Die virtuelle Realität (VR) verändert die Arbeits- und Forschungswelt von Grund auf. Da sie beispiellose Möglichkeiten zur Leistungssteigerung des Einzelnen bietet, haben sowohl die Industrie als auch die Wissenschaft begonnen zu untersuchen, wie diese Technologie die Ausbildungslandschaft in einer Vielzahl von Bereichen prägen kann.

Wir knüpfen an unseren vorherigen Beitrag zum Thema Training in VR an und werden im Folgenden weitere Beispiele dafür vorstellen, wie Menschen in neuen, immersiven digitalen Umgebungen besser lernen können.

Militärische Ausbildung mittels virtueller Realität

Eine der größten Branchen, die daran interessiert ist, VR für Schulungszwecke einzusetzen, ist das Militär. Dies hat natürlich einen klaren Vorteil: Die Grundausbildung von Soldaten für den Kampfeinsatz kann mit einem gewissen Maß an Realismus erfolgen, ohne dass sie sich in einer gefährlichen Umgebung befinden müssen.

Im Rahmen einer Zusammenarbeit mehrerer italienischer Institute wurden die potenziellen Vorteile des Einsatzes von VR für das Stressmanagement im militärischen Kontext untersucht [1]. Die Forscher werteten 14 Studien aus, in denen VR für Stressmanagement-Trainings eingesetzt worden war, und kamen schließlich zu dem Schluss, „dass Virtual Reality interaktive Stressmanagement-Trainings ermöglichen kann, um das empfundene Stressniveau und negative Emotionen bei Militärangehörigen zu senken“.

Die Übersichtsarbeit untersuchte Studien, die eine Vielzahl von Umgebungen abdeckten, von einer virtuellen Insel, die zu Atemübungen anregte, über beruhigende Umgebungen bis hin zu einer virtuellen Joggingstrecke, die zur Entspannung diente. Alle Studien kamen zu dem Ergebnis, dass die Teilnehmer ihr Stressniveau besser regulieren und wahrnehmen konnten, was darauf hindeutet, dass der Einsatz dieser Umgebungen auch über militärische Kontexte hinaus Anwendung finden könnte.

Neben der Steuerung und dem Erleben von Emotionen umfassen militärische VR-Anwendungen auch Kampftraining, medizinische Ausbildung und Fahrzeugsimulationen (letztere haben wir bereits in einem früheren Blogbeitrag behandelt).

Forscher der University of Nebraska, von Adaptive Cognitive Systems, der University of Central Florida und der Penn State University untersuchten, wie VR beim Erlernen und Beibehalten von Fähigkeiten im Kampfeinsatz helfen könnte [2].

Wie die Autoren feststellen, besteht die „Notwendigkeit, jährlich 100.000 Angehörige des militärischen Gesundheitswesens auszubilden“ – jede Technologie, die dazu beitragen kann, den Arbeitsaufwand für die Durchführung solcher Schulungen zu verringern und dabei dennoch zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen, könnte erhebliche Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit der militärischen Ausbildung haben.

Die Forscher konzentrieren sich auf den Erhalt und den Wiederaufbau der chirurgischen Fähigkeiten von Sanitätern im Kampfeinsatz. Indem sie den Teilnehmern motorische Aufgaben in einer virtuellen Umgebung vorstellten (bzw. erneut vorstellten), konnten die Forscher testen, wie die Leistung der Sanitäter im Vergleich zu denjenigen ausfiel, die kein solches Training absolviert hatten. Im Rahmen der Studie wurde bei den Teilnehmern während ihres Aufenthalts in der VR-Umgebung zudem die Muskelaktivität mittels EMG gemessen.

Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass das VR-Training „die medizinischen Fähigkeiten des militärischen medizinischen Personals messen, Fehler minimieren, die Ausbildung planen und möglicherweise die Dauer und die Kosten der militärischen medizinischen Ausbildung steuern könnte“.

Die kombinierte Auswertung von EMG-Signalen ermöglichte es den Autoren zudem festzustellen, dass die Studie „bestätigt, dass die für die Aufgabe erforderliche Muskelaktivierung abnahm und sich somit die prozeduralen Aspekte der Aufgabe vereinfachten“. Dies unterstreicht die Vorteile eines multimodalen Ansatzes bei der Erforschung der potenziellen Vorzüge von VR-Training.

Im Zusammenhang mit dem direkten Kampfeinsatz haben Forscher auch die Möglichkeit untersucht, VR für das Schießtraining unter realen Bedingungen einzusetzen [3]. Mithilfe von „unsichtbarer Infrarot-Lasertechnologie, Gewehren im Maßstab 1:1 mit Rückstoß-Effekten sowie interaktiver 3D-Virtual-Reality“ wurde die Möglichkeit geprüft, eine kostengünstige Lösung für die militärische Ausbildung zu entwickeln.

Die Studie ergab, dass „die Lernergebnisse, die Lernmotivation und die Abschlussleistung bei Einsatz des innovativen interaktiven 3D-Simulationssystems besser waren als bei herkömmlichen Schießübungen mit scharfer Munition“. Dies deutet darauf hin, dass ein kosteneffizienter und skalierbarer Ansatz unter Einsatz von VR der Weg in die Zukunft sein könnte, um Ausbildung und Leistung im militärischen Kontext zu verbessern.

Mitarbeiterschulungen mit Virtual-Reality-Technologie

In der Arbeitswelt, jedoch außerhalb des militärischen Umfelds, wird VR zunehmend eingesetzt, um skalierbare Schulungen für große Unternehmen sowie für Organisationen anzubieten, die ihre Mitarbeiter für die Arbeit in potenziell gefährlichen Umgebungen ausbilden müssen.

Beispiele für die Ausbildung am Arbeitsplatz finden sich in einer Vielzahl von Bereichen (über die in Teil 1 dieser Beitragsreihe erwähnte chirurgische Ausbildung hinaus), vom Bauwesen [4] über das Schweißen [5] bis hin zur Flugzeugwartung [6] und sogar im Bergbau [7, 8].

Ein Beispiel für diese Skalierbarkeit bei der Schulung mit VR stammt aus der Fertigungsindustrie, in der Mitarbeiter häufig aufeinanderfolgende Aufgaben schnell und mit hoher Präzision erledigen müssen. Zudem können Verzögerungen oder ungenaues Arbeiten zu einem Stillstand der Produktionskette führen, weshalb ein hohes Leistungsniveau für einen effizienten Produktionsablauf von entscheidender Bedeutung ist.

Forscher der Nationalen Technischen Universität Athen untersuchten den Einsatz von VR-Schulungen in der Produktion von Werkstoffen für die Luft- und Raumfahrt [9]. Die Schulung von Mitarbeitern, die in Zusammenarbeit mit Robotern Verbundwerkstoffteile für die Luft- und Raumfahrt fertigen, wurde in VR durchgeführt, um sowohl die Funktionsweise als auch die Leistungsfähigkeit der virtuellen Umgebung zu testen und letztlich zu prüfen, ob die Schulung in der Praxis Anwendung finden könnte.

Die Forscher untersuchten, wie sich die Teilnehmer bei der Trainingsaufgabe fühlten und welche Leistungen sie erbrachten. Dabei stellten sie fest, dass die Realitätsnähe der Umgebung erhalten blieb (das heißt, die Teilnehmer fühlten sich größtenteils in die Aufgabe vertieft) und dass die Teilnehmer von einer gesteigerten Motivation zur Ausführung der Aufgaben berichteten. Die Forscher erklären dazu: „Insgesamt sind die Testergebnisse positiv und lassen auf gute Aussichten für den Einsatz solcher Anwendungen bei der Simulation der Mensch-Roboter-Zusammenarbeit oder bei Akzeptanztests schließen.“

Ob die Ergebnisse dieser Studie allgemeiner auf das Training in der virtuellen Realität übertragbar sind, muss sich noch zeigen; andere Studien berichten jedoch ebenfalls von positiven Ergebnissen [4, 5, 6, 7]. Die Aussagekraft der Ergebnisse könnte durch die Verwendung quantitativer Daten weiter untermauert werden, beispielsweise durch die Erfassung der Blickposition mittels Eye-Tracking zur Überwachung der Aufmerksamkeit in der virtuellen Umgebung im Vergleich zur Aufmerksamkeit in der realen Welt oder durch die Messung der elektrodermalen Aktivität (EDA/GSR) zur Überwachung des physiologischen Erregungsniveaus in normalen und virtuellen Umgebungen, um Unterschiede zu untersuchen, die mit dem Gefühl der Immersion in Zusammenhang stehen können.

Ein besonderer Vorteil virtueller Umgebungen besteht darin, dass Personen in Situationen versetzt werden können, die in der realen Welt gefährlich wären. Ein Beispiel für ein solches Szenario sind Stromleitungstechniker – Personen, die mit Stromleitungen arbeiten und diese warten müssen. Fehler beim Umgang mit solchen Stromleitungen könnten sich letztendlich als tödlich erweisen, weshalb es besonders wichtig ist, die Sicherheit durch Schulungen zu erhöhen. Forscher haben virtuelle Lernumgebungen eingesetzt, um die Wirksamkeit solcher Schulungen zu testen [10, 11].

Insbesondere eine Studie kam zu dem Ergebnis, dass das System „ein kosteneffizientes Instrument zur Vermittlung von Fähigkeiten und Wissen an neue Mitarbeiter ist und gleichzeitig den Zeit- und Kostenaufwand für deren Schulung reduziert“ [10]. Beide Erkenntnisse untermauern die Vorteile des Einsatzes dieses Instruments zur Verbesserung (und Kostensenkung) von Schulungen in der virtuellen Realität.

Die Forschung (wie auch viele andere Beispiele, die zuvor in diesen Beiträgen erwähnt wurden) könnte von der Nutzung von Biosensoren profitieren, um mehr Daten über den Lernprozess zu erfassen. Die Möglichkeit, Daten beispielsweise über den Grad der physiologischen Erregung oder die kognitive Belastung einer Person zu sammeln, könnte Hinweise auf Momente liefern, in denen Unfälle wahrscheinlicher sind. Daten dieser Art können dazu beitragen, die beim Lernen ablaufenden Prozesse besser zu verstehen und die Ausbildung weiterzuentwickeln.

Fazit

VR lässt sich eindeutig in einer Vielzahl von Kontexten einsetzen, um die Leistung von Personen in Bereichen zu trainieren und zu verbessern, die im realen Leben vorkommen. Sie bietet eine kostengünstigere und potenziell motivierendere Plattform (beispielsweise durch die Gamifizierung der Arbeit).

Darüber hinaus – und das ist vielleicht der wichtigste Punkt – lassen sich detaillierte Informationen über die Handlungen einer Person in der VR erfassen. Dies trägt nicht nur zu einem besseren Verständnis dessen bei, was gelernt wird, sondern auch dessen, wie es gelernt wird. Zu wissen, wann was betrachtet wird oder wie sich die physiologische Erregung eines Teilnehmers im Laufe des Trainings verändert, kann die Grundlage dafür bilden, zu verstehen, was in den jeweiligen Umgebungen funktioniert und was nicht. Diese Informationen können zudem dazu genutzt werden, die Trainingsprogramme selbst zu optimieren.

Letztendlich bietet der Einsatz von VR für Schulungen und Leistungssteigerung eine enorme Bandbreite an Möglichkeiten. Das Potenzial wird lediglich durch die Gegebenheiten der realen Welt begrenzt.

Literaturverzeichnis

[1] Pallavicini, F., Argenton, L., Toniazzi, N., Aceti, L. & Mantovani, F. (2016). Virtual-Reality-Anwendungen für das Stressmanagement-Training beim Militär. Aerospace Medicine and Human Performance, 87(12), 1021–1030. doi:10.3357/amhp.4596.2016

[2] Siu, K., Best, B. J., Kim, J. W., Oleynikov, D. & Ritter, F. E. (2016). Adaptives Virtual-Reality-Training zur Optimierung des Erwerbs und der Beibehaltung militärmedizinischer Fähigkeiten. Military Medicine, 181(5S), 214–220. doi:10.7205/milmed-d-15-00164

[3] Bhagat, K. K., Liou, W. & Chang, C. (2016). Ein kostengünstiges interaktives 3D-Virtual-Reality-System für die militärische Schießausbildung. Virtual Reality, 20(2), 127–140. doi:10.1007/s10055-016-0284-x

[4] Sacks, R., Perlman, A. & Barak, R. (2013). Sicherheitsschulungen im Bauwesen unter Einsatz immersiver virtueller Realität. Construction Management and Economics, 31(9), 1005–1017. doi:10.1080/01446193.2013.828844

[5] Kobayashi, K., Ishigame, S. & Kato, H. (2003). Skill Training System of Manual Arc Welding. Entertainment Computing IFIP Advances in Information and Communication Technology, 389–396. doi:10.1007/978-0-387-35660-0_47

[6] Christian, J., Krieger, H., Holzinger, A. & Behringer, R. (o. J.). Virtual- und Mixed-Reality-Schnittstellen für E-Training: Anwendungsbeispiele in der Wartung von Leichtflugzeugen. Lecture Notes in Computer Science: Universal Access in Human-Computer Interaction. Applications and Services, 520–529. doi:10.1007/978-3-540-73283-9_58

[7] Grabowski, A., & Jankowski, J. (2015). Virtual-Reality-basierte Fahrerausbildung für Bergleute im Untertagebau. Safety Science, 72, 310–314. doi:10.1016/j.ssci.2014.09.017

[8] Filigenzi, M. T., Orr, T. J. & Ruff, T. M. (2000). Virtual Reality für die Sicherheitsschulung im Bergbau. Applied Occupational and Environmental Hygiene, 15(6), 465–469. doi:10.1080/104732200301232

[9] Matsas, E., & Vosniakos, G. (2015). Entwurf eines Virtual-Reality-Trainingssystems für die Mensch-Roboter-Zusammenarbeit bei Fertigungsaufgaben. International Journal on Interactive Design and Manufacturing (IJIDeM), 11(2), 139–153. doi:10.1007/s12008-015-0259-2

[10] García, A. A., Bobadilla, I. G., Figueroa, G. A., Ramírez, M. P. & Román, J. M. (2016). Virtual-Reality-Schulungssystem für die Wartung und den Betrieb von Hochspannungs-Freileitungen. Virtual Reality, 20(1), 27–40. doi:10.1007/s10055-015-0280-6

[11] Park, C., Jang, G. & Chai, Y. (2006). Entwicklung eines Virtual-Reality-Trainingssystems für Hochspannungsmonteure. International Journal of Human-Computer Interaction, 20(3), 285–303. doi:10.1207/s15327590ijhc2003_7