Wie die Purdue University Bildung mit erweiterter Realität verbessert

Das Purdue University Envision Center ist ein Forschungs- und Entwicklungslabor für Datenvisualisierung, das im Rosen Center for Advanced Computing in Purdue IT angesiedelt ist. Das Envision Center wurde 2004 gegründet und hat mehr als zwei Jahrzehnte Erfahrung in der Unterstützung von Universitätsdozenten und Industriepartnern bei ihren Multimedia- und virtuellen Simulationsbedürfnissen.

Erweiterte Realität (XR)-Technologien verändern, wie Studierende lernen und wie Forscher zusammenarbeiten. Das Envision Center der Purdue University führt diese Innovation mit CollabXR an, einer Open-Source-Multi-User-Plattform, die immersive Mixed-Reality-Erlebnisse bietet, um physisches und digitales Lernen zu verbinden.

Über 100 Studierende aus verschiedenen Disziplinen haben im vergangenen Jahr bereits diesen revolutionären Ansatz für Bildung erlebt. Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie CollabXR:

- Das Verständnis komplexer Themen, das von den Studierenden berichtet wird, erheblich verbessert.

- Die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Forschungsbereichen und im Klassenzimmer verbessert.

- Dozenten ermöglicht, Sitzungen von 20 Minuten auf über 45 Minuten zu verlängern, da die Übelkeit durch Bewegung verringert wird.

- Experten ermöglicht, innerhalb von Minuten nach der Datenexploration in der Anwendung neuartige Beobachtungen zu machen.

Die Herausforderung: Komplexe Daten effektiv visualisieren

Dr. Danny Milisavljevic, ein Dozent für Physik und Astronomie an der Purdue University, benötigte eine effektive Möglichkeit, komplexe Daten zu stellaren Supernova-Überresten zu erkunden und zu teilen. Traditionelle Methoden wie wissenschaftliche Datenvisualisierungsplattformen, animierte Videos und Anaglyphenbrillen hatten erhebliche Einschränkungen. Er benötigte eine Plattform, die die Erkundung, Kommunikation und Zusammenarbeit mit Kollegen und Studenten über die standardmäßigen wissenschaftlichen Visualisierungstools hinaus erleichtern konnte. Das führte dazu, dass Dr. Milisavljevic 2018 mit dem Envision Center zusammenarbeitete, um die Entwicklung dessen zu beginnen, was CollabXR werden sollte.

Die Lösung: Unity treibt CollabXR an

Das Purdue Envision Center hatte bereits Unity als das bevorzugte Werkzeug für die Inhaltserstellung übernommen. Bei der Bewertung der Entwicklung von CollabXR erwies sich Unity aus mehreren wichtigen Gründen als vielseitige Option:

Erweiterbarkeit und Gerätesupport: Die breite Kompatibilität von Unity mit verschiedenen XR-Geräten und die Fähigkeit, die CollabXR-Plattform leicht anzupassen, ermöglichten es Purdue, die Lösung schnell zu prototypisieren und zu erweitern, während Anpassungen und Änderungen des Umfangs berücksichtigt wurden. Die Plattform unterstützt derzeit die Meta Quest 3 und Apple Vision Pro Headsets.

Shader und visuelle Effekte: Da CollabXR sich auf die Visualisierung konzentriert, führt das Team umfangreiche Shader-Arbeiten durch. Unity Shader Graph und VFX Graph ermöglichten schnelles Prototyping, schnellere Iterationen und einfachere Finalisierung ihrer Visualisierungen.

Asset Bundles: Mit Asset Bundles können Benutzer Inhalte einfach bündeln und direkt an die Headsets liefern.

Umfangreiche XR-Unterstützung: Die Vielzahl an plattformübergreifenden Tools von Unity für die XR-Entwicklung, einschließlich des XR Interaction Toolkit und verschiedener drittanbieter Multiplayer-Pakete, half dem Team, schnell zu iterieren, während sie ihre XR-Prototypen entwickelten.

Eine neue Ära der Bildung

Entwickelt mit Dr. Miliasvljevic und unter Verwendung von Unity Industry konzentriert sich CollabXR auf drei Schlüsselbereiche:

1. Wissenschaftliche Visualisierung: Das Team wollte eine Plattform, die berechnete und gemessene komplexe Daten in verschiedenen Formaten wie Punktwolken, Volumen, Isosurface und Flussfelder unterstützt.

2. Passthrough AR-Unterstützung: Durch die Nutzung von Passthrough-Kameras, um virtuelle Inhalte in die reale Welt zu überlagern, werden wesentliche Elemente des Klassenzimmers beibehalten, sodass die Studierenden auf natürliche Weise interagieren können, während sie mit virtuellen Materialien arbeiten. Das erleichtert es, virtuelle Inhalte in der realen Welt zu kontextualisieren. Zum Beispiel: Benutzer können virtuelle Strahlungsfelder über ein echtes radiopharmazeutisches Labor legen oder durch einen Tomographiescan schneiden, während sie sich in einer Live-Krankenhausumgebung treffen.

3. Nahtlose Zusammenarbeit: Entwickelt für gemeinsame Forschung und Unterricht, erleichtert intuitive Kommunikation durch echte Interaktion unter Gleichgesinnten und reduziert die Reisekrankheit im Vergleich zu reinen VR-Erlebnissen.

CollabXR ist ein fester Bestandteil von Dr. Danny Milisavljevic’s Kursdurchführung und Lehrplan geworden, was grundlegend verändert hat, wie er unterrichtet und Forschung betreibt. Seit der Einführung des Pilotprogramms im Frühjahr 2025 hat CollabXR Kurse in verschiedenen Disziplinen wie Luftfahrt, Pflege, Maschinenbau, Erdwissenschaften und mehr verbessert.

Durchbruchsergebnisse: Sehen Sie, wie CollabXR einen Unterschied macht

CollabXR liefert greifbare Ergebnisse. Während seines Pilotprogramms testeten sechs Universitätsprofessoren mit Lehrplänen von Pflege bis Geisteswissenschaften CollabXR in ihren Klassenräumen. Nachdem das Pilotprogramm abgeschlossen war, wurde eine Umfrage von über 50 teilnehmenden Studenten beantwortet.

Hier sind die Ergebnisse:

- 84% stimmten stark zu, dass CollabXR das Verständnis und die Kommunikation des Lehrstoffs im Vergleich zu alternativen Präsentationsmethoden im Klassenzimmer erheblich verbessert, während die verbleibenden 16% immer noch teilweise zustimmten.

- Deutlicher Rückgang der Reisekrankheit mit AR-Integration, was längere, effektivere Unterrichtsstunden ermöglicht (von 20 Minuten auf 45+ Minuten steigend).

- Experten machen neuartige Beobachtungen und gewinnen innerhalb von Minuten neue Intuition beim Erkunden von Daten in der Anwendung.

- Beschleunigtes Lernen durch Überwindung von Datenumwandlungs-Hürden durch Visualisierung.

- Verbesserte Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen Professoren und Studenten.

Das Pilotprogramm war überwältigend erfolgreich, wobei die Teilnehmer positive Erfahrungen und ein starkes Verlangen nach fortgesetztem Engagement mit CollabXR während ihres Studiums berichteten.

Zukunftsorientiert: Die Zukunft von CollabXR

Nach dem erfolgreichen Pilotprogramm plant Purdue, CollabXR zu erweitern und zu verbessern. Die Plattform wird bald Open Source gemacht, um die Gemeinschaft und Zugänglichkeit an anderen Institutionen zu fördern. Das Team hat auf Apple Vision Pro bereitgestellt und plant, die Unterstützung auf mobile und Desktop-AR zu erweitern.

CollabXR repräsentiert mehr als neue Technologie – es ist ein Wandel hin zu ansprechenderer, effektiverer Bildung und Forschung. Der Erfolg der Plattform zeigt das Potenzial von XR in der Bildung. Da immer mehr Institutionen diese Technologie übernehmen, wird das kollaborative virtuelle Lernen eine wichtige Rolle in der Zukunft des Lehrens und Lernens spielen.