»AuCity 2«

»AuCity 2 - Augmented Reality in der Hochschullehre am Beispiel des Bauingenieurwesens«

Ein BMBF-gefördertes Verbundprojekt der Bauhaus-Universität Weimar und der Universität Ulm
Laufzeit: 1. September 2018 bis 28. Februar 2022 | Fördersumme: 2.015.003,80 Euro

Über das Projekt

Realitätserweiternde, computergestützte Applikationen könnten das Lernen und Verstehen komplexer Sachverhalte positiv beeinflussen; davon sind die Verbundpartner von »AuCity 2« überzeugt. Wie die Technologien künftig eingesetzt werden können, untersucht das interdisziplinäre Forscherteam am Beispiel des Studienganges Bauingenieurwesen. Bis Februar 2022 erhält das BMBF-Projekt rund zwei Millionen Euro Fördermittel.

Unter Mixed Reality (MR) werden Umgebungen oder Systeme zusammengefasst, welche die natürliche Wahrnehmung des Menschen mit einer künstlichen, digitalen Wahrnehmung erweitern. Dabei werden reale Objekte und Räume wie beispielsweise Straßen, Brücken oder Gebäude mit zusätzlichen, computergenerierten Informationen wie Formeln oder Erläuterungen ergänzt. Auf diese Weise werden verborgene Einflussgrößen wie Bodenstruktur, CO2-Ausstoß oder Thermodynamik für den Betrachter sicht- und erlebbar. 

Lernerfolg durch MR-Anwendungen

Studien zu Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) – zusammengefasst durch den Begriff Mixed Reality (MR) belegen, dass diese Anwendungen in Bezug auf die Darstellung räumlicher Informationen tatsächlich Vorteile bieten, die durch bisherige digitale Medien nicht adressiert werden konnten. Die Möglichkeit, räumliche Informationen realitätsnah in drei Dimensionen abzubilden und Interaktionen zwischen Lernenden und Objekten im Raum zu ermöglichen, werden als lernförderlich als besonders motivierend angesehen. Besondere Vorteile für kognitive Prozesse in ingenieur-wissenschaftlichen Kontexten werden darin gesehen, dass AR-Anwendungen die Möglichkeit bieten, reale Objekte und räumliche Informationen mit zusätzlichen Informationen, wie Erläuterungen oder Formeln zu ergänzen. Die gleichzeitige räumlich und zeitlich nahe Präsentation zusammengehörender Informationen (Kontiguitätsprinzip) kann dabei besonders Lernende mit geringem Vorwissen, geringem räumlichen Vorstellungsvermögen oder ungünstigen motivationalen Voraussetzungen unterstützen, indem das mentale Zusammenbringen der verschiedenen Repräsentationsformen erleichtert und ein unmittelbarer Bezug zur Realität dargestellt wird. Dies kann zudem die wahrgenommene kognitive Belastung reduzieren. Dennoch sind die Befunde zu Lerneffekten von AR- und VR-Anwendungen uneinheitlich. Ob die Nutzung virtueller Umgebungen tatsächlich lernförderlich, entlastend und gleichzeitig Motivation und Lernfreude fördern kann, könnte ganz maßgeblich von den Eingangsvoraussetzungen des Lernenden abhängen.

Das Projekt AuCity 2 arbeitet in einem interdisziplinären Projektteam (Umweltingenieurwissenschaften und Technisches Design zur Erarbeitung der Inhalte, Instructional Design und Lernpsychologie zur Festlegung des pädagogischen Rahmens und der Evaluation sowie Visual Computing und Human-Computer-Interaction zur zielgruppengerechten Präsentation der Inhalte) an der weiteren Erschließung von MR-Technologien als Lernwerkzeuge. Dazu werden am Beispiel des Bauingenieurwesens in der Hochschullehre systematisch Lernvoraussetzungen identifiziert, Lerninhalte mit Hilfe von MR-Technologien dargestellt und die erreichten Lernergebnisse gemessen. Durch den Vergleich von Lernerfolgen mit Hilfe unterschiedlich aufwändiger Realisierungsformen, wie beispielsweise 360°-Grad Videos auf der einen Seite und modellbasierter VR-Umgebungen auf der anderen Seite werden Aufwand-Nutzen-Analysen erstellt, die in die Richtlinien eingehen. Zusätzlich unter Nutzung von Learning Analytics-Daten werden Richtlinien für den effektiven Einsatz von Richtlinien für den effektiven, zielgruppenspezifischen Einsatz von MR-Technologien in der Lehre erarbeitet. Gleichzeitig werden Objektbibliotheken und Authoring-Tools entwickelt, um zu untersuchen, wie derartige Software aufgebaut sein muss, um variabel Lernszenarien unterstützen zu können.

Didaktischer Entwurf der Lernszenarien (26.03.2020)

Didaktischer Entwurf der Lernszenarien (26.03.2020)

Ein wesentliches Ziel der aktuellen Projektphase von AuCity 2 ist der didaktische Entwurf der Lernszenarien. Nachdem die mit Hilfe von VR und AR zu vermittelnden Lerninhalte unter Führung der ingenieurwissenschaftlichen Projektpartner festgelegt wurden, wird nun gemeinsam mit Hilfe der Lernpsychologie und des Instructional Designs erarbeitet, wie die Lerninhalte vermittelt werden können. So werden beispielsweise Gestaltungsprinzipien wie Segmentierung, Signalling und Annotation genutzt, um zielgerichtetes Lernen zu fördern. Die Informatik-orientierten Partner unterstützen dabei mit ihrer Expertise zu den technischen Gestaltungsmöglichkeiten. Ein Beispiel für die in dieser Phase entstehenden Konzeptskizzen ist hier  zu finden.

AuCity 2-Beiträge auf der CHI 2020 (27.02.2020)

Dem AuCity 2-Projektmitarbeiter Tobias Drey aus der Ulmer Forschergruppe von Prof. Enrico Rukzio ist es zusammen mit seinen Kollegen gleich mit zwei Beiträgen gelungen, die Reviewer der renommierten HCI-Konferenz CHI zu überzeugen. Der Beitrag

T. Drey, J. Gugenheimer, J. Karlbauer, M. Milo and E. Rukzio, "VRSketchIn: Exploring the Design Space of Pen and Tablet Interaction for 3D Sketching in Virtual Reality" , Conditionally accepted to Proc. of CHI 2020 (SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems) , Apr. 2020. [Further material]

beschreibt einen innovativen VR-Interaktionsansatz, der auch für ingenieurtechnische Entwurfsarbeit nutzbar ist. 

Im zweiten Beitrag,

T. Drey, P. Jansen, F. Fischbach, J. Frommel and E. Rukzio, "Towards Progress Assessment for Adaptive Hints in Educational Virtual Reality Games" in Conditionally accepted to CHI '20 Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems , New York, NY, USA : ACM , Apr. 2020.,

werden Möglichkeiten zur Lernfortschritt-entsprechenden Führung der Spieler von VR-basierten Spielen erörtert.

Die CHI, wie die ACM Conference on Human Factors in Computing Systems auch kurz genannt wird, wird seit 1982 ausgerichtet und ist eine der größten und prestigeträchtigsten Konferenzen im Forschungsfeld Mensch-Computer-Interaktion. Sie wird jährlich von über 3000 Forschern besucht und sie findet in diesem Jahr vom 25. bis 30. April in Honolulu im US-Bundesstaat Hawaii statt.

Augmented Reality in der Hochschullehre: Ein leichtgewichtiger Ansatz (09.01.2020)

Unter dem Titel "Augmented Reality in der Hochschullehre für Bauingenieur*innen: Ein leichtgewichtiger Ansatz" beschreiben die Projektmitarbeiter Heinrich Söbke und Mario Wolf im Blog des Hochschulforum Digitalisierung eine Studie, die im Rahmen von AuCity 2 durchgeführt werden konnte. Die Studie untersucht den Einsatz einer lokations-basierten mobilen App als AR-gestützte Exkursionshilfe.

Gemeinsamer Workshop mit DigiLab4 zu aktivierenden Lernmethoden (18.11.2019)

Pro Jahr veranstaltet AuCity 2 zusammen mit dem Projekt DigiLab4u gemeinsame Workshops zu Querschnittsthemen beider Projekte. Am 18. November 2019 konnte wieder ein spannender Austausch der Erkenntnisse zu "Aktivierenden Lernmethoden" am Institut für Wissensmedien Koblenz-Landau stattfinden.

Details sind hier zu finden.

DELFI 2019 mit AuCity 2-Beteiligung (19.09.2019)

DELFI 2019 mit AuCity 2-Beteiligung (19.09.2019)

H. Söbke, F. Wehking, M. Wolf (von links nach rechts)

Die AuCity 2-Arbeitsgruppe von Prof. Jörg Londong (Bauhaus-Universität Weimar) konnte einige ihrer Arbeitsergebnisse auf der DELFI 2019 vorstellen.

Florian Wehking präsentierte einen Beitrag, der die Erfahrungen bei der Aufzeichnung von 360°-Videos zusammenfaßt und aufbauend Richtlinien zur Produktion von 360°-Videos zusammenfasst:

Wehking, F., Wolf, M., Söbke, H., & Londong, J. (2019). How to Record 360-degree Videos of Field Trips for Education in Civil Engineering. In S. Schulze (Hrsg.), Proceedings of DELFI Workshops 2019 (S. 177–188). Bonn: Gesellschaft für Informatik e.V.z. https://doi.org/10.18420/delfi2019-ws-120.

Die Ansätze, Mixed Reality in der räumlichen Planung gewinnbringen einzusetzen, wurden von Mario Wolf vorgestellt.

Wolf, M., Wehking, F., Söbke, H., & Londong, J. (2019). Mixed Reality zur Qualifikation in der räumlichen Planung. In S. Schulz (Hrsg.), Proceedings of DELFI Workshops 2019 (S. 199). Bonn: Gesellschaft für Informatik e.V.z. https://doi.org/10.18420/delfi2019-ws-121

Heinrich Söbke war eingebunden in die Veranstaltung eines Workshop „VR/AR-Learning“, in dem neben diesen beiden Arbeiten verschiedene weitere Ansätze präsentiert wurden, Mixed Reality-Technologien für Lernzwecke zu nutzen.

Zender, R., Söbke, H., Weise, M., & Richert, A. (2019). 3. Workshop VR/AR-Learning. In S. Schulz (Hrsg.), Proceedings of DELFI Workshops 2019 Berlin, Germany, September 16, 2019 (S. 120–121). Bonn: Gesellschaft für Informatik.

Die DELFI ist eine jährlich von der Fachgruppe Bildungstechnologien der Gesellschaft für Informatik (GI) durchgeführte Konferenz, die vornehmlich die technologische Grundlagen zur Unterstützung von Lernprozessen erörtert. Die Konferenz fand 2019 an der Humboldt-Universität in Berlin statt.

Erste Modellskizze eines Lernszenarios (17.07.2019)

Der Fachbereich der Siedlungswasserwirtschaft bietet vielfältige inhaltliche Ansatzpunkte zur Einbindung von AR/VR in die Lehre. Ein Bereich stellt die Bewirtschaftung von Regenwasser dar. Hierfür wurde nun eine erste Modellskizze erarbeitet, die als Grundlage für Lernszenarios mit AR-/VR-Technologiebasierten-Lernwerkzeugen dienen soll. Wird in der Skizze vorerst eine Form der Regenwasserbewirtschaftung dargestellt (Versickerung), soll diese im weiteren Verlauf um die Möglichkeiten Abfluss, Speicherung und Rückhaltung erweitert werden.

Projekttreffen in Ulm (02.07.2019)

Es war wieder einmal so weit. Anfang Juli trafen sich alle Projektbeteiligten  in den Räumlichkeiten der Universität Ulm. Der Fokus des Projekttreffens lag nicht nur auf den Fortschrittsberichten der verschiedenen Forschungsgruppen und den Fragen des weiteren Vorgehens. Stattdessen wurde sich auch intensiv mit den bisher im virtuellen und augmentierten Raum konzipierten Lehrinhalten beschäftigt und neue technische Entwicklung auf ihre Eignung für Lehr- und Lernumgebungen gewidmet.

Eindrücke des Projekttreffens in Form einer 360° Video-Timelapse finden sich hier: vimeo.com/346829262

Jour fixe - unsere wöchentliche Besprechung (15.04.2019)

Anknüpfend an die Projekttreffen im Dezember 2018 und März 2019 steht im Forschungsprojekt AuCity2 aktuell die inhaltliche und strukturelle Konzeption der Lernszenarien im Mittelpunkt.  Begleitet wird dieser Schritt durch die Bewertung zur technischen Realisierbarkeit der Lernszenarien in AR, VR und 360°-Videos. Ein wichtiges Tool für diesen Prozess sind die wöchentlich abgehaltenen Jour fixe, welche alle Beteiligten physisch und digital zusammenbringen.

Auftaktreffen in Weimar (01.09.2018)

Das am 1. September diesen Jahres gestartete Projekt AuCity 2 konnte am 23.10. mit einem Treffen aller Projektmitarbeiter auch offiziell gestartet werden. Nachdem die ersten Wochen des Projekts zur Vorbereitung disziplinbezogener Konzepte genutzt wurden, konnten diese Konzept nun interdisziplinär weiterentwickelt werden. Auch konnten sich alle Projektmitarbeiter erstmals in gemeinsamer Runde persönlich kennenlernen. Das nächste Projekttreffen findet am 14. Dezember in Ulm statt.

Publikationen

Link zur AuCity 2 bei Researchgate

2020

[17] Drey, T.,  Gugenheimer, J., Karlbauer, J.,  Milo , M., & Rukzio, E. (2020)  VRSketchIn: Exploring the Design Space of Pen and Tablet Interaction for 3D Sketching in Virtual Reality , Conditionally accepted to Proc. of CHI 2020 (SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems) , Apr. 2020. [Further material]

[16] Drey, T.,  Jansen, P., Fischbach, F., Fromme, J., & Rukzio, E., Towards Progress Assessment for Adaptive Hints in Educational Virtual Reality Games in Conditionally accepted to CHI '20 Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems , New York, NY, USA : ACM , Apr. 2020.

[15] Wolf M, Söbke H, Wehking F (2020) Mixed Reality Media-Enabled Public Participation in Urban Planning. In: Jung T, tom Dieck MC, Rauschnabel PA (Hrsg) Augmented Reality and Virtual Reality, Changing Realities in a Dynamic World, Progress in IS. Cham, CH : Springer, Cham, pp 125–138

[14] Albus, P., & Vogt, A. (2020). Lernen in Virtual Reality. Presentation at GöMaEr et al. Symposium February 2020, Essen, Germany. 

[13] Söbke, H., & Wolf, M. (2020). Augmented Reality in der Hochschullehre für Bauingenieur*innen: Ein leichtgewichtiger Ansatz. Abgerufen 12. Januar 2020, von Hochschulforum Digitalisierung website: hochschulforumdigitalisierung.de/de/blog/augmented-reality-bauingenieurwesen

2019

[12] Söbke, H., Baalsrud Hauge, J., Stefan, I. A., & Stefan, A. (2019). Using a Location-based AR Game in Environmental Engineering. In E. van der Spek, S. Göbel, E. Y.-L. Do, E. Clua, & J. Baalsrud Hauge (Hrsg.), Entertainment Computing and Serious Games - ICEC -JCSG 2019 LNCS 11863 (S. 7–10). Cham: Springer International Publishing.

[11] Baalsrud Hauge, J., Söbke, H., Stefan, I. A., & Stefan, A. (2019). Designing Serious Mobile Location-Based Games. In E. van der Spek, S. Göbel, E. Y.-L. Do, E. Clua, & J. Baalsrud Hauge (Hrsg.), Entertainment Computing and Serious Games - ICEC -JCSG 2019 LNCS 11863 (S. 479–484). Cham: Springer International Publishing.

[10] Wehking, F., Wolf, M., Söbke, H., & Londong, J. (2019). How to Record 360-degree Videos of Field Trips for Education in Civil Engineering. In S. Schulze (Hrsg.), Proceedings of DELFI Workshops 2019 (pp. 177–188). Bonn: Gesellschaft für Informatik e.V.z. doi.org/10.18420/delfi2019-ws-120

[9] Wolf, M., Wehking, F., Söbke, H., & Londong, J. (2019). Mixed Reality zur Qualifikation in der räumlichen Planung. In S. Schulz (Hrsg.), Proceedings of DELFI Workshops 2019 (S. 199). Bonn: Gesellschaft für Informatik e.V.z. doi.org/10.18420/delfi2019-ws-121

[8] Zender, R., Söbke, H., Weise, M., & Richert, A. (2019). 3. Workshop VR/AR-Learning. In S. Schulz (Hrsg.), Proceedings of DELFI Workshops 2019 Berlin, Germany, September 16, 2019 (S. 120–121). Bonn: Gesellschaft für Informatik e.V.z.

[7] Krischler, J. (2019). Mixed Reality in der universitären Tragwerkslehre. In 31. Forum Bauinformatik: 11.–13. September 2019 in Berlin. Proceedings (S. 241–248). Universitätsverlag der TU Berlin.

[6] Montag, M.; Bertel, S., De Koning, B., & Zander, S. (2019). The Powerbar – Effects of a ressource-restricting tool while solving spatial tasks on mobile devices. Presentation at EARLI Biennial 2019, August 11th-17th, 2019, Aachen, Germany,

[5] Montag, M.; Yepes-Serna, V., Zander, S. (2019). The Powerbar – Effects of a ressource-restricting tool while solving spatial tasks on mobile devices. Presentation at EARLI Biennial 2019, August 11th-17th, 2019, Aachen, Germany,

[4] Yepes-Serna, V.,Montag, M., & Zander, S. (2019). For whom and how? –Effects of digital tools for spatial task solving. Presentation at EARLI Biennial 2019, August 11th-17th, 2019, Aachen, Germany.

[3] Yepes, V., Söbke, H., Montag, M., & Zander, S. (2019). Direct and Indirect Interactions while Solving Mental Rotation Tasks in Virtual Reality Environments. In 12th International Cognitive Load Theory Conference, June, 17 - 19, Maastricht, Belgium.

[2] Söbke, H., Zender, R., Weise, M., & Richert, A. (2019). Chances and challenges of VR/AR-based learning approaches. In T. Jung, M. C. tom Dieck, & P. A. Rauschnabel (Hrsg.), Session at 5th International AR & VR Conference Munich, June 14. Munich

[1] Söbke, H., Zander, S., Yepes, V., 2019. Mit dem Navigationssystem lernt man nicht!? Entwurfsprinzipien für Benutzerschnittstellen von AR-basierten Lernwerkzeugen, Vortrag: LEARNTEC 2019, AR / VR Forum, 31.01. Karlsruhe.