Lernen in Mixed Realities

Im Rahmen dieses Projekts erhält der Teilnehmer die Gelegenheit wortwörtlich in die Welt der Moleküle einzutauchen. Molegram bietet eine Mixed Reality, die das Verständnis von molekularen Strukturen vertieft und erweitert. Als Erstes gibt die App die Möglichkeit, die Oberfläche eines holographischen Moleküls zu erzeugen. Zu verstehen, wo ein Molekül aufhört und sein Umfeld beginnt, ist in der Biologie von ebenso fundamentaler Bedeutung wie die Unterscheidung zwischen Fremd und Selbst. Molegram erlaubt es dem Nutzer verschiedene pharmazeutisch relevante Proteinstrukturen unterschiedlicher Grösse darzustellen und zu untersuchen. Die App bietet aber nicht nur die Möglichkeit ein Molekül als dreidimensionale Struktur darzustellen und es als Hologramm in den Raum zu projizieren, sondern ermöglicht zusätzlich, aktiv mit diesem holographischen Molekül zu interagieren. Wichtiger noch, die App berechnet nicht nur automatisch die molekulare Oberfläche mittels eines Clicks, sondern erlaubt es dem Nutzer die sogenannte «solvent- accessible» Oberfläche herzustellen, indem der Nutzer virtuell selbst zu einem Wassermolekül wird und sich als dieses über die molekulare Struktur hinwegbewegt.

Studierende des GIS und Geoinformatik-Labs entdecken die Möglichkeiten der Microsoft HoloLens, eines der fortschrittlichsten Mixed-Reality-Produkte.

Die Grundkenntnisse in Softwareentwicklung halfen ihnen dabei innerhalb eines Semesterkurses eine HoloLens-App für ortsbezogene Aufgaben aus der realen Welt zu entwerfen und entwickeln, welche «Gamification» - Überlegungen berücksichtigt. Lagebezogene und in Beziehung stehende physische Objekte werden dabei in interaktive und holographische Systeme umgewandelt. Folgende drei Projekte wurden von den Studierenden implementiert:

• Ein vernetztes räumliches System wie Versorgungsleitungen im Anlagenmanagement
• Eine geographische Anwendung wie die Modellierung in der Landschaftsplanung
• Eine raumkognitive Unterhaltungsanwendung wie das Brettspiel «Das verrückte Labyrinth»

Auf den Biodiversitätsexkursionen kartieren Studierende der Umweltwissenschaften die Verteilung einer Reihe von Arten, die zu einer Organismengruppe gehören. Sie bereiten sich mit einem Online-Tutorial vor, das aus einem Identifikationsschlüssel, Videomaterial und einem Abschlusstest besteht. Im Feld ist die Erstklassifizierung bestimmter Organismengruppen jedoch immer noch schwierig, da Größe, Aussehen und detaillierte Merkmale vom Bildmaterial in den Tutorials abweichen können. So müssen in der Regel Experten erste Hilfe leisten.

Bei Flechten mit ihrer sehr stabilen Lage an Bäumen kann die Hololens diese Funktion jedoch übernehmen. Unsere Holucator-App erkennt einzelne Bäume an ihrer Rindenstruktur und hebt Flechtenkolonien hervor, deren Position zuvor im Lehrmodus eingegeben wurde. Die Studierenden können dann interaktiv Artennamen in einer Multiple-Choice-Frage auswählen, Kolonien derselben Art markieren oder detaillierte Informationen über die fokussierten Flechtenarten abrufen, wie z.B. Skizzen von charakteristischen Strukturen. Die Hololens-Architektur erlaubt es sogar, gleichzeitig konventionelle Linsen zu verwenden. Auf dem Gelände des Bürkliplatzes stehen insgesamt 12 Bäume mit 8 verschiedenen Flechtenarten zur Verfügung, so dass mehrere Studierende gleichzeitig üben und dann mit der eigentlichen Artenkartierung beginnen können.

Die Holucator App wurde erstmals im März 2018 von insgesamt etwa 30 Studierenden genutzt. Die Faszination für das neue Medium stand eindeutig im Vordergrund des Feedbacks der Studenten, die tatsächlich gewonnenen Erkenntnisse haben wir demgegenüber nicht evaluiert. Dennoch konnten wir feststellen, dass die Zeit, welche für die individuelle Beobachtung der Flechten zur Verfügung stand im Vergleich zum Szenario mit Experteninstruktion deutlich länger war.

Die Holucator (Lichen-Edition) App, entwickelt in Zusammenarbeit mit der Firma afca, ist die erste Outdoor-Anwendung der HoloLens an der ETH. Sie kann für andere ähnliche Anwendungen angepasst werden. Die zu untersuchenden Objekte müssen dazu allerdings eine fixe Position haben und von einer ausreichende Anzahl von festen Objekten umgeben sein, so dass sich die Holo-Lens im Raum orientieren kann.