Virtuelle Realität

Der Begriff Virtual Reality (VR), wurde 1989 von Jaron Lanier geprägt und wird seither für die unterschiedlichsten Formen digital generierter künstlicher Welten verwendet. Das Spektrum reicht von textbasierten Versionen bis hin zu aufwändigen multimedialen Simulationsumgebungen.
Abb.: 3D-Rundgang an der TU Berlin in Google Earth

Die sogenannte virtuelle Realität zeichnet sich dadurch aus, dass die Nutzerinnen und Nutzer in einen Datenraum nicht nur eintauchen, sondern mit den Daten ebenso interagieren können wie mit anderen Nutzenden des gleichen Raumes (Münker, 2005). Unterschieden werden Desktop-basierte und CAVE-basierte Virtual-Reality-Umgebungen. Bei Desktop-basierten virtuellen Umgebungen befindet sich der Nutzende vor dem Computer und steuert die Bewegung im virtuellen Raum über die Tastatur, die Maus oder einen Joystick. Der Begriff „CAVE” steht für „Cave Automatic Virtual Environment”. Ein CAVE ist ein Raum mit Projektionswänden, in dem der Nutzende umhergehen kann. Mit Hilfe einer Spezialbrille oder einem Helm (Head-Mounted-Display) wird das Gefühl erzeugt, sich in der virtuellen Welt zu befinden. Dabei nutzt VR nicht nur visuelles und auditives, sondern auch taktiles oder haptisches Feedback, um eine immersive Umgebung zu generieren. Inwieweit sich auch bei Desktop-basierten Virtual-Reality-Umgebungen das Gefühl erzeugen lässt, dass sich die Nutzenden in der virtuellen Welt befinden, ist unklar. Allerdings erscheinen sowohl die Welten als auch die Bewegungen der Avatare oft comicartig (Loke, 2014).

Während sich der Nutzende bei den Reinformen der Virtual Reality innerhalb einer virtuellen Computerwelt bewegt, befindet er sich bei Augmented-Reality-Systemen in der realen Umgebung, die um virtuelle Elemente bzw. digitale Informationen erweitert wird. Die virtuellen Informationen werden dabei in das Sichtfeld eines Betrachters eingeblendet. Ein typischer Benutzer ist dabei mit einem mobilen Endgerät oder einer halbtransparenten Datenbrille bzw. einem 3D-Helm ausgestattet. Mehr zu Augmented Reality erfahren Sie in der Vertiefung.

Als virtuelle Lernumgebungen werden Lernplattformen bezeichnet, auf denen Studierende in virtuellen Kursräumen Informationen, Bilder, Videos, Aufgaben, Testfragen zum jeweiligen Kurs finden können. Oft besteht auch die Möglichkeit über z.B. Diskussionsforen mit Kommilitonen oder Lehrenden zu kommunizieren. Mehr zu Lernplattformen erfahren Sie in der Vertiefung im Bereich Medientechnik.

Zu verschiedenen Ausprägungsformen virtueller Realitäten informieren die Vertiefungen Simulation und MUD.

Technische Rahmenbedingungen

Headsets für virtuelle Realitäten bedecken Augen und Ohren mit dem Ziel, den Nutzenden völlig in die digitale Welt eintauchen zu lassen. Die Sensoren der Headsets berücksichtigen z.T. Kopf- und Körperbewegungen und erlauben es dem Träger das Gefühl zu bekommen, sich in der virtuellen Welt umzuschauen oder zu bewegen. Zum Teil werden von den Systemen auch Gesten erfasst und ermöglichen damit den Lernenden mittels Handbewegungen mit virtuellen Objekten zu interagieren. Es gibt auch Datenhandschuhe, welche Bewegungen der Hand und der Finger messen und übertragen. Eine weitere Funktion ist das Ertasten und Erfühlen eines Gegenstandes, das sogenannte „taktile Feedback”, sowie die Erfahrungsmöglichkeit von Kraftrückkopplungen, genannt „Force Feedback”. Zwar gibt es inzwischen bewegungssensitive Handschuhe oder Kleidung, so genannte Wearables, am häufigsten zum Einsatz kommen in VR aber noch Joysticks oder Gamepads. Bereits entwickelt werden außerdem leichte VR-Headsets, die in Kombination mit Tablets und Smartphones genutzt werden können und keinen PC oder Game Controller mehr benötigen.

Die größten Nachteile von virtuellen Realitäten bestehen darin, dass die Umsetzung recht aufwendig ist. Es gibt bisher nur eine recht beschränkte Anzahl von Simulationen für das Lernen mit Hilfe von VR. Auch VR-Headsets sind noch zu teuer, um ganze Seminare damit auszustatten. Was die Nutzung von VR-Headsets betrifft bestehen außerdem insbesondere für Personen mit Behinderungen im Seh-oder Hörbereich Nachteile.

Didaktik

Die Umsetzung von Lehrszenarien in virtuellen Welten ist mehr intuitiv als theoriegeleitet. Auch fehlt es noch an Theorien zur Frage, wie in virtuellen Umgebungen am besten Wissen und Fähigkeiten vermittelt werden können und messbare Lerneffekte entstehen (Loke, 2014). In der Forschung zum Lernen in virtuellen Realitäten kommen am häufigsten Lerntheorien zu erfahrungsgeleitetem Lernen (Experiential Learning), situiertem Lernen und Konstruktivismus zur Anwendung. Dabei wird davon ausgegangen, dass Studierende in den virtuellen Welten sensomotorische Erfahrungen machen, die denen in der realen Welt entsprechen. So setzt die Lerntheorie des situierten Lernens voraus, dass die virtuelle Welt einen so realistischen Kontext bietet, dass dieser dasselbe Verhalten und Denken bei den Studierenden auslöst, wie in realen Situationen (Loke, 2014). Zwar gibt es wie gesagt inzwischen Helme und Handschuhe, die die sensomotorischen Erfahrungen in der virtuellen Realität verbessern sollen, im Lehr-/ Lernkontext kommen diese aus Kostengründen aber bisher kaum zum Einsatz. Bewegung bei Desktop-basierten Virtual Reality-Umgebungen findet ausschließlich über die Bedienung von Tastaturen statt. Jedoch entspricht das Klicken auf den Körper eines virtuellen Patienten nicht der sensomotorischen Erfahrung in einer Untersuchung in der Realität (Loke, 2014).

Während in der virtuellen Welt also nicht dieselben körperlichen Erfahrungen gemacht werden können, so kann doch verbal gleich interagiert werden und somit können auf dieser Ebene soziale Interaktionen stattfinden. Ebenso können dieselben Denkprozesse ausgelöst werden, was u.a. Wilkinson, Walker und Blyth (2013) gezeigt haben, die Prozesse zur Entscheidungsfindung in einem virtuellen Krankenhaus und in realen Umgebungen verglichen haben.

Am häufigsten genutzt werden virtuelle Lernumgebungen zur Darstellung und Simulation von Objekten oder Orten, die sonst nicht von den Lernenden erreicht werden können. So können historische Objekte nachgestellt oder Planeten begangen werden. Ebenso ist es natürlich möglich, Objekte in anderen Größendimensionen darzustellen um ein leichteres Verständnis zu ermöglichen wie bei Simulationen in der Chemie oder Physik.

Folgendes sollte bei der Gestaltung von virtuellen Lernumgebungen berücksichtigt werden:

  • Je nach Lernziel sollte unter verschiedenen Möglichkeiten der Veranschaulichung ein sinnvolles Szenario ausgewählt werden, um Lernende nicht durch unnötige Details abzulenken oder gar die Bildung von Fehlkonzepten zu fördern.
  • Wichtig ist die richtige Auswahl von Handlungsmöglichkeiten in virtuellen Lernwelten und die Darstellung der personalen Präsenz, also der Anwesenheit von realen oder fiktiven Personen im virtuellen Lernraum.
  • Da die wenigsten Anwendungen isoliert auftreten, muss auch die Integration in das gesamte Lehrszenario bedacht werden.

Beispiele

  • Das EUseum erlaubt die virtuelle Besichtigung verschiedener Museen.
  • Die TU Berlin ermöglicht Studierenden und anderen Interessierten den Charlottenburger Campus in 3D zur Orientierung zu durchschreiten.
  • Im Rahmen eines Pädagogik-Seminars an der TU Darmstadt wurde die virtuelle Welt Second Life in Bezug auf darin bereits realisierte Lehr-/ Lernszenarien untersucht. Die Ergebnisse stellt ein Langtext von Antje Müller & Martin Leidl dar.

Weitere Informationen

  • Die Immersive Education Initiative erforscht den Einsatz bzw. Qualitätsmerkmale und Standards für Virtual-Reality-Headsets und sammelt Best-Practice-Beispiele im Bereich Virtual Reality, Augmented Reality und Mixed Reality.
Letzte Änderung: 31.03.2016

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