Optimierung und Evaluation einer Virtual Reality Software

SkillsLab 2.0


Bachelorarbeit, 2017
35 Seiten, Note: 2.3

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abkurzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Kapitel 1: Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Grundlage der Arbeit
1.3 Zielsetzung
1.4 Stand der Forschung
1.5 Aufbau des Hauptteils

Kapitel 2: Auswertung der 1. Nutzerstudie
2.1 Auswertung des Fragebogens
2.2 Auswertung der Interviews

Kapitel 3: Implementierungen an der Software
3.1 ZurOptik
3.2 Zur Usability
3.3 Zum Ton

Kapitel 4: Die 2. Nutzerstudie
4.1 Der Fragebogen
4.2 Auswahl der Zielgruppe
4.3 Ablauf der Studie
4.4 Die Ergebnisse der Studie

Kapitel 5: Konklusion und Ausblick
5.2 Konklusion
5.3 Ausblick in die Zukunft

Glossar.

Anhang

Literaturverzeichnis

Abkurzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Der Effekt des Trainingskurses auf die Psychomotorischen Fahigkeiten im Mist VR

Abb. 2: Aktionen und deren Bewertung

Abb. 3: Einsatz der GearVR und des LapVR Simulators in der Praxis

Abb. 4: SkillsLab Version 1, Zimmeransicht

Abb. 5: SkillsLab Version 2, Zimmeransicht

Abb. 6: Menuansichten derzwei Versionen

Abb. 7: Hinweistext zu Beginn des Trainings in Version 2

Abb. 8: Schema des UEQ

Abb. 9: Vergleich der Durchschnittswerte der zwei Versionen

Abb. 10: Hedonische und Pragmatische Qualitat beiderVersionen im Vergleich

Kapitel 1: Einleitung

1.1 Motivation

Unsere heutige Gesellschaft ist gepragt von standigen, neuen technischen Innovationen. Dazu zahlt auch die Virtual-Reality-Technik, welche immer groBere Bekanntheit erlangt und immer haufiger unter verschiedenen Bedingungen herangezogen wird. Im Jahr 2015 betrug die Anzahl der mobilen Virtual-Reality Nutzer weltweit zwei Millionen, die Prognose fur 2020 hingegen liegt bei 135 Millionen Nutzern (vgl. Statista[1], 2015). Neben der Unterhaltungsbranche lasst sich diese Tech- nik auch im Bereich der Ausbildung und unterschiedlicher Trainingsprogramme sinnvoll einsetzen. Studien haben gezeigt, dass sich ein positiver Effekt auf den Lernerfolg messen lasst, wenn sich der Lernende virtuell und immersiv in seiner jeweiligen Arbeitsumgebung befndet und mit dieser interagieren kann (vgl. Cyberpsychology & Behavior, 2004). Die heutige 3D-Technik ist in der Lage, verschiedenste Trainingsszenario darzustellen, sie kann aufwendige Lernszenarien kostengunstig ersetzen.1 Die Moglichkeiten sind schier unbegrenzt, das macht die Forschung zu diesem Thema notwendig und interessant zugleich.

1.2 Grundlage der Arbeit

In Kooperation mit Studenten von der Fachhochschule Bielefeld wurde eine Applikation fur die Samsung Gear VR-Brille entwickelt und programmiert. Ziel war es, eine Lernsimulation fur die Stu- dierenden des Studienganges Pflegewissenschaften zu erstellen, in der derAblauf einer Reanima­tion (s. Glossar) eines Patienten durchlaufen und gelehrt wird. Hierzu findet sich der Anwender in einem virtuellen Krankenhauszimmer wieder, in der verschiedene Gegenstande und Korperteile des Patienten anvisiert und aktiviert/benutzt werden konnen. Ist der Schritt korrekt in der Reihenfolge, kann die nachste Handlung folgen.2 Wenn alle notwendigen Schritte gemacht worden sind, ist der Patient gerettet und man erhalt eine Gesamtpunktzahl und eine Obersicht uber den jeweiligen Ver- lauf (Ablaufvideo ist im QR-Code auf S. 35 verlinkt).

Zusatzlich wurde eine Nutzerstudie gefuhrt, in der die Zufriedenheit und der Lerneffekt gemessen wurde. Der Fokus lag dabei auf der Nutzerfreundlichkeit der Software, der Glaubwurdigkeit und der personlichen Meinung gegenuber virtuellem Lernen. Weiter wurden Verbesserungsvorschlage in Interviews mit den Probanden gesammelt. Der derzeitige Stand der Software und die Ergebnisse aus der gefuhrten Studie werden als Grundlage verwendet. Weitere Studien zu diesem Gebiet wer­den betrachtet und deren Erkenntnisse fur ein uberarbeitetes Konzept herangezogen.

1.3 Zielsetzung

In dieser Arbeit soil die ausgehende Software unter verschiedenen Aspekten in Hinblick auf die Lernmotivation der Lernenden optimiert werden. Die bestehende Applikation soil ansprechender gestaltet und hinsichtlich ihrer Nutzbarkeit verbessert werden. Eine eigens gefuhrte Studie soll kla- ren, ob eine gesteigerte Immersion in einer hoheren Lernmotivation resultiert, und welche Schlusse fur weitere Projekte dieserArt gezogen werden konnen.

Abschliessend wird bewertet, ob die Software erfolgreich optimiert werden konnte und inwieweit sich die Virtual-Reality-Technik von herkommlichen Lernmethoden unterscheidet. Vorteile zuguns- ten dieser werden ausgearbeitet und vorgestellt, ein Ausblick in die Zukunft des Lernens wird ab­schliessend gegeben.

1.4 Stand der Forschung

Die Studie ,,The Effect of Degree of Immersion upon Learning Performance in Virtual Reality Si­mulations for Medical Education" (vgl. Gutierrez, Fatima et al., 2007) untersuchte den Effekt der Immersion auf den Lernerfolg in einer medizinischen Simulation.3 Dazu wurden zwei Testgruppen erstellt: eine Gruppe steuerte die Simulation uber einen Head-Mounted Display (,,fully-immersed Group"), die andere uber einen Computerbildschirm (,,partially-immersed Group"). Anhand eines Fragebogens, welchen jede Gruppe vor und nach dem VR-Training in der Simulation beantworten sollte, wurde der jeweilige Lernerfolg erhoben. Anhand eines von Experten erstellten optimalen Durchlaufes wurde die Leistung der Probanden im Between-Subject-Design ermittelt und vergli- chen. Es stellte sich heraus, das die Fully-Immersed-Gruppe im Durchschnitt eine steilere Lernkur- ve aufweisen konnte als die Partially-Immersed-Gruppe. Insgesamt profitierten beide Gruppen von dem VR-Training, jedoch wurden mit dem Fully-Immersed System hohere Erfolge gemessen.

N. Taffinder et al. beschaftigten sich mit dem Vergleich und der Bewertung von psychomotorischen Fahigkeiten im Bereich der Laparoskopischen Chirurgie (s. Glossar), mithilfe des MIST VR-Simu- lators und eines dafur entwickelten Trainingskurses (vgl. Taffinder, N. et al., 1998).4 Die Probanden wurden anhand ihrer Erfahrung in zwei Gruppen aufgeteilt, in Erfahrene und Auszubildende. Zu- satzlich wurde eine Kontrollgruppe erstellt, die aus Nicht-Chirurgen bestand. Verglichen wurde der Fortschritt der einzelnen Gruppen nach mehreren unterschiedlichen Trainingseinheiten. Wichtige Versuchsvariablen waren die Effizienz der Bewegungen, Anzahl der Teilbewegungen, Fehleran- zahl und benotigte Zeit. Die Untersuchungen ergaben, dass erfahrene Probanden in Bezug auf die Effizienz der Losung der Aufgaben, der Anzahl der Teilbewegungen und der benotigten Zeit eher von dem virtuellen Trainingskurs profitierten als die auszubildenden Probanden. Weiter konnte die individuelle Leistung bei der Bewaltigung des Trainingskurses genau erfasst und analysiert werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.1: Der Effekt des Trainingskurses auf die Psychomotorischen Fahigkeiten bewertet nach einer einfachen Mist VR-Aufgabe

Die Studie liefert einen Hinweis auf den Effekt der Immersion auf das Lernen. Probanden, die be- reits Erfahrung in der laparoskopischen Chirurgie hatten, konnten sich schneller in das System einfinden und absolvierten den Trainingskurs schneller und effizienter. Gleichzeitig erlaubt die tech- nische Analyse einen umfassenden Einblick in die individuellen Lernerfolge.5 So kann ein einheitli- ches Bewertungssystem fur die Nutzer geschaffen werden, wo gezielt individuelle Schwachen ge- funden und trainiert werden konnen. Dies bestatigt das Potenzial von virtuellen Lernumgebungen im Hinblick auf eine kontinuierliche Leistungserfassung und -verbesserung der Nutzer und deren Performance.

Fabrizia Mantovani hat das Potenzial und die Herausforderungen von dreidimensionalen Umge- bungen im Bereich der Bildung untersucht und zusammengefasst. So konnen virtuelle Umgebun- gen das aktive Lernen und Entdecken des Nutzers unterstutzen, indem sie ihm erlauben, mit der Virtuellen Welt zu interagieren und diese zu verandern. Dafur ist eine enge Kooperation zwischen Programmierern, Medizinern und Erziehern, sowie den Lernenden selbst im Entwicklungsprozess vonnoten.6 Mithilfe eines iterativen Designprozesses soll sichergestellt werden, dass virtuelle Um- gebungen fortlaufend, im Hinblick auf den Lernerfolg, das voile Potenzial derTechnik ausschopfen konnen.

Ein Vorteil stellt das konstruktive Lernen in 3D-Umgebungen dar. Speziell in der Virtuellen Realitat kann der Lernende, wie im realen Leben auch, aus der Ego-Perspektive mit seiner Umwelt intera- gieren. So macht er eigene Erfahrungen, anstatt sie aus einem Lehrbuch zu kopieren (vgl. Towards Cyberpsychologie, 1998).

1.5 Aufbau des Hauptteils

Die Erkenntnisse des aktuellen Forschungsstandes werden zusammengefasst und fur die Simulati­on aufbereitet. Die gefuhrte Nutzerstudie wird ausgewertet und ein uberarbeitetes Konzept vorge- stellt. Notwendige Anderungen an der Software werden zusammengefasst und implementiert. Um den Lerneffekt der uberarbeiteten Simulation zu messen wird eine zweite Nutzerstudie methodisch erstellt und durchgefuhrt. Es ist zu empfehlen, sich uber den auf Seite 35 befindlichen QR-Code ein Vorschauvideo der bereits erstellten Version des SkillsLabs anzuschauen, bevor mit dem Hauptteil fortgefahren wird.

Kapitel 2: Auswertung der ersten Nutzerstudie

Die Studien haben gezeigt, dass die Immersion ein essentieller Bestandteil und Vorteil heutiger VR-Systeme darstellt. Sie kann unter den richtigen Bedingungen den Lerneffekt und die Motivation in Virtual-Reality-Simulationen erheblich verstarken. Doch bevor wir wichtige Bestandteile der Im­mersion betrachten, werten wir die erste Nutzerstudie aus, die bereits gefuhrt wurde.

2.1 Auswertung des Fragebogens

In der Nutzerstudie ging es hauptsachlich um die Bedienbarkeit, die Nutzerfreundlichkeit, die Nutz- barkeit auch fur erfahrene Nutzer, die Bewertung der Darstellung und um die Wiederverwendbar- keit. Mithilfe einer Likert Skala bestehend aus 4 Werten von ,,Trifft voll zu“ bis ,,Trifft nicht zu“ wur- den die Daten erhoben, insgesamt haben 14 Probanden (Studierende der Pflegewissenschaften) teilgenommen. Im Schnitt erzielte die Software gute bis sehr gute Ergebnisse.7 Dies fuhrt zu einer notwendigen Sensibilisierung fur die Problemfindung. Im Folgenden werden bestimmte Fragen aus der Studie analysiert und mit den gefuhrten Interviews und deren Erkenntnissen in Beziehung gesetzt. Es wird kurz auf die bisherigen relevanten Implementierungen eingegangen, um Ergebnis­se aus den Fragen zu erklaren. In den folgenden Tabellen sind die Anzahlen der entsprechenden Antworten zu entnehmen.

Beginnend die Fragen, die vorwiegend positives Feedback erhalten haben:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 1: Fragen mit uberdurchschnittlichen Antworten

Die Simulation wird lediglich durch Schwenken des Kopfes und Drucken des seitlich an der Ge- arVR befndlichen Touchpad-Buttons gesteuert. Wahrend des Trainings werden Objekte anvisiert, mithilfe des Buttons ausgewahlt und anschliessend durch Wahlen eines der moglichen Aktionen aktiviert. Zwar mussten die Probanden kurz in die Steuerung von den Versuchsleitern eingewiesen werden, doch die Einfachheit bestatigt sich im Fragebogen durch positives Feedback seitens der Probanden.

Die MaBnahmen der Simulation sind nach Ansicht der Probanden vorwiegend verstandlich be- schrieben. Aktionen sind kurz und pragnant benannt, die Eindeutigkeit bezuglich der Objekte und deren Funktionen helfen dem Nutzer wahrend des Trainingsablaufes den Uberblick zu behalten. Weiter wird deutlich, ob eine Aktion korrekt ausgefuhrt wurde oder nicht. Falls eine Aktion nicht dem korrekten Verlaufsplan entspricht, erscheint ein entsprechender Hinweis. Durch farbliche Mar- kierung der Hinweistexte wird hervorgehoben, ob eine Aktion richtig (grun), falsch (rot), oder ganz- lich unwichtig fur das gesamte Vorhaben (lila) ist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: links korrekte Aktion, Mitte falsche Aktion, rechts fur das Szenario unbrauchbare Aktion

Der uberwiegende Teil der Probanden war der Meinung, dass es verschiedene Auswahlmoglichkei- ten der Durchfuhrung gibt. Wahrend der Entwicklung wurde diskutiert, an welcher Stelle der Nutzer Freiheiten bezuglich der Wahl seiner Aktionen haben soll. Die jeweiligen Entscheidungsweichen sind in einer Flowchart (s. Anhang) festgehalten. Wahrend die ersten sechs Schritte keine Entschei- dungsmoglichkeiten erlauben, sind die nachsten vier Schritte in ihrer Reihenfolge variabel. Die Aktion „Handschuhe anziehen“ ist dabei optional und wahrend des gesamten Trainings moglich. Folgende Fragen haben unterdurchschnittliche Antworten erhalten:8

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 2: Fragen mit unterdurchschnittlichen Antworten

Sie geben alle einen Hinweis auf Schwachen hinsichtlich der Usability der Software, dies ist unter anderem auf eine mangelnde Hilfestellung seitens des Programms zuruckzufuhren. Die Steuerung wurde wie bereits erwahnt zu Beginn der Studie von den Versuchsleitern erklart, die Simulation beginnt ohne jegliche Hinweise oder Instruktionen (siehe Anhang, QR-Code 1, S.35). Aus einem der gefuhrten Interviews geht hervor, dass Hilfen oder Erklarungen in bestimmten Spielsituationen wunschenswert sind. Weiter wird das bestandige Aktionsmenu an der Wand als storend empfun- den, da man nach Anwahlen eines Aktionsobjektes umstandlich den Kopf schwenken muss, um die dargestellten Aktionen gedanklich mit den entsprechenden Objekten zu verknupfen („Und dann nicht erst Reawagen, Kopf drehen, gucken, ok welche Auswahlmoglichkeiten hab ich“, vgl. Anhang S. 32). Dies entspricht nicht dem naturlichen Bewegungsablauf, ein Defizit in der Immersion ist zu vermerken. Spater wird seitens des Probanden ein Verbesserungsvorschlag geaussert: ,,Genau, oder ein Display, dass wenn ich irgendwas anklicke das direkt da druber ist“.

Die Antworten der Frage ,,Die Simulation eignet sich sowohl fur in Reanimationssituationen uner- fahrene als auch erfahrene Nutzer“ bestatigt dieses Problem insofern, dass die Menufuhrung in Be- zug auf einer realistischen Interaktion mit der medizinischen Umgebung im Wege steht. So mussen erfahrene Nutzer ihren gelernten Handlungsablauf auf die in der Simulation gestellten Moglichkei- ten und Aktionen anpassen oder gar reduzieren. Um einen optimalen Immersionsgrad zu erzielen, musste ganzlich auf Menus verzichtet werden. Damit Aktionen in diesem Falle korrekt ausgefuhrt werden konnen, brauchte man wiederum hoher-Immersive Systeme, die z.B. das Greifen und Ma- nipulieren von virtuellen Objekten ermoglichen.

Das Ziel war, unerfahrenen Auszubildenden eine Moglichkeit zu bieten, auch ohne aufwendig ins- tallierte Trainingsszenarien, den standardisierten Ablauf einer Reanimation zu erlernen.9 Um jedoch die Einsatzmoglichkeiten der Software in Zukunft moglichst umfangreich zu gestalten, empfehlt es sich, auch erfahrene Nutzer als Zielgruppe zu berucksichtigen. Dies vermerken wir uns fur die spater neu gefuhrte Studie.

Folgende Frage wurde ebenfalls recht positiv bewertet, da diese aber nicht direkt auf die Usability der Software abzielt, soll sie gesondert betrachtet werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tab. 2: Frage zur Nutzung der Simulation

Aktuell sind umfangreiche virtuelle Simulatoren kostspielig. Head-Mounted Displays sind mittler- weile im Massenmarkt angekommen und die Verkaufszahlen steigen stetig (vgl. Statista2, 2017). Die immer groBere Beachtung, speziell in der Spieleindustrie, fuhrt zu einer konsequenten Weiter- entwicklung der Technologie. Der Wettbewerb mit konkurrierenden Herstellern, wie zum Beispiel der Oculus Rift, sorgt fur verschiedene Produkte in unterschiedlichen Preisklassen. So kostet die aktuelle Version der Samsung Gear VR rund 130 Euro, wahrend die Oculus Rift fur circa 590 Euro zu haben ist.10 Hoher immersive Systeme lassen den Nutzer noch tiefer ins Geschehen eintau- chen, doch liegt der Preis oftmals bei mehreren Tausend Euro. Aus der Nutzerstudie geht hervor, dass insgesamt 12 von 14 Probanden zu einer zukunftigen Nutzung der Simulation tendieren, falls diese kostenlos zur Verfugung stehe. Daraus lasst sich schliessen, dass die erforderliche Technik im Allgemeinen fur den durchschnittlichen Nutzer im privaten Gebrauch preislich unattraktiv ist. Denkbar ist hingegen die Nutzung oder der Verleih der entsprechenden Gerate in Bildungseinrich- tungen. Durch ihre Mobilitat sind sie flexibel und standortunabhangig einsetzbar, sie haben aber auch Nachteile gegenuber stationaren, hoher-immersiven Simulatoren. So ist der sog. Degree of Freedom weniger umfangreich. Dieser gibt an, mit wie vielen Parametern ich das System als Nut­zer beeinfussen kann. Wie im Abschnitt oben bereits erwahnt, ist die Verwendung eines jeglichen Textmenus streng genommen nicht immersiv. Da der Fokus der Simulation auf dem Erlernen des grundlegenden theoretischen Ablaufes einer Reanimation liegt, wurde auf hoher-immersive Sys­teme verzichtet. Einher geht also ein Kompromiss aus der Flexibilitat der Technik und dem zu er- reichenden Immersionsgrad.11 In Abb. 3 sieht man gleichzeitig Vor- und Nachteil beiderVarianten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: links die Verwendung der GearVR auf Events, rechts der stationare CAE LapVR Simulator

2.2 Auswertung der Interviews

Zusatzlich zu dem Fragebogen wurden Interviews mit den Probanden gefuhrt, die weitere Schwa- chen der Simulation aufdecken sollten. Die Vorschlage sind geordnet in der unten stehenden Liste aufgefuhrt. Die vollstandigen Interviews sind dem Anhang S.x-x zu entnehmen.

[...]


1: Je nach Anwendungsfall und verwendeter Technik.

2: Fur genauere Informationen siehe Anhang: Flowchart, S. 28

3: Szenario war eine Erste-Hilfe-Situation nach einem Autounfall

4: Der Virtual-Reality-Simulator ist fur die Laparoskopie optimiert und sammelt Daten uber die Leistung des Nutzers. Diese werden als Parameter in der Studie verwendet.

5: Die Daten werden von dem Mist VR Simulator gesammelt und ausgewertet.

6: Bezogen auf die Entwiclung einer medizinischen SImulation

7: Hierfur wurden die Durchschnitte verglichen. Hier liegt der Durchschnitt der Antworten zwischen 3 und 4, hierbei bedeutet 3 „Trifft eherzu“ bzw. die zweitbeste Antwort, 4 „Trifft vollzu“ bzw. die beste Antwort

8: Hier liegt der Durchschnitt der Antworten zwischen 1 und 2, hierbei bedeutet 2 „Trifft eher nicht zu“bzw.die zweitschlechteste Antwort, 1 „Trifft nicht zu"bzw.die schlechteste Antwort

9: Mit„aufwendig installierte Trainingsszenarien“ sind stationare und teure Simulatoren gemeint. Hierbei wird davon ausgegangen, dass sich der Ablauf einer Reanimation auch mit weniger immersiven Systemen ausreichend lehren lasst.

10: Preise sind gerundet. Stand: 20.9.2017.

11: Mit ,,Flexibilitat der Technik“ ist der mobile Einsatz des Systems gemeint.

Ende der Leseprobe aus 35 Seiten

Details

Titel
Optimierung und Evaluation einer Virtual Reality Software
Untertitel
SkillsLab 2.0
Hochschule
Universität Bielefeld
Note
2.3
Autor
Jahr
2017
Seiten
35
Katalognummer
V428682
ISBN (eBook)
9783668725331
ISBN (Buch)
9783668725348
Dateigröße
2610 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
optimierung, evaluation, virtual, reality, software, skillslab
Arbeit zitieren
Philipp Niewöhner (Autor), 2017, Optimierung und Evaluation einer Virtual Reality Software, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/428682

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