Der CyberClassroom – das Lernen der Zukunft
Anwendungsbereiche
Um komplexe Zusammenhänge besser verstehen zu können gewinnen Visualisierungstechnologien zunehmend an Bedeutung. Dies wird insbesondere im Produktentwicklungs-/CAD-/CAE / bzw. Architekturbereich deutlich. Der Einsatz von Virtual-Reality-Systemen (VR-Systemen) eröffnet hier neue Möglichkeiten. So können durch ihren Einsatz bereits in der Planungsphase unterschiedliche Eindrücke hinsichtlich Form- und Farbwirkung des zukünftigen Gebäudes gewonnen werden oder die Funktionalität der Klimaanlage mit Hilfe von Strömungssimulationen analysiert werden. Mit sogenannten Augmented Reality Technologien können virtuelle und reale Objekten in einem Bild überlagert werden.
 VR-Anwendungen im Architekturbereich
(Quelle: VISENSO) |
 VR-Anwendungen in der Strömungssimulation
(Quelle: VISENSO) |
Darüber hinaus können die genannten Technologien auch im Bereich der innovativen Wissensvermittlung von u.a. Produkteigenschaften, Produktionsprozessen oder Firmeninformationen gewinnbringend eingesetzt werden. Hierzu zählen immersive Produktpräsentationen oder virtuelle Messeauftritte. Verstärkt werden VR-Systeme nun auch im Bildungsbereich genutzt. Beispielhaft hierfür ist die Visualisierung von komplexen Zusammenhängen in einer dreidimensionalen virtuellen Welt, z.B. in der Biologie (Anatomie des Körpers), der Technik (Produktionsabläufe) oder der Chemie (Reaktionsabläufe). Dabei ist eine Verbreitung dieser effizienten Lernmethode in Schulen von besonderem Interesse. Die VR-Simulation im Bildungsbereich wird mit dem Begriff „CyberClassRoom“ bezeichnet.
 Interaktives Lernen der Zukunft: Der CyberClassRoom (Quelle: VISENSO)
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 Arbeitssituation mit VR-Systemen (Quelle: VISENSO)
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Für Anwendungen im Bildungsbereich ist es besonders wichtig, dass komplexe Handbewegungen in Echtzeit erfasst werden, um mit den virtuellen Objekten am Bildschirm oder auf einer Leinwand leicht interagieren zu können. Das Eingabegerät muss dafür besonders leicht, zugleich robust und einfach zu bedienen sein. Heutige Systeme beruhen meist auf hoch-präzisen optischen Messprinzipien, die hohe Investitions- und Installationskosten verursachen. Dadurch bleibt ihr Einsatz im Bildungswesen (Schulen und Universitäten) bislang verwehrt. Ziel des hier vorgestellten Projektes war deshalb die Entwicklung eines innovativen, leicht zu bedienenden, kostengünstigen Eingabegerätes.
Das Entwicklungsprojekt und die Ergebnisse
Heutzutage sind Mikrosensoren verfügbar, die Bewegungen im Raum erkennen können und im Vergleich zu bisherigen „makroskopischen“ Sensoren sehr kostengünstig sind. Allerdings reicht die Sensorleistung im Bezug auf Auflösung und Signalstabilität für die präzise Erfassung von Handbewegungen im Raum nicht aus. Die Sensorsignale müssen daher optimal aufbereitet und zusammen mit weiteren Sensorinformationen korrekt interpretiert werden. Hier ist insbesondere der Einsatz von adaptiven Filtern von Vorteil.
Das im Projekt VRiiD verwendete Eingabegerät beruht auf Mikrosensoren, die zunehmend auch in der Spieleindustrie eingesetzt werden. Die Herausforderung des Projektes bestand in der optimalen Auswertung der Sensorsignale, die durch den Benutzer erzeugt werden und der daraus resultierenden, realitätsgetreuen (quasi)-Echtzeit Visualisierung.
Das System muss hierzu eine geeignete Kombination von optischen und inertialen Sensorinformationen zur Analyse der Handbewegungen durch den Bediener wählen. Inertiale Sensoren sind sogenannte Trägheitssensoren (z.B. Beschleunigungssensoren). Diese werden seit vielen Jahren in der Automobilindustrie z.B. für AirBag-Anwendungen eingesetzt.
 Demonstration des neuen Eingabesystems
(Quelle: VISENSO) |
Die erforderlichen Kompetenzen im Bereich der Sensorik und der adaptiven Signalverarbeitungsmethoden wurden durch das Institut für Mikro- und Informationstechnik (HSG-IMIT) eingebracht. Die VISENSO GmbH, mit Sitz in Stuttgart, ist führender Anbieter für interaktive Virtuelle Realität und kooperatives Arbeiten. Im Rahmen des Projektes evaluierte das Unternehmen die Eingabeeinheit und integrierte die entwickelten Algorithmen in die übergeordneten VR-Systeme.
Es ist bereits schon jetzt zu erkennen, dass sich durch diese neuen Interaktionsmöglichkeiten Lerninhalte deutlich effizienter vermitteln lassen. Derzeit laufen umfangreiche Versuchsreihen für die optimale Bedienung (engl. usability) in Schulen, um unterschiedliche Anwendungen durch verschiedene Personen testen zu können.
Stimmen zum Projekt
Martin Zimmermann, Geschäftsführer der Visenso GmbH:
„Bestehende Systeme aus der Konsumgüterindustrie bzw. Spiele-Industrie auf die Bedarfe des Engingeerings bzw. des Bildungsbereichs zu adaptieren war die Herausforderung dieses Projektes. Das Applikationszentrum hat diese Aufgabe in Zusammenarbeit mit dem HSG-IMIT hervorragend gelöst“.
Martin Trächtler, Produktgruppenleiter Inertiale Sensoren und Systeme, HSG-IMIT:
„Die Zusammenarbeit im Projekt funktionierte hervorragend und die individuellen Kompetenzen der einzelnen Partner haben sich optimal ergänzt. Erst dadurch konnten wichtige Erkenntnisse und Ergebnisse erzielt werden.“
Ansprechpartner
Sie sind an Virtual Reality-Systemen und deren Anwendungen interessiert? Dann wenden Sie sich bitte an Martin Zimmermann, Geschäftsführer der VISENSO GmbH. Weiterführende Informationen zur Entwicklungskompetenz erhalten Sie beim Applikationszentrum:
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Martin Zimmermann |
Dr. Thomas Link MicroMountains Applications AG, Romäusring 4, 78050 Villingen-Schwenningen Tel. +49 (7721) 206 495-1 E-Mail: link@mm-applications.com |
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