HoloDeck: Molekulare Hologramme in der Lehre – Wie man mit Hilfe einer kostengünstigen AR-Spieleplattform komplexe molekulare Zusammenhänge anschaulich präsentiert
Das Projekt
HoloDeck erlaubt die interaktive Augmented Reality(AR) gestützte Visualisierung komplexer molekularer Zusammenhänge im multipersonellen Face-to-Face Besprechungsformat. Das bedeutet in der Praxis, dass man mit mehreren Personen an einem Arbeitstisch platznehmen kann, um gemeinsam auf einer speziellen faltbaren Arbeitsoberfläche ein computererzeugtes, für alle Teilnehmer aus der jeweils individuellen Perspektive sichtbares 3D-Hologramm zu betrachten. Dabei schauen die Teilnehmer durch eine leichte, durchsichtige Stereoprojektorbrille, die über ein USB-Kabel mit einem Steuercomputer (z. B. ein halbwegs moderner Laptop) verbunden ist. Das Besondere an diesem System ist die Möglichkeit, nicht nur die molekularen Objekte, sondern gleichzeitig auch die Kollegen zu sehen und mit ihnen interagieren zu können. Die Raumumgebung wird also uneingeschränkt erfasst - ganz im Gegensatz zu aktuellen Virtual Reality Systemen, bei denen die Teilnehmer in einer völlig von der Außenwelt abgeschlossenen Umgebung agieren.
Das System basiert auf der - von uns sozusagen "zweckentfremdeten" - TiltFive AR Spiele-Hardware und dem zugehörigen SDK für Unity. Wir setzen darüber hinaus die Molekülvisualisierungssoftware ChimeraX der UCSF ein, um molekulare Strukturen für die Visualisierung im HoloDeck aufzubereiten.
Nach unserem Kenntnisstand stellt diese sehr einfach aufgezogene Arbeitsumgebung aktuell das weltweit kostengünstigste und gleichzeitig interessanteste AR-System für molekulare Visualisierungen dar. Es lässt sich wunderbar für Forschungs- und Entwicklungsprojekte im professionellen Bereich einsetzen, ist aber ebenso geeignet, um im Rahmen von universitären Lehrvorhaben und des regulären Schulunterrichts für ein eindrucksvolles Erlebnis und ein tiefgreifendes Verständnis molekularer Strukturen zu sorgen.
| Demovideo zum AR-System | Holodeck Beispiel: Antikörper | Holodeck Beispiel: Typ IVa Pilus Maschine |
Ziele
Im Rahmen des Projekts soll eine Lehrveranstaltung konzipiert werden, welche die Teilnehmenden dazu befähigt, in Eigenarbeit komplexe molekulare Zusammenhänge auf einer niederschwellig und kostengünstig nutzbaren AR-Plattform in Form dreidimensionaler Hologramme visualisieren zu können und die erstellten Objekte als Lehr- bzw. Lerninhalte aufzubereiten. Insofern richtet sich dieses Projekt nicht nur zur Selbstveranschaulichung existierender Lerninhalte an Studierende, sondern auch zur Entwicklung neuer Lehrinhalte an das Lehrpersonal von Universitäten und Schulen.
Letztlich geht es darum, den Schritt von den etablierten zweidimensional gedruckten Lernmaterialien in den dreidimensionalen Raum zu vollziehen – und zwar als künftiges Standardlehrelement.
Zielgruppe
Das Projekt richtet sich an Lehrende und Studierende aller Fachbereiche, in denen das Verständnis molekularer Strukturen eine Rolle spielt, also vor allem die gesamten Fachrichtungen des Bereichs "Life Sciences". Darüber hinaus kann die entwickelte Visualisierungsplattform zur Veranschaulichung jeglicher Objekte dienen, für die 3D-Koordinaten im glTF-Dateiformat vorliegen. Dazu gehören Architekturprojekte, Visualisierung LIDAR-erfasster archäologischer Ausgrabungsstätten, Kunstobjekte, technische Geräte und Anlagen sowie komplexe Maschinen (Motoren, CNC-Fräsen, chemische Produktionsreaktoren, Kraftwerke) uvm., die im virtuellen Raum erklärt werden können, ohne physisch existent sein zu müssen.
Die Veranstaltung wird sich auf die Darstellung molekularer Strukturen mit diesem System konzentrieren, aber am Rande kurz beleuchten, inwieweit das System noch anderweitig einsetzbar ist.
Spezielle IT-Kenntnisse werden nicht vorausgesetzt.
Mit einer Gesamtzahl von acht Kursteilnehmern an vier HoloDeck-Systemen mit je zwei AR-Brillen kann sichergestellt werden, dass jeder Teilnehmer durchgängig praktisch experimentieren kann.
Projektteam
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Institut Parasitologie BFS - Biomedizinisches Forschungszentrum Seltersberg Schubertstraße 81 35392 Gießen |
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