur App aus? Bietet sich eine Gruppenaufgabe an?
  • Wer ist die Zielgruppe?
    • Wie sind die Vorerfahrungen der Lernenden mit AR/VR? (VR: Motion sickness, Non-isomorphic approach (Teleport etc.), Umgang mit Controllern oder Gaze control?)
  • Wie ist die technische Ausstattung?
    • Sind genügend VR-Brillen / Tablets / Smartphones vorhanden?
    • BYOD - Reicht das Smartphone technisch aus? ARCore/ARKIt haben hohe Systemvoraussetzungen
    • BYOD - Ist die App kostenpflichtig?
    • BYOD - Wie ist es mit dem Datenschutz?
    • Reicht das W-LAN aus?
  • Wie ist der Zeitrahmen?
  • Zur Beurteilung der Apps:
    • Wer ist die Zielgruppe der App?
    • Was ist die Funktion der App? (Education, Entertainment, Business)
    • Welche VR-Plattformen/Technik werden unterstützt? (Cardboard, weitere Systeme)
    • Ist die inhaltliche Darstellung thematisch angemessen, ggf. korrekt?
    • Sind die Interaktionsmöglichkeiten sinnvoll/angemessen/motivierend?
    • Guidance: Gibt es eine Demo oder eine Tour?
    • Usability (incl. Faktoren zur Vermeidung von Motion Sickness):
      • Menüführung (Verständlichkeit, Lesbarkeit von Text, Positionierung der Menüs)
      • Auswahl und Manipulation von Objekten? (z.B. Größe des Objekts, Hindernisse, Genauigkeit beim Anwählen, Feedback nach Interaktionen, isomorphic / non-isomorphic)
      • Navigationsmöglichkeiten, Orientierung und Fortbewegungsart (aktiv/passiv) innerhalb der App?
      • Reicht die Frame-Rate? Latency? (Verzögerungen beim Bildaufbau, beim Bewegen...?)
      • Wie sind die Eingabemöglichkeiten? (Sprache, Text, Controller…?)

 

Literatur

7 THINGS YOU SHOULD KNOW ABOUT ... (2017): https://library.educause.edu/~/media/files/library/2017/10/eli7149.pdf

Immersive Realities for Learning and Performance (23.5.2018): https://masie.com/index.php?option=com_content&view=article&id=46

VR and AR: Pioneering Technologies for 21st-Century Learning (17.5.2018): https://er.educause.edu/blogs/2018/5/vr-and-ar-pioneering-technologies-for-21st-century-learning

Bailenson, Jeremy: Experience on demand : what virtual reality is, how it works, and what it can do. - New York, 2018

Virtual and Augmented Reality (VR/AR) : Grundlagen und Methoden der Virtuellen und Augmentierten Realität / Hrsg. Ralf Dörner ... 2. erw. und aktualis. Aufl. - Springer, 2019
UB-Katalog-Link zum Volltext: https://katalog.ub.uni-heidelberg.de/titel/68438216

fnma magazin 03/2018: https://www.fnm-austria.at/fileadmin/user_upload/documents/Magazin/2018-03.pdf  (S. 10-18)

VR-Bookmarks Ingrid Dethloff: https://www.diigo.com/profile/idethloff/vr

 


Hinweis:

Im "Internen Bildungsprogramm 2019" wurde vom ELC ein Kurs zu AR/VR angeboten: https://www.uni-heidelberg.de/studium/imstudium/elearning/schulungen.html#IB2019 
Die Präsentation, die auch Kurskonzept und Übungsaufgaben enthält, ist auf ZOERR als CC-BY-SA 4.0 erhältlich: http://hdl.handle.net/10900.3/OER_qMGnsDGN

 

Verantwortlich: E-Learning-Center
Letzte Änderung: 31.10.2019
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