VR4Teach – eine kostengünstige Virtual-Reality-Plattform zur Visualisierung in der Lehre

Dieses Jahr rief der Arbeitskreis VR/AR-Learning (Virtual Reality und Augmented Reality) der GI-Fachgruppe Bildungstechnologien erneut in Zusammenarbeit mit dem Stifterverband den AVRiL Wettbewerb aus. In einer Blogreihe stellen wir bis zur Preisverleihung während der Delfi- & GMW-Tagung: Teilhabe an Bildung und Wissenschaft Einreichungen mit Fokus auf Hochschullehre vor. Der erste beitrag befasst sich mit dem Projekt VR4Teach der Technischen Universität Darmstadt. 

VR4Teach ist eine innovative Virtual-Reality-Lehrplattform zum einfachen, kollaborativen und interaktiven Austausch von Lehrinhalten. Genutzt werden kann sie innerhalb von Vorlesungen und Seminaren. VR4Teach ist als kostengünstige und einfache Lösung gedacht. Die Anwendung ist deshalb für das Smartphone und anderen internetfähigen Geräten entwickelt worden. Mit einer 3D- und Virtual-Reality-Ansicht können Studierenden direkt ins Geschehen eintauchen. Der Lehrende kann Sachverhalte interaktiv und immersiv begreifbar gestalten.

„VR4Teach – Ein Anwendungsbeispiel „Brandausbreitung“ Video: Christian Eller

Über die VR4Teach-Plattform können Modelle, Animationen und gesamte Virtual-Reality-Szenarien angezeigt werden. Dabei ist es egal, ob ein Smartphone, Laptop oder Tablet genutzt wird. Innerhalb der Anwendung findet ein digitaler und immersiver Exkurs statt. Der Lehrende führt interaktiv durch die Anwendung. Studierende können sich frei umschauen und das Geschehen durch die Bewegung immersiv erleben. Ein gemeinsamer Austausch mit neuen digitalen Modellen in einem virtuellen Raum ist somit einfach möglich.

Wie funktioniert VR4Teach in der Hochschullehre?

VR4Teach ist eine Android-App und HTML-Webseite. Beide sind über einen Server miteinander verbunden. 3D-Modelle und Animationen werden auf dem Server gespeichert. Bei der Nutzung in der Vorlesung werden die Modelle auf die Geräte geladen. Das ermöglicht einen performanten Ablauf und eine stetige Erweiterung von VR4Teach.

Für die Interaktion nutzt der Lehrende eine eigens entwickelte Google Daydream-App (ab Android 7) mit Hand-Controller. Damit kann der Lehrende Markieren, Skalieren, Aktivieren, Rotieren und Teleportieren. Jede Aktion wird über den Server synchronisiert. So wird alles ebenfalls bei den Studierenden durchgeführt. Die Studierenden können durch den Aufruf der VR4Teach-Webseite an der digitalen Vorlesung teilnehmen. Neben dem Standard 3D-Ansicht können Studierende mit dem Smartphone eine Virtual-Reality-Ansicht aktivieren. Mit einem Cardboard wird die Kopfbewegung direkt auf die Anwendung übertragen und ein immersives Erlebnis entsteht.
Virtual Reality: Interaktionsmöglichkeiten durch die einfache Nutzung eines HandcontrollersVirtual Reality: Interaktionsmöglichkeiten durch die einfache Nutzung eines Handcontrollers. Bild: [https://www.iib.tu-darmstadt.de/mitarbeiter_iib/eller.de.jsp Chrisitan Eller]

VR4Teach wurde konzipiert und im Vorlesungsbetrieb zusammen mit Studierenden ausprobiert und validiert. Die Studierenden in dieser Befragung befürworten die Erweiterung der Vorlesung durch einen praktischen Anteil mittels Virtual Reality und bewerteten die Bedienung und Nutzung von VR4Teach als einfach und intuitiv.

Virtual Reality in der Praxis: Bauphysik zum Anfassen und Brandsimulation erleben

Bauphysik ist ein komplexes Thema mit vielen theoretischen Berechnungen. Für den Brandschutz werden oft Berechnungen zur Brandausbreitung durchgeführt. Dabei sind Ergebnisse abstrakt und schwer verständlich. Eine solche Brandausbreitung kann mit VR4Teach visualisiert werden. In einer Demoanwendung wurde das Szenario eines Wohnungsbrandes gewählt. Ausgangssituation war Brand vom Sofa aus, wie es oftmals mit Zigaretten passiert. Der Brand breitet sich aus und durch eine plötzliche Zündung des Rauches (Flash Over) entsteht ein vollständiger Wohnungsbrand (siehe Video). Neben dem Wohnungsbrand wurde ein 60 Meter langer Flur erstellt, um einen immersiven Eindruck der vorhandenen Sichtweite im Rauch zu erhalten.

Dieses Szenario wurde im Lehrbetrieb mit den Studierenden ausprobiert. Die Studierenden konnten den Wohnungsbrand mit ihren eigenen Geräten erleben. Anschließend konnten Sie VR4Teach bewerten. Im Vergleich zu konventionellen Vorlesungen empfanden 91 % die neue Technologie für sinnvoll. Deshalb wird nun untersucht wie sich VR4Teach konkret in der Hochschullehre nutzen lässt.

Das Projekt wurde gefördert durch die TU-Darmstadt. Entwickelt wurde VR4Teach vom Institut Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen und Institut für Werkstoffe im Bauwesen.

Projektbeteiligte: Prof. Dr.-Ing. Uwe Rüppel; Christian Eller, M.Sc.; Pascal Mosler, B.Sc.; Michael Disser, B.Sc.;
Prof. Dr.ir. Eddie Koenders; Shifan Zhang, M.Sc.; Christoph Mankel, M.Sc.; Mona Nazari Sam, M.Sc.

Virtual Reality in der Hochschullehre: Teilnehmende der VR4Teach-TestvorlesungVirtual Reality in der Hochschullehre: Teilnehmende der VR4Teach-Testvorlesung. Bild: [https://www.iib.tu-darmstadt.de/mitarbeiter_iib/scheich.de.jsp Patrick Scheich]

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