Virtual Reality – Leer Tools & Ontwikkeling
The Virtual Reality Society omschrijft virtual reality (VR) als ‘Een driedimensionale, computer-gegenereerde omgeving welke kan worden verkend en mee kan worden gecommuniceerd door de persoon die deze ervaart’. De potentie van de VR-techniek wordt door velen onderzoekers al genoemd, met name in het educatieve. Een grote kans dat het zich zal door gaan ontwikkelen naar een vaste waarde in het educatieve veld.
Motivatie
Wanneer we spreken over educatie is motivatie ‘om te leren’ daar onlosmakelijk mee verbonden. Vanuit motivatie bekeken speelt virtual reality een interessante rol. Motivatie is een belangrijk aspect in menselijk gedrag en speelt een sleutelrol in het aanleren van nieuwe vaardigheden en het optimaliseren van het leerproces.
Resultaten uit onderzoek gedaan door de Mansoura Universiteit uit Egypte laat zien dat virtual reality (game-based) leren een effectieve pedagogische tool is dat bijdraagt aan de motivatie en interesse in het leren. ‘Virtual Reality wordt steeds belangrijker als educatieve tool (zowel op scholen als universiteiten) vanwege zijn interactieve en geanimeerde functies. VR kan een effectieve manier zijn ter ondersteuning van complexe concepten en interactie binnen het leren.’
Virtual reality (VR) kan dienen als een zeer praktische tool in het aanleren van vaardigheden en het beleven van uiteenlopende situaties. Zo is er bijvoorbeeld onderzoek gedaan naar het ‘Weld process’, het las proces bij het verbinden van materiaal zoals staal en metaal. Hierin poogde de Iowa State University vast te stellen of door het gebruik van VR-technologie het las (trainings)proces een duidelijke impact kan maken op het aanleren van de benodigde vaardigheden. Een dergelijke tool is Weld VR.
“Het effect van virtual reality technologie“
Onderzoek over de afgelopen decennia hebben uitgewezen dat het toepassen van simulator-technieken voor training en het aanleren van vaardigheden effectief is gebleken. Dit wordt inmiddels in uiteenlopende contexten ontwikkeld en toegepast. De medische wereld, veiligheidstraining in de mijnbouw, educatie en vaardigheidstrainingen zijn zo een paar genoemde contexten. Het gebruik van simulatortechnieken kan positieve impact hebben op de ‘Skills ontwikkeling’. Het kan het terugbrengen van ‘koudwatervrees’, angst om er aan te beginnen goed wegnemen wanneer men iets poogt te leren in een domein waar men nog niet bekend mee is. Verschillende technieken zoals virtual reality en augmented reality (AR) kan daarin toegepast worden. Zoals de onderzoeker Harold Wenglinsky correct stelt:
‘Het gebruik van onderwijstechnologie om training en leren te vergemakkelijken, zoals het gebruik van een VR-gebaseerde simulatortechnologie om een reeks vaardigheden te ontwikkelen, moet pragmatisch en weloverwogen gebeuren’ (Wenglinksy, 1998).
Psychomotorische Vaardigheden
Het pragmatische en weloverwogen behoeft daarin dus sterk de aandacht om over te gaan tot het toepassen van dergelijke technieken. Er wordt gesteld dat VR-applicaties pragmatisch en effectief kunnen zijn voor het ontwikkelen van bijvoorbeeld las skills, met name de psychomotorische vaardigheden. Zo blijkt uit het hier boven genoemd onderzoek door de Iowa State University. Deze vaardigheden kunnen omschreven worden als een link tussen de cognitieve en fysieke vaardigheden, processen die fysieke bewegingen en mentale stimulatie vereisen om hun doelstellingen met succes te bereiken.
Psychomotorische vaardigheden kunnen taken omvatten als het bedienen van machines, het uitvoeren van medische operaties of handgemaakte sketches. Verschillende beroepen vereisen bepaalde hand en lichaamsbewegingen om de taken accuraat uit te kunnen voeren. In de medische wereld zijn de psychomotorische vaardigheden vooral belangrijk voor chirurgische taken om zo tot succesvolle resultaten te kunnen komen.
Het creëren van een omgeving waar deze bovengenoemde vaardigheden in een comfortabele, stressvrije omgeving kan worden nagebootst heeft uiteraard zijn voordelen. Een VR-toepassing kan hier enorm in bijdragen, door bijvoorbeeld te zorgen dat de locatie waar de VR-toepassing wordt toegepast aan deze voorwaardes voldoen.
Ontwikkelen
Het ontwikkelen van VR-software kost natuurlijk veel tijd en daardoor ook geld. Maar wanneer een organisatie besluit echt te willen gaan investeren in VR dan is wat men wil bewerkstelligen daarin erg belangrijk. Qua bestaande applicaties zijn er inmiddels steeds meer VR tools op de markt die kunnen bijdragen aan de wens die een organisatie heeft. Wanneer daar goed over nagedacht wordt en de organisatie een team weet op te bouwen die betrokken gaan zijn bij de beoogde VR-software (als gebruiker) kan er besloten worden wat er gezocht wordt. Waar deze gebruikt zal worden gebruikt en waarom deze gebruikt zal worden. De zoektocht naar ‘Hoe’ kan dan pas starten. Is er al een dergelijke tool op de markt? Welke VR-bril willen we gebruiken? Wat zijn de kosten? En wat is er bekend over de specifieke VR-app. Als voorbeeld hebben we hierboven de lastools benoemd. Deze bestaat, is beschikbaar en niet onbelangrijk, relatief betaalbaar ten opzicht van gebruikelijke kosten op langer termijn.
Er zijn dus verschillende niveaus waarover nagedacht dient te worden. Freek Teunen, schrijver van het boek ‘VR Door een Zakelijke Bril’ stelt hierin de afweging overzichtelijk op een rij:
- De Kosten
- Core Business
- Intellectual Property
- Flexibiliteit
Kosten
Hoe gecompliceerd is de techniek en zijn de grafische uitingen. Dat is bepalend voor de hoeveelheid werk, specifieke kennis en aantal mensen die er nodig zijn om aan de applicatie te werken.
Core Business
Is VR de core business van het bedrijf? Kan er gesteld worden dat ontwikkeling van eigen tools grotendeels tot de Core Business behoort en worden er eigen applicaties ontwikkeld door een team uit de eigen organisatie?
Misschien volstaat het daar iemand extra voor aan te nemen, of kiest het bedrijf toch liever voor het uitbesteden aan een extern bureau? Bij een lang traject kunnen in het laatste geval de kosten daardoor wel flink oplopen.
Intellectual Property
Wil de organisatie de ontwikkeling van de applicatie binnen de organisatie houden en de eigen rechten daarop behouden, of worden deze bij het externe bedrijf gelegd waar deze in ontwikkeld zal worden?
Flexibiliteit
Wanneer de applicatie intern gemaakt wordt zal dit veel sneller en makkelijker zijn om aanpassingen te maken of nieuwe versies te ontwikkelen. Inspelen op actualiteiten of nieuwe wensen implementeren zou dan gemakkelijker zijn om door te voeren.
De hierboven omschreven afwegingen kunnen een goede aanzet zijn tot het komen van de keuze om intern een VR-applicatie te ontwikkelen of het uit te besteden aan een extern bureau. De innovatiemanager zal hier een goede afweging in kunnen maken. Wanneer de specifieke skills nog niet in huis zijn, kan er nagedacht worden daar een persoon voor aan te nemen. Zo is de focus gericht op de toekomst.
Als we dus zoals hierboven beschreven op een ander level gaan nadenken, betreden we het gebied van het daadwerkelijk zelf te willen gaan ontwikkelen. En ja, dit is mogelijk. Zoals Freek Teunen stelt, begin dan bij de Innovatiemanager in de organisatie. “Hij is meestal de juiste persoon om je VR-team te leiden, omdat hij al op de hoogte is van innovatiestrategieën en vaker in aanraking komt met nieuwe technieken.”
De innovatiemanager zal diegene zijn in de organisatie die de rest kan overtuigen en het meest zicht heeft op de huidige innovaties binnen en buiten de organisatie. Er kan een inventaris gemaakt worden of er in huis al bruikbare skills zijn, die bijvoorbeeld een rol van betekenis kan gaan spelen in deze ontwikkeling. Denk aan animatoren, 3D-modelleerders, programmeurs en ontwerpers (UX-Design).
Hieronder een inkijkje in hoe de Hogeschool PXL met het bedrijf Punch Powertrain de handen ineensloegen en aan de slag gingen met VR-leermodules. Hoe het leren op de werkvloer nog meer te kunnen versterken. Werkplekleren en Virtual Reality. Een greep uit het artikel wat PXL onderzoeker Ilona Stouten samen met schreef met Simon Verbeeke over de VR-Leerfabriek. (Klik hier voor het volledige artikel)
VR-Leerfabriek
Werkplekleren verkleint de afstand tussen school en werk: studenten zitten tijdens hun werkplekleren niet op de schoolbanken, maar leren in een bedrijf – op de werkvloer zelf – waar ze onder begeleiding authentieke taken uitvoeren die overeenkomen met wat ze later ook als werknemer zullen doen. Het heeft er alle schijn van dat werkplekleren de komende jaren meer en meer als onderwijsvorm ingezet zal worden, wellicht ook gedeeltelijk in de bacheloropleidingen, waar de concrete werkervaring nu meestal beperkt blijft tot een eindstage.
De letterlijke vertaling van Virtual Reality is ‘schijnbare werkelijkheid’. Virtual Reality geeft de gebruiker de illusie dat hij ergens anders is. De gebruiker wordt als het ware uit de werkelijke wereld gehaald en in een gesimuleerde omgeving geplaatst. Door een speciale VR-bril wordt de zichtbare werkelijkheid simpelweg vervangen door een computergegenereerd beeld. De bril maakt gebruik van een stereoscopisch zicht (figuur 1), ook wel dieptezicht genoemd. Doordat je ogen elk een eigen beeld zien, dat licht van camerastandpunt verschilt – om de positie van de twee ogen te simuleren – zie je diepte in de virtuele omgeving. Met andere woorden: je kijkt dan in 3D. De bril sluit je eveneens volledig af van de buitenwereld, waardoor je echt in de andere wereld zit.
Opnames
Binnen Hogeschool PXL werd er gekozen om de virtuele wereld te creëren met realistische 360°-foto’s of -video’s, niet met computergetekende (CAD-)modellen. Deze aanpak zorgt ervoor dat de virtuele wereld sneller, eenvoudig en gemakkelijk opgebouwd kan worden. De bedoeling is dat iedereen – van lector of leerkracht tot student of (laatstejaars)leerling – een eigen VR-leermodule kan maken.
Om 360°-foto’s of -video’s te verkrijgen, maakt men gebruik van een 360°-camera.
Deze camera beschikt over minstens 2 lenzen, waardoor de beeldhoek van de camera 360 graden is. Deze camera legt hierdoor de hele omgeving in één keer vast. Als resultaat krijg je een 360°-foto of panoramafoto. Er zijn twee varianten van dit type foto’s, een gewone 360°-panoramafoto en een volledige 360°-foto. Bij deze laatste kan men behalve linksom en rechtsom ook omhoog en omlaag kijken (360 x 180). Dit formaat heeft men nodig voor de VR-leermodules.
Voor het maken van de VR-leermodules werd in Hogeschool PXL een eigen softwaretool ontwikkeld, genaamd Vivista.
Vivista is gratis, open source 360°-videosoftware voor het creëren en bekijken van verrijkte 360°-video’s. De software bestaat uit twee pakketten: de Vivista-editor en de Vivista-player.
De Vivista-editor kan gebruikt worden om de 360°-video(‘s) te verrijken. Verrijkingen zijn interactiepunten die men kan toevoegen aan de video, waar bepaalde functionaliteiten aan gekoppeld kunnen worden (figuur 2).
De Vivista-player wordt gebruikt om vervolgens de verrijkte 360°-video’s te bekijken.
Met de import- en exportfunctie is het mogelijk om een VR-leermodule die nog niet volledig afgewerkt is, door te sturen naar iemand anders die er vervolgens verder in kan werken.
Aangezien Vivista gebruik maakt van gedetailleerde visuele weergaves is het van belang dat in de laptop of computer waarop de software draait een krachtige grafische kaart (GPU) zit.
De werkelijke VR-beleving krijg je natuurlijk enkel en alleen als je gebruik maakt van een VR-bril. Vivista is momenteel compatibel met alle VR-brillen die SteamVR ondersteunen (bijv. HTC VIve, Oculus Rift S). Beide brillen moeten gekoppeld worden aan een krachtige en specifiek voor virtual reality uitgeruste computer.
Bevraging
Als testcase werd er binnen het project een VR-introductietour van Punch Powertrain gemaakt. Deze werd getest door leerlingen van het zevende jaar computergestuurde werktuigkunde van PISO in Tienen (figuur 3).
Figuur 3: een werkplekstudent maakt virtueel kennis met de productieomgeving van het bedrijf Punch Powertrain.
Iedere leerling kreeg zowel een werkelijke tour doorheen het bedrijf als de kans om de virtuele tour te beleven. Daarna werden een aantal vragen gesteld aan de leerlingen. De vragen werden opgesplitst in 3 delen.
In het eerste deel ging de bevraging over de algemene kennis van digitale tools en VR. De leerlingen gaven aan dat ze wel ervaring hadden met digitale tools zoals smartphone, smart TV en spelconsoles maar dat ze allemaal nog geen ervaring hadden met virtual reality.
Het algemeen gebruik van VR-leermodules en de VR-opstelling werd in het 2de deel bevraagd. Ondanks het feit dat de leerlingen weinig of geen ervaring hadden met virtual reality gaven ze aan geen technische ondersteuning nodig te hebben voor het gebruik van een VR-opstelling. De leerlingen waren er ook van overtuigd dat ze met VR-leermodules nieuwe kennis en vaardigheden kunnen leren. Ze zeiden ook dat de VR-leermodules voordelen bieden ten opzichte van de klassieke manier van leren. Het zou volgens hen zelfs motiverend werken. Ze haalden ook aan dat ze minder snel afgeleid zijn wanneer ze de VR-bril op hebben.
In het derde deel werden er vragen gesteld over de vergelijking tussen de werkelijke en de virtuele tour (figuur 4). Hieruit bleek dat de virtuele tour wel dezelfde informatie gaf als de werkelijke tour, maar dat het stellen van vragen op de werkvloer wel een meerwaarde biedt. Toch vonden ze de VR-tour interessant genoeg om het bedrijf te leren kennen. Deze laatste kreeg dan ook hun voorkeur.
De positiefste eigenschap van de VR-tour was volgens de leerlingen dat je niet afgeleid wordt door dingen die rondom je gebeuren als je de VR-bril op hebt. Je blijft constant gefocust in die virtuele wereld. Het is dan wel ook belangrijk om de VR-leermodules niet te lang te maken. Als negatief punt haalden ze aan dat het luiheid opwekt. Het is opnieuw een zittende of stilstaande activiteit.
De VR-leermodule van oppervlakteruwheid werd gebruikt door studenten van de professionele bacheloropleiding elektromechanica. Door de lockdown naar aanleiding van COVID-19 werd aan de studenten gevraagd om de VR-leermodule thuis te bekijken, in dit geval met de Vivista Player. Na het bekijken van de leermodule hebben de studenten niet de mogelijkheid gehad om de labo-opdracht fysiek uit te voeren. Het is dan ook niet mogelijk om na te gaan of deze leermodule hen een betere voorbereiding op de opdracht zou hebben opgeleverd. Dit zal de volgende jaren nog verder geëvalueerd worden.
Verdere ontwikkeling
Vivista is gedurende het hele project nog verder ontwikkeld en zal ook na dit project nog verder verbeterd worden. Zo zal er een streaming-mogelijkheid komen. Dit betekent dat de gewenste en reeds verrijkte video zal kunnen worden aangeklikt om meteen te bekijken, zonder dat de video op voorhand gedownload moet worden. Dit kan je vergelijken met de manier waarop je momenteel in ‘Youtube’ aan de slag gaat: je klikt een video aan die je meteen kan bekijken.
Ook het opsplitsen van de leermodule in hoofdstukken of delen waar men met één klik naar toe kan gaan is een ontwikkeling die in de volgende periode uitgevoerdzal worden. Dit geeft de gebruiker meer vrijheid in de VR-beleving.
Verder wordt er nog gekeken naar de toepassing van evaluatiemogelijkheden. Kan er na het bekijken van de VR-leermodule een score gegeven worden aan de gebruiker en geëvalueerd worden waar en hoe lang iedere gebruiker naar heeft gekeken in de 360°-video?
Het gaat dus om ‘work in progress’. De Vivista-software zal continu verbeterd en aangepast worden aan de noden van de gebruikers.
Conclusie
Binnen het project werd onderzocht wat de kritische factoren zijn bij het ontwikkelen van een VR-leermodule ten behoeve van werkplekleren. Hiervoor werden concrete VR-leermodules opgebouwd, in samenwerking met het bedrijf Punch Powertrain. Er werd een draaiboek uitgeschreven waarin de verschillende opeenvolgende stappen staan om tot een VR-leermodule met evaluatie te komen.
Door een VR-leermodule te bekijken, is de gebruiker (leerling, student of medewerker) in staat om bij het eerste bezoek aan de werkplek bijna direct hands-on aan de slag te gaan met het uitvoeren van de taak.
De Vivista-software leent zich ertoe om op een eenvoudige manier, vertrekkende van een 360°-video, een VR-leermodule te maken die toegankelijk is voor iedere gebruiker, en dit voor een groot gamma aan toepassingen of onderwerpen.
Bronnen:
The Effect of Virtual Reality Technology on Welding Skills Performance
Wells, Trent. Miller, Greg
– 2020
Evaluation of Virtual Reality-Based Applications in Education
University of Bucharest, Romania. National Institute for R&D in Informatics ICI Bucharest, Romania.
– April, 2020
The Impact of Using Virtual Reality on Student’s Motivation for Operating Systems Course Learning.
Mansoura University, Dept. of Information Systems, Mansoura, Egypt.
Sadat Academy, Dept. of Information Systems, Cairo, Egypt.
– September, 2019
VR Door Een Zakelijke Bril
Teunen, Freek
– 2020
The Shifting Realities of Perdormance Improvement. VR, AR, MR.
Carl, Diana R.
– April, 2020
A New Uniform Format for 360 VR Videos. Computer Graphics Forum.
Guo, J. Pei, Q. K. Ma. G. L, L; Zang, X. Y.
– Oktober, 2018
Geschreven door: Maurits Hagemans en Ilona Stouten (VR-Leerfabriek)