Im Interview: Dr. Raphael Zender von der Universität Potsdam

Dr. Raphael Zender ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der Universität Potsdam. Der angewandte Informatiker forscht im Bereich der Bildungstechnologien, insbesondere dem Einsatz von Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) zum Lernen und Lehren. Er koordiniert unter anderem das Forschungsprojekt “HandLeVR”, welches vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wird. Wir haben mit dem Wissenschaftler über VR/AR-Learning und seine Potenziale für deutsche Unternehmen gesprochen.

Wie sind Sie dazu gekommen, sich mit VR/AR zu beschäftigen? Was waren Ihre ersten Berührungspunkte?

Das ging, wie bei den meisten spannenden Sachen, erst einmal mit privatem Interesse los. Ich habe circa 2006 mit virtuellen 3D-Welten wie beispielsweise Second Life Kontakt gehabt. Das war in den frühen 2000er Jahren ein großes Thema. In dieser 3D-Welt konnte man sich ganz einfach via Bildschirm treffen, damals noch ohne VR-Brillen oder Ähnlichem. Man hatte einen Avatar und konnte mit anderen Spielern interagieren. Online-Spiele wie diese gab es schon länger. Second Life war jedoch überhaupt nicht zielgerichtet. Man war selbst gefragt, Inhalte zu gestalten.

Daraus entstanden auch verschiedene Lernszenarien. Ich erinnere mich an ein Atomkraftwerk, das in der Welt von Second Life nachgebildet wurde. Dort wurde für Physikschüler oder auch Studierende die Möglichkeit geschaffen, sich mit ihren Avataren neben die Brennstäbe zu stellen und zu schauen, wie so etwas denn wirklich dreidimensional aussieht. Das war der Moment, in dem ich erkannt habe, dass hier auch ein Potenzial für meine akademischen Aktivitäten liegt. Damals habe ich an einem Lehrstuhl gearbeitet, der viel im Bereich der Bildungstechnologie geforscht hat. Das war 2006, ein paar Jahre später ging es los mit den ersten VR-Brillen. Also den ersten wirklich gut nutzbaren VR-Brillen. VR-Brillen gab es ja auch schon einmal in den 80er Jahren. Ich spreche von Nutzerendgeräten, die auch wirklich tauglich waren wie beispielsweise die Oculus Rift. Das war etwa im Jahr 2013. Damals habe ich mir privat ein Gerät gekauft und erkannt, dass dieses auch wunderbar für Lernzwecke eingesetzt werden kann.

Was begeistert Sie am meisten an den Technologien VR/AR?

Also erst einmal ganz banal: Es ist visuell sehr beeindruckend. Und man kann sich darin auch verlieren. Was mich aber eigentlich begeistert, beruflich und wissenschaftlich, ist, dass diese Technologien uns anregen, über unsere physikalischen Beschränkungen hinwegzudenken. Es gibt einfach viele Dinge, die im realen Leben nicht so leicht umsetzbar sind. In einer virtuellen Realität kann man jedoch die ganze Umgebung beeinflussen. Man kann sich neben atomare Brennstäbe stellen, fliegen oder andere Formen annehmen — physikalische Grenzen verschwinden. Ich sehe ein großes Potenzial, dass wir uns damit im Denken weiterentwickeln.

Wo stehen wir in der Forschung zu VR/AR- Learning in Deutschland?

Wir beobachten, dass das Thema VR/AR sowie VR/AR Learning in Deutschland unglaublich heterogen verbreitet ist. Wir haben einige Institutionen, die arbeiten schon am technischen Limit und reizen aus, was möglich ist. Besonders im Bereich der beruflichen Ausbildung sehen wir das immer wieder. Beispielsweise bei der Deutschen Bahn, die in diesem Bereich wirklich Vorreiter ist. Und wir haben einige Institutionen, die das Thema nicht einmal auf dem Radar haben. Das sehen wir vor allem an Schulen und Hochschulen. Aus meiner Sicht spielt die berufliche Bildung hier ganz oben mit, hier gibt es vereinzelt sehr fortgeschrittene Projekte. Es folgt die Hochschulbildung, bei der wir vor allem Forschungsprojekte haben, vereinzelt aber auch VR/AR-Einsatz im Bildungsalltag. Die schulische Bildung hat leider noch mit ganz anderen Problemen zu kämpfen. Das ist der Stand, den ich in der Verbreitung von VR/AR-Learning sehe. Hier aber auch ganz klar: VR ist verbreiteter als AR.

Wie erklären Sie sich, dass Virtual Reality weiterverbreitet ist als Augmented Reality?

Hier muss ich vielleicht noch einen Schritt zurück gehen. Bei Augmented Reality sehen wir aktuell zwei Bauformen. Auf der einen Seite haben wir die Technologie, die mit Smartphones oder Tablets eingesetzt werden kann. Man nimmt mit der Kamera die Realität auf und blendet auf den Bildschirmen weitere Elemente ein. Diese Form ist schon recht verbreitet. Von dieser Form spreche ich jedoch nicht. Ich gehe von VR/AR aus, die mit Head-Mounted Displays eingesetzt werden. Da sehe ich VR weiter vorn, da die Technologie der Brillen deutlich ausgereifter ist. Wir haben günstigere Hardware und eine deutlich bessere Darstellungsqualität. Daher ist es derzeit für mehr Menschen interessant. Ich glaube jedoch, dass diese Entwicklung in die andere Richtung gehen wird. Denn Augmented Reality hat viel mehr Potenzial für den Bildungsalltag. Wir verbleiben in vielen Situationen in der realen Umgebung und blenden diese nicht vollkommen aus. Ich denke daher, dass AR für die praktische Bildung mehr Einsatzmöglichkeiten bietet, aber einfach aufgrund der technologischen Entwicklung weniger verbreitet ist.

Woran forschen Sie aktuell? Welche Projekte laufen im Arbeitskreis VR/AR Learning?

Das würde ich kurz aufteilen. Der Arbeitskreis VR/AR Learning verbindet mehrere Hochschulen, berufliche Bildungsträger, Schulen und weitere Akteure, die Interesse an dem Thema haben. Die primäre Motivation des Arbeitskreises ist der Aufbau eines interdisziplinären Netzwerks. Er stößt weniger Forschungsprojekte, sondern viel eher Initiativen an. Wir haben beispielsweise ein Preisausschreiben für gelungene VR/AR-Bildungsszenarien. Wir haben einmal monatlich eine Sprechstunde zum Thema VR/AR-Learning. Wir führen jedes Jahr einen Praxis-Workshop durch.

Die Akteure im Arbeitskreis jedoch, haben zahlreiche Forschungsprojekte. Ich empfehle bei tiefergehendem Interesse einen Blick auf unsere Website: https://www.uni-potsdam.de/vrarl/index.php/category/projekte/

Ich selbst arbeite an der Universität Potsdam und bin hier im Bereich der Informatik tätig. An unserem Lehrstuhl befassen wir uns vor allem mit Bildungstechnologien. Da haben wir einige Projekte, bisher vorrangig im Bereich der virtuellen Realität. Ich würde an dieser Stelle gern zwei Projekte hervorheben.

Das eine Projekt ist “HandLeVR”. Mit dieser Anwendung geben wir Fahrzeuglackierern die Möglichkeit, das Lackieren bis zu einem bestimmten Punkt in der virtuellen Welt durchzuführen — ohne dass sie Lack verschwenden müssen. Lack ist schlecht für die Umwelt und schlecht für die Gesundheit sowie sehr teuer. Für einige Lernszenarien wird einfach nicht zwangsläufig Lack benötigt. Beispielsweise um den richtigen Abstand zum Werkstück zu halten, das lackiert wird oder um die Lackierpistole in der richtigen Geschwindigkeit zu führen. Das sind Trainings, für die heutzutage oft noch wirklicher Lack verwendet wird. Hier kann in VR-Anwendungen einfach ein virtuelles Werkstück angezeigt werden, man führt eine virtuelle Lackierpistole und so weiter. Ein solches VR-Training ist für uns aber nur eine Ergänzung zur klassischen beruflichen Bildung. Einige Dinge muss man weiterhin in der Realität üben, wie beispielsweise den letzten Schliff beim Auftragen der Farbe. Dieses Projekt haben wir 2019 begonnen und sind hier auch mittlerweile recht fortgeschritten. Wir haben kürzlich den DIVR Science Award damit gewonnen.

Wir haben außerdem ein Projekt in der Hochschulbildung — ein Lehrertraining. Sie müssen sich vorstellen: Wenn wir an der Hochschule angehende Lehrer ausbilden, sind das Personen, die oft noch nie vor einer Klasse standen. Sie wissen nicht, wie es sich anfühlt, vor einer Klasse zu stehen. Besonders hervorzuheben sind hier die einzelnen Unterrichtsstörungen: Schüler, die dazwischen quatschen, die sich prügeln, essen oder trinken. Menschen, die noch nie vor einer Klasse standen, sind damit überfordert. Wie kann man das trainieren? Entweder stellt man diese Menschen immer wieder vor echte Klassen. Aber auch in meiner Rolle als Vater kann ich sagen: Immer wieder unerfahrene Lehrkräfte vor dem eigenen Kind stehen haben, das möchte man dann doch nicht. Was wir daher gemacht haben, ist einen Klassenraumsimulator zu entwickeln, der im Lehramtsstudium eingesetzt wird. Der Lehrämtler trägt die VR-Brille und sieht die Klasse vor sich. Von außen kann ihr Trainer — das kann ein Dozent oder ein Kommilitone sein — auf einzelnen Schülern Störungen “abspielen”. Sie können über ein Web-Interface von außen Schüler auswählen. Sie bestimmen dann z.B., ob er trinkt oder quatscht. Der Lehramtsstudent unter der Brille muss angemessen darauf reagieren. Nach dieser Erfahrung gehen beide in das Gespräch und rekapitulieren das VR-Training. Das ist ein System, das seit zwei Jahren schon im Regelbetrieb des Lehramtsstudiums der Universität Potsdam eingesetzt wird.

Werden die Technologien VR/AR verändern, wie wir in Zukunft lernen? Wie wirkt sich die VR/AR Unterstützung auf den Lerneffekt aus?

Ein Punkt, der mithilfe von AR/VR-Technologie hervorgehoben werden kann, ist die Visualisierung. Wenn das, was man in der virtuellen Umgebung lernt, der realen Situationen sehr ähnlich ist, kann das Gelernte in der echten Situation gut abgerufen werden. Wie beim ausgeführten Beispiel der Reaktion auf Störungen im Unterricht. Derartige Effekte sind nachgewiesen. Pauschale Aussagen wie: “Das Lernen wird verbessert durch virtuelle Realität” lassen sich unglaublich schwer treffen. Dafür gibt es einfach noch keine wissenschaftlichen Belege. Ein paar Sachen sind dennoch naheliegend. Zum Beispiel wird der Einsatz von Virtual Reality verstärkt werden, wenn man mit sehr teuren oder schwer zugänglichen Maschinen zu tun hat. Das muss nicht immer direkt ein Teilchenbeschleuniger sein. Nehmen wir mal das Beispiel eines etwas komplexeren Druckers, von dem es vielleicht nur einen im Unternehmen gibt. An dem sollten nicht direkt die Auszubildenden trainieren, da er ja auch in der Produktion gebraucht wird. Diesen Drucker könnte man in der virtuellen Realität nachbilden und die Auszubildenden daran schulen. Im Bereich der Steuerung von Spezialmaschinen werden wir in Zukunft häufiger erleben, dass man zu virtueller Realität greift.

Wie wird VR/AR die Arbeitswelt verändern?

Wie bereits erwähnt, wird beim Training mit speziellen Maschinen oder für Notfallszenarien der Einsatz von Virtual Reality zunehmen. VR/AR werden außerdem bei Online-Meetings eine zunehmende Rolle spielen. Das setzt allerdings voraus, dass wir ausgereiftere Soft- und Hardware haben. Es gibt einige Szenarien, in denen Virtual und Augmented Reality eine größere Rolle spielen werden. Ich glaube allerdings nicht, dass VR/AR die Arbeits- und Lernwelt revolutionieren und komplett umkrempeln werden.Ich denke, dass die Technologie lediglich ein weiteres Medium darstellt, neben vielen anderenn digitalen und analogen Mitteln. Sie haben durchaus eine Stärke bei der Lösung einiger Bildungsprobleme. Aber das Ganze erfordert auch gewisse Investitionen. Man muss Kompetenzen aufbauen bei der Bedienung der Technologie, man muss Daten aufbereiten. Das braucht erst einmal eine gründliche Kosten-Nutzen-Abschätzung.

Also Sie glauben nicht, dass VR/AR Learning innerhalb der nächsten fünf Jahre zum Standard in Unternehmen wird?

Korrekt! Standard nicht. Ich kann mir vorstellen, dass es in einzelnen Unternehmen Lernszenarien gibt, in denen VR/AR eine Rolle spielen werden. Das ist ja heute schon der Fall. Aber als generell verwendeten Standard sehe ich persönlich die Technologie in der Bildung in den nächsten fünf Jahren definitiv nicht.

Welche Entwicklungen sehen Sie für VR/AR in den nächsten 5 Jahren?

Die Hardware wird kompakter, besser, günstiger. Was wir auch sehen werden, ist, dass Virtual und Augmented Reality mehr zusammenwachsen werden. Gemeint: Wir nutzen die gleichen Brillen für beide Technologien. Ich glaube auch, dass Social VR-Welten an Bedeutung gewinnen werden. Also Welten, in denen sich Menschen mit Avataren mit anderen Menschen treffen. Da gibt es bereits jetzt einige spannende Plattformen wie AltSpaceVR. Facebook bringt bald “Horizon” auf den Markt. Ich denke, dass es auch bald freie Systeme geben wird. Zum Beispiel HMD-Spezifikationen, die beliebige Hersteller bauen können (wie Windows Mixed Reality, nur günstiger) und offene Umgebungen im Bereich der Social VR. Es wird ein Gegenpol zu den Monopolen entstehen. Diese Entwicklung konnten wir bereits bei anderen Technologien beobachten, also werden wir sie hier wahrscheinlich auch sehen.