Jenseits der Monsterjagd – die zweite Realität

Das Monster-Spiel «Pokémon Go» war nur der spielerische Anfang: Forschende wie Richard Wetzel und Markus Zank von der Hochschule Luzern entwickeln neue Anwendungen für die Technologien Augmented und Virtual Reality, sei es in der Industrie, der Stadtplanung oder im Bereich Bildung.

Markus Zank (li.) und Richard Wetzel leiten das neue Forschungsteam «Immersive Realities».
Markus Zank (li.) und Richard Wetzel leiten das neue Forschungsteam «Immersive Realities».

Elektrischen Strom kann man nicht sehen – eigentlich. Aber Richard Wetzel schafft es, ihn mit nur einem Set Lego-artiger Bausteine und einer speziellen App sichtbar zu machen. Der Informatik-Dozent der Hochschule Luzern steckt dazu die Bausteine zu einem Stromkreis zusammen und scannt sie mit seinem Tablet. Auf dem Bildschirm erscheint der Stromfluss anschliessend als animierte Kette, die über den Steinen schwebt. Willkommen im Unterricht der Zukunft. Und in der Augmented Reality (AR).

AR erweitert reale Gegenstände und Umgebungen um digitale Informationen, die dem nackten Auge verborgen bleiben. Bekanntheit erlangte AR vor allem durch das Spiel «Pokémon Go». Spieler müssen per Smartphone digitale Monster einfangen, die sich in echten Parks oder Gebäuden verstecken. In der Forschung wird AR aber schon länger eingesetzt. Auch die Autoindustrie nutzt die Technologie: Neue Fahrzeugdesigns entstehen zuerst als AR-Versionen, die einfacher verändert werden können als physische Modelle. 

An der Hochschule Luzern untersucht die Forschungsgruppe «Immersive Realities» AR-Anwendungen. Co-Leiter Richard Wetzel sieht gerade im Bildungsbereich grosses Potenzial. «Mit AR sprechen wir mehrere Sinne an und vermitteln Wissen interaktiv», sagt er. «Das hilft, komplexe Phänomene wie elektrischen Strom besser zu verstehen.» Diesen Ansatz verfolgt Wetzel auch mit seinem Projekt «Stromkreise für Augmented Reality», das vom Bund unterstützt wird. Die dazugehörende App und die Bausteine sollen in der Physiklehrer-Ausbildung an der Pädagogischen Hochschule Luzern zum Einsatz kommen – und bei Schülerinnen und Schülern letztlich die Begeisterung für Naturwissenschaften fördern.

Stadtplanung auf dem «Holodeck»

Während AR die reale Welt um digitale Informationen erweitert, geht Virtual Reality (VR) den umgekehrten Weg. Mittels spezieller Brillen kann man hier in eine computergenerierte virtuelle Umgebung eintauchen. Ein Beispiel hierfür stellt das gemeinsame Projekt «Holodeck» der Forschungsgruppe «Immersive Realities» des Departements Soziale Arbeit und des Stadtplanungs-Think-Tanks «Laboratorium Luzern» dar. 

Ziel des Projektes ist es, die Bevölkerung stärker in städtebauliche Prozesse einzubinden und die Kommunikation zwischen ihr und den Behörden sowie der Wirtschaft zu fördern. Dazu soll in den kommenden Jahren eine virtuelle Umgebung – das Holodeck – entstehen. «Statt abstrakte Baupläne zu studieren, könnten Interessierte hier geplante Überbauungen mittels VR-Brillen fast wie in echt erkunden», sagt Co-Projektleiter Markus Zank. Seine Hoffnung: Je umfassender Anwohnerinnen und Anwohner informiert sind, desto besser können sie gerade bei umstrittenen Bauprojekten mitreden. Das Holodeck soll dereinst an verschiedene Quartiere oder Städte angepasst werden können.

Mit Augmented Reality lassen sich komplexe Sachverhalte – wie hier ein Stromkreislauf – visualisieren und interaktiv vermitteln.

Schwitzen beim virtuellen Fussball

«Damit sich VR echt anfühlt, müssen die Bewegungen des Nutzers in der virtuellen und der echten Welt übereinstimmen», erläutert Zank. Ist das nicht der Fall, kann das bei manchen Menschen zu einer Art Seekrankheit führen. Dieser Effekt verschwindet, wenn jeder Schritt, den man in der virtuellen Welt macht, einem in der echten entspricht. Nur: Wie stellt man sicher, dass es nicht zu blauen Flecken kommt, weil sich spazierende Holodeck-Nutzerinnen und -Nutzer versehentlich anrempeln?

Die Lösung heisst «Redirected Walking»: Der Computer registriert dabei, wo sich Personen im Raum befinden, und lotst sie subtil aneinander vorbei – etwa, indem er ihnen vorgaukelt, sich virtuell um 90 Grad zu drehen, während sie real nur eine 45-Grad-Drehung durchführen. 

Verbesserungspotenzial sieht Zank bei der Bedienung von VR. Unsere Interaktion mit Computern sei von Maus und Tastatur geprägt. «Für VR müssen wir uns stärker an der echten Welt orientieren. Statt wie bis anhin beim Speichern auf ein Diskettensymbol zu klicken, könnten wir zum Beispiel die Datei künftig in eine virtuelle Schublade einräumen», sagt er.

Der VR-Forscher ist überzeugt, dass sich die Art und Weise, wie wir digital kommunizieren und interagieren, von Grund auf verändern wird. Denn VR simuliere Körperlichkeit wie keine andere Technologie. «Dadurch wird sich die Wahrnehmung digitaler Kommunikation und Interaktion bald jener der realen Welt annähern.» Statt also beispielsweise am Computer zu sitzen, um gegen Freunde ein Fussball-Game zu spielen, würde man beim VR-Fussball real ins Schwitzen kommen.

Autor: Martin Zimmermann
Bilder: Raisa Durandi

Demonstration der AR-App des Teams «Immersive Realities» der Hochschule Luzern.

Virtuelle Realitäten erforschen

Die Forschungsgruppe «Immersive Realities» wurde im Frühjahr 2018 gegründet. Sie ist am Departement Informatik der Hochschule Luzern angesiedelt. Erforscht werden Anwendungen für Augmented und Virtual Reality in Bereichen wie Bildung, Gamedesign oder Medizintechnik. 

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