Software Campus

Smart Education Environments: 3D & ITS

SafeChild-AufbauSaarbrücken, April 2014 - Realistische Simulationen von Lern- und Trainingsumgebungen können eingesetzt werden, um Übungen, die in der echten Welt zu gefährlich oder kostspielig wären, virtuell durchzuführen. Solche Trainings in einer virtuellen Realität (VR) zeichnen sich durch authentische Darstellung der simulierten Welt sowie natürliche Interaktionstechniken aus.

VR-Trainings haben sich unter anderem bereits für die Ausbildung von Piloten und Chirurgen sowie für Katastrophentrainings bewährt. Im Projekt "SafeChild" entwickelt Yecheng Gu, Fellow des Software Campus am Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) Standort Saarbrücken, eine intelligentes VR-Training, mit der Kinder in einer virtuellen Realität sicheres Verhalten im Straßenverkehr multimodal und mit Hilfe adaptiver Assistenzsystemen lernen und üben können. Kinder sind im Straßenverkehr besonders gefährdet, da ihre motorisch-kognitiven Fähigkeiten noch nicht voll entwickelt sind und sie für Gefahrensituationen wenig sensibilisiert sind. In der VR-Simulation nimmt das Kind die simulierte Trainingsumgebung über drei 3D Bildschirme wahr und interagiert mit ihr über Bewegungserkennung, wodurch ein hoher Grad an Realismus erreicht wird.

Aufgrund von hohen Kosten für Entwicklung und Betrieb von VR-Lernumgebungen wurden diese bisher nur in der Spezialisten-Ausbildung eingesetzt. Durch die Entwicklung der letzten Jahre auf dem Gebiet der Unterhaltungselektronik sind jedoch 3D Fernseher und Monitore sowie gestenbasierte Eingabegeräte für Spielekonsolen mittlerweile in jedem Elektrofachmarkt erhältlich. Dadurch ist es möglich, kostengünstig in eine virtuelle Welt einzutauchen und über Gestik und Körperbewegung in ihr zu agieren. Weiterhin wird die softwareseitige Entwicklung von solchen Lernumgebungen durch komfortable Editoren aus der Computerspiele-Industrie begünstigt.

Diese Faktoren ebnen den Weg für den Einsatz von VR-Training in alltäglichen Bildungsszenarien, wie etwa der Verkehrserziehung. Für ein optimales Training ist es notwendig, die individuellen Vorkenntnisse und Fähigkeiten der Lernenden die sich stark unterscheiden können, zu berücksichtigen und die Lernumgebung entsprechend anzupassen. So genannte intelligent-tutoriellen Systeme (ITS) verwenden dabei Methoden aus der künstlichen Intelligenz, um solche Anpassungen automatisiert durchzuführen. Eine Kombination aus ITS und VR-Training birgt deswegen für alltägliche Bildungsszenarien großes Potenzial und wird in dem Projekt "SafeChild" mit dem Anwendungsgebiet Fußgängersicherheitstraining im Straßenverkehr für Kinder erforscht.

Die Projektidee wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Software Campus, einem Programm zur Qualifizierung von Nachwuchs-Führungskräften, bis Februar 2015 gefördert und am DFKI in Saarbrücken durchgeführt. Unter Verwendung von drei handelsüblichen 3D Monitoren, einer Microsoft Kinect Kamera für die Xbox Spielekonsole sowie einer Stadtsimulation wird eine realistische aber trotzdem kostengünstige Lernumgebung aufgebaut, in der etwa die Anpassung des Schwierigkeitsgrades oder die Auswahl der Übungen über ein ITS geschieht.

Die Partner im Projekt sind dabei die Deutsche Post AG, die unter anderem ihre Expertise und Kontakte im Bereich Verkehrserziehung einbringt sowie das Landesvermessungsamt Saarbrücken, die auf Realdaten basierte 3D Modelle zur Verfügung stellt, um einen besonders hohes Maß an Realismus in der Stadtsimulation zu ermöglichen.