Lecture Notes in Informatics

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Die „GI-Edition: Lecture Notes in Informatics" (LNI) ist eine eigene Veröffentlichungsreihe der GI mit den Strängen: Proceedings, Dissertations, Seminars und Thematics. Alle in den LNI herausgegebenen Bände werden von GI-Gliederungen unterstützt und verantwortet.

Information und Ansprechpartner zur Reihe finden sich auf den Webseiten der GI unter https://gi.de/service/publikationen/lni

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Schroeder, Ulrik

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Integrating the Technologies of Image Processing and Virtual Reality for the Digital Preservation of Disappeared Archaeological Sites
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Al-Ameen, Zohair; Mahmood, Basim; Al-Sarraf, Abdullah; Alchalabi, Oday; Klein, Maike; Krupka, Daniel; Winter, Cornelia; Gergeleit, Martin; Martin, Ludger
Tangible historical and cultural assets refer to physical artifacts that can be touched and intergenerationally transferred. This kind of asset is considered the past that the next generations should memorize. One of the issues that archaeologists frequently face is the methods used in digitally restoring disappeared archaeological assets. This is due to their low quality, noisy texture, or uncolored images. On the other hand, the advent of new technologies such as digital image processing (DIP) and virtual reality (VR) makes it palatable to digitalize and sustain tangible historical assets. These technologies are recognized as efficient tools insofar as they can contribute to preserving the heritage of civilizations. Hence, this study suggests an approach that integrates DIP and VR techniques to restore historical assets that have disappeared from low-quality images. The findings show that the proposed methodology is successful in restoring archaeological sites or objects, as demonstrated by the results obtained.
Mobile Applikation zur Selbsttherapieunterstützung chronisch Erkrankter mittels Bewegungsmotivation
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Przewloka, Martin; Abuhaltam, Nassim; Markus Böhm, Jürgen Wunderlich
Wenngleich eine allgemeine Definition des Begriffs Krankheit nicht gelingt, so ist vielen Krankheitsbildern gemeinsam, dass Betroffene objektiv Einschränkungen hinsichtlich ihres Wohlbefindens wahrnehmen und Bereitschaft zeigen, diesen entgegen zu wirken. Nicht nur bei zivilisationsbedingten Erkrankungen, sondern im Zusammenhang mit einer Großzahl chronischer Erkrankungen, werden Bewegung und Sport sowohl zur Prophylaxe wie auch als wesentliche Therapieunterstützung angesehen. Dies betrifft bspw. Herz-Kreislauferkrankungen, Diabetes, Osteoporose sowie neurologische Erkrankungen, zu denen Parkinson als zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung zählt. In Deutschland sind ca. 200.000 Menschen von Parkinson betroffen, verbunden mit einer deutlichen, maßgeblich demografisch verursachten jährlichen Steigerung. Bewegungstherapuetischen Maßnahmen, wie sie häufig verordnet werden, steht der Mensch entgegen: Trägheit, Verzweiflung, Resignation, offensichtliche Ausweglosigkeit sind nur einige Motive, die dazu führen, dass nach einem initalen Aufbruch das eigenständige Festhalten an regelmäßiger Bewegung ausbleibt und damit unweigerlich die Spirale der gefühlten und nachweisbaren Verschlechterung des Gesundheitszustands in Gang gebracht wird. Die hier vorgestellte Anwendung ist für das Zielkrankheitsbild Parkinson entwickelt. Den Erkrankten werden kontinuierlich Motivationsimpulse, sich zu bewegen, mittels kurzweiliger Videosequenzen gegeben. Die Videos wurden von dem selbst an Parkinson erkranktem Schauspieler und Komiker Markus Maria Profitlich und der Diplomsportlehrerin sowie Gymnastik- und Tanzpädagogin Ingrid Profitlich in Szene gesetzt. Erweitert ist die Anwendung mittels eines völlig neuartigen, universellen und gleichermaßen einfachen Spiels, um zusätzliche Anreize zum Ausführen der Bewegungsübungen zu schaffen. Die Applikation ist seit Oktober 2022 auf der Plattform App Store (Apple) und seit Mai 2023 auf der Plattform Google Play frei verfügbar.
Beyond Realism: Rethinking Presence in Virtual Environments for Abstract Concept Learning
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Baberowski, David; Leonhardt, Thiemo; Lilienthal, Lanea; Bergner, Nadine; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Presence, as the feeling of actually being in a virtual place, is an important metric for VR learning applications due to its positive impact on learning. In the literature, the level of immersion a system can provide is assumed to be the main factor influencing presence. This paper investigates this assumption for virtual environments in abstract learning contexts that are not based on reality. This is done by building a physical replica of a VR learning game and comparing both in terms of learning outcomes and presence. The study shows that subjects do not have a consistent view of what can be described as real in abstract contexts, suggesting that the distinction between reality-based virtual environments and those in abstract contexts is important in terms of presence.
Enhancing Geographical Learning Through GeoVR: Immersive Exploration and Topographic Analysis Educational Application
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Sabah, Sam; Tillmann, Alexander; Weiß, David; Drachsler, Hendrik; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
GeoVR, a Virtual Reality immersive educational application, facilitates pedagogical approaches in geographical education, enabling students and educators to explore and analyze landscape features. This research examines the benefits of this educational environment, enabling students to seamlessly transition between macro and micro perspectives of terrain, facilitating a comprehensive understanding of surface structures. GeoVR aims to improve learning experiences, while simultaneously enhancing the user’s understanding of topographical features and spatial relationships through scalable observation and interactive analysis tools. The application notably extends the scope of actions available to learners and educators in fields such as geography, geology, environmental studies, urban planning, and education. The precision of the representation, the interactive capabilities, the infinitely adjustable scales and the contribution to a realistic and immersive learning environment for geoinformation and processes can lead to a better understanding of the systems under investigation. Despite potential challenges, GeoVR seeks to bridge the gap between virtual and physical environments, changing how people learn and explore landscapes digitally.
Towards Nonverbal Communication in Multi-User Virtual Reality Learning Environments: A Systematic Review
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Wehrmann, Frank; Zender, Raphael; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Virtual Reality is uniquely positioned to enable multi-user interactions through embodiment in virtual environments. Beyond verbal communication, this embodiment allows for various modes of nonverbal communication, such as body language, facial expressions, gestures, and avatar design. Nonverbal communication plays a significant role in face-to-face communication and is especially relevant in inclusive education, where both the diversity of expression of the students and their various communicative needs can be better catered to with a wider range of available communicative means. To explore the current state of practices and perceived benefits of nonverbal communication in multi-user virtual reality learning environments, a systematic review was conducted. The review identifies 14 relevant papers but concludes that this area represents a research gap. A discussion of potentials for nonverbal learning highlights future directions to address this gap.
Phasen der Problemlösekompetenz bei der Korrektur elektrischer Schaltkreise in einer VR-Lernumgebung
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Wiepke, Axel; Hacke, Alexander; Lucke, Ulrike; Manz, Christian; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Die Herausforderungen im alltäglichen Leben werden zunehmend durch mehr Komplexität und Dynamik bestimmt. Dadurch ist es für Lernende seltener möglich, routinierte Vorgehensweisen zur Überwindung auftretender kognitiver Barrieren zu nutzen. In solchen Fällen sind Problemlösekom- petenzen gefragt, die meist auf Interaktion mit dem Problem beruhen, was Stift-und-Papier-Studien erschwert. Digitale Lernanwendungen ermöglichen es, Prozessdaten in interagierbaren Szenarien zu erfassen, können aber auf Kosten der ökologischen Validität gehen. Die immersive Eigenschaft von Virtual Reality (VR)-Lernanwendungen kann dabei ein möglicher Faktor zur Verbesserung der ökologischen Validität sein. Der vorliegende Beitrag analysiert eine VR-Lernanwendung hinsichtlich des Gefühls in der VR zu sein. In der Anwendung werden teilweise fehlerhafte, elektrische Schaltkreise präsentiert, die Lernende diagnostizieren und korrigieren sollen. Durch einen virtuellen Fragebogen werden Daten in den verschiedenen Phasen des Problemlöseprozesses erfasst. Die Ergebnisse zeigen ein kontinuierliches, befriedigendes Präsenzerleben.
Immersive Räume zur Kreativitätsunterstützung: Ein intelligenter Lehr- und Lernraum
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Fuchs, Andreas; Appel, Sven; Grimm, Paul; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Dieser Beitrag präsentiert einen neuartigen Ansatz zur Gestaltung immersiver Räume für die Hochschullehre, die basierend auf Verhalten, gesprochenem Wort und Stimmung eine Unterstützung für kollaborative Kreativitätsprozesse bieten. Ziel ist es, Lehrenden sowie Lernenden in einer interaktiven Virtual Reality-Umgebung durch KI-analysierte und -generierte Inhalte neue Gedankenanstöße zu geben. Durch die Integration von Natural language processing (NLP) und künstlicher Intelligenz wird die Mensch-Computer-Interaktion verbessert, um eine nahtlose Zusammenarbeit zu fördern. Das intelligente System verarbeitet Nutzerdaten und passt die Umgebung an die individuellen Bedürfnisse der Teilnehmenden an. Dies ermöglicht kollaboratives Arbeiten in einer geteilten und zugleich individualisierten Umgebung. Die Anwendung nutzt generative KI zur Erzeugung von Bildern, die auf der verarbeiteten Sprache bzw. den Gesprächsinhalten basieren und beeinflusst gestaltende Elemente wie Beleuchtung, Farbstimmung und Akustik. Der Beitrag erörtert technische Aspekte und potenzielle Anwendungen in Bildung, Unterhaltung und am Arbeitsplatz. Die Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass dieser Ansatz vielversprechend ist, um Kreativität zu fördern und das Wohlbefinden zu steigern.
Virtual Reality in der technischen Berufsbildung: Ein praxisorientierter Ansatz zur Konzeption immersiver Lernszenarien
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Nowotny, Florian; Berkhan, Chantal; Lucke, Ulrike; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Virtual Reality (VR) gewinnt aufgrund der Handlungsorientierung gerade in der be- ruflichen Aus- und Weiterbildung zunehmend an Relevanz. Um angestrebte Lernziele erreichen und überprüfen zu können, werden Lernmedien entlang didaktischer Strukturen entwickelt. Für diesen herausfordernden Prozess wird gleichermaßen fachliches, didaktisches und medientechnisches Wissen benötigt, was bei praxisnahen und zugleich technisch anspruchsvollen Settings besonderer Unterstützung bedarf. Der vorliegende Beitrag schlägt einen strukturierten Ansatz vor, der an der Schnittstelle zwischen fach- und mediendidaktischer Konzeption von Lernszenarien in immersiven Umgebungen wirkt. Mit Hilfe einer Methode zur Planung von gewerblich-technischem Unterricht wird zu vermittelndes Wissen nach inhaltlichen und lernpsychologischen Aspekten in ein Raster einsortiert, das als Rahmen für das Design einzelner Szenen einer Lernanwendung dient. Lehrenden und anderen Anbietenden dieser Lernanwendung kann das Raster anschließend bei der Integration in die individuelle Lehr-/Lernsituation helfen. Der Ansatz wird am Beispiel einer VR-Lernanwendung zur Vermittlung der fachgerechten Bedienung von Präzisionslandtechnik verdeutlicht.
Virtual Reality zur Professionalisierung von Sportlehrkräften
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2024) Wilzeck, Rene; Zender, Raphael; Schulz, Sandra; Kiesler, Natalie
Im Sportunterricht können vielfältige Situationen auftreten, die potenzielle Gefahren für Schüler*innen bergen und dies sowohl auf physischer als auch auf psychischer Ebene (die sogenannte doppelte Verletzbarkeit). Daher ist es sinnvoll, Sportlehrkräften Möglichkeiten zur Vorbereitung auf solche Szenarien zu bieten, ohne dabei sich selbst oder die Schüler*innen zu gefährden. Die Integration von Virtual Reality (VR) in die Sportlehrkraftausbildung bietet effektive Ansätze für die Professionalisierung und Weiterentwicklung didaktischer Kompetenzen. Als Lernumgebung entsteht eine VR-Sporthalle als Nachbildung einer Sporthalle, in der Lehrkräfte die Möglichkeit erhalten, u. a. körperliche Präsenz und sportdidaktische Methoden in einem immersiven und physisch risikofreien, virtuellen Raum zu erproben. Ein Konzept zu potenziellen Situationen doppelter Verletzbarkeit in einem Handstand-Übungsszenario wurde entwickelt und erfolgreich als Prototyp in einer ersten Iteration in die VR-Lernumgebung TeachR integriert. Dieser Beitrag beschreibt, wie darüber zu einem verstärkten Engagement und zur Reflexion über unterrichtsnahe Fähigkeiten angeregt wird, was letztendlich zu einer verbesserten Qualität des Sportunterrichts führen kann.
Generating an Environment for Socializing Between Older Adults in a VR Supermarket
(Gesellschaft für Informatik e.V., 2023) Walchshäusl, Sebastian; Eichhorn, Christian; Plecher, David A.; Simecek, Tim; Klinker, Gudrun; Hiyama, Atsushi; Inami, Matsuko; Klein, Maike; Krupka, Daniel; Winter, Cornelia; Wohlgemuth, Volker
Socialization is crucial for the well-being of individuals, but elderly people often face challenges due to physical and psychological issues, as well as the COVID-19 pandemic. To address this issue, a novel approach has been developed using a Japanese Virtual Reality (VR) supermarket, where older adults can purchase products that could be delivered to their homes while socializing with others in a familiar environment. The VR supermarket is based on Japanese supermarket shelf layouts, with hand-tracking and gestures used for interaction. Avatars, attached with images of the participants and their synchronized voice input are used to represent them. In a user study involving 14 older adults, the application was found to be effective for social communication, and potential negative effects such as cybersickness were successfully mitigated. The VR supermarket thus provides a valuable tool for older adults to socialize and meet their need to interact with people from the same age group, even in isolation (pandemic scenario).