Viele Philosophen diskutieren das Thema Realität und die Komponenten, aus denen das besteht, was wir als "real" wahrnehmen. Obwohl es sich um eine interessante Denkübung handelt, interessieren wir uns heute mehr für die praktische Anwendung der Realität, die genauer als "Realismus" definiert wird.
Realismus ist definiert als die Darstellung einer Person, einer Sache oder einer Situation genau oder lebensecht. In diesem Artikel versuchen wir zu verstehen, inwieweit diese Definition von Realismus in einer vollständig simulierten Umgebung mit Virtual-Reality-Technologie bekannt ist und wie sich dies auf unsere Welt auswirkt.
Um die Bedeutung des Realismus in der virtuellen Realität zu verstehen, müssen wir uns zunächst ansehen, was die Technologie zu erreichen versucht. eine Simulation. Eine Simulation ist definiert als eine ungefähre Nachahmung des Betriebs eines Prozesses oder einer Anlage. Es gibt einen wichtigen Unterschied in dieser Definition, der darin besteht, die Funktionsweise von etwas nachzuahmen und nicht nur die Sache selbst. Eine Simulation ist ein Ort der Handlung; und diese Absicht unterscheidet eine Simulation von einem statischen Lernwerkzeug wie Text, Video oder Präsentationen. Letztendlich schließt eine Simulation die Lücke zwischen Wissen und leistungsstarken Handlungen.
Traditionell wird eine Simulation "live" durchgeführt. in einem simulierten physischen Raum. Die Geschichte lehrt uns, dass Live-Simulationen seit Jahrhunderten als Lernwerkzeug verwendet werden, was auf Ton- und Steinmodelle zurückgeht, die verwendet wurden, um die Anatomie eines Menschen zu verstehen. In moderneren Anwendungen wurden Simulationen verwendet, um Studenten und Fachleute beim Lernen zu trainieren. Beispielsweise kann ein Medizinstudent in einem als Operationssaal verkleideten Raum üben, oder er könnte einen Schritt weiter gehen und vor Ort üben ein tatsächlicher Operationssaal (auch bekannt als In-Situ oder In-Situation), der als realistischer angesehen wurde. Die Objekte in dieser Umgebung profitieren auch davon, dass sie so real wie möglich sind, was den Unterschied zwischen der Verwendung von Schaufensterpuppen oder einem bezahlten Schauspieler zur Simulation eines Patienten ausmachen könnte.
Simulationen haben in jüngerer Zeit eine neue Umgebung gefunden, in der sie sich selbst modellieren können, bekannt als "virtuell", in der man die Nachahmung synthetisch erleben würde. Dank der Computertechnologie konnten virtuelle Simulationen eine Operation imitieren, ohne dass kostspielige physische Umgebungen und die schwierige Logistik erforderlich sind, um Menschen dorthin zu bringen. Virtual Reality (VR) bezieht sich speziell auf synthetische Imitationen, die in einem speziellen Headset präsentiert werden, das das Eintauchen in eine synthetische Umgebung weiter verbessert, indem das gesamte Sichtfeld des Benutzers und nicht nur auf einem zweidimensionalen Bildschirm eingenommen wird.
VR-Headsets werden bereits seit Jahrzehnten kommerziell von Organisationen wie der NASA verwendet, und als die Produktionskosten sanken, wurde die Technologie für den Verbraucherkauf praktikabler. Darüber hinaus hat die Rechenleistung der Hardware, die zum Betrieb von Virtual-Reality-Headsets verwendet wird, zu realistischeren Simulationen geführt. Doch inwieweit beeinflusst Realismus die Wirksamkeit einer Simulation, insbesondere in Trainingssituationen?
Um die Wirksamkeit des Realismus zu verstehen, müssen wir uns eine Schlüsselvariable ansehen, die den wahrgenommenen Realismus definiert: Treue. Treue bezieht sich darauf, wie sehr eine Simulation die Realität imitiert oder verstärkt. Das übergeordnete Ziel von High-Fidelity-Simulationen besteht darin, die Leistung einer Aktion oder das, was eine Person tatsächlich tut (und nicht denkt), zu verbessern. 1990 wies Miller (1990) darauf hin, dass diese Handlung auf dem Wissen, der Kompetenz und der Leistung einer Person aufbaut.
Im Allgemeinen ist eine Low-Fidelity-Simulation gut, um auf Wissen aufzubauen – sie fühlt sich nicht echt an, aber sie skizziert die Grundlagen und die Theorie gut genug. Mittlere Wiedergabetreue wird verwendet, um Kompetenz durch größere Interaktion aufzubauen, dann ist hohe Wiedergabetreue der Ort, an dem Hochleistungsaktionen stattfinden. Dieses Modell traditioneller Treue kann als Pyramide betrachtet werden. Ohne das Basiswissen können Sie das oberste Handlungsniveau nicht erreichen. Wenn Sie beginnen, Ihr Wissen, Ihre Kompetenz und Ihre Leistung zu verbessern, erhöht sich auch die Handlungstreue in einer simulierten Umgebung, unabhängig davon, wie die Umgebung tatsächlich dargestellt wird. Zum Beispiel ist die Wiedergabetreue eines kommerziellen Flugsimulators für jemanden ohne Luftfahrtkenntnisse anders als für jemanden, der jahrelang die Theorie studiert hat. Wie kann die Person mit geringen Kenntnissen wissen, ob die Simulation High-Fidelity ist oder nicht, wenn sie nicht versteht, wonach sie suchen soll? Daher ist der Begriff der Treue bis zu einem gewissen Grad subjektiv.
Dies kann auf einer tieferen Ebene verstanden werden, indem man die verschiedenen Komponenten untersucht, die Treue ausmachen, über die Person hinaus, die sie erlebt. Auf konzeptioneller Ebene muss das vorliegende Szenario einen Sinn ergeben. Sie würden beispielsweise erwarten, dass ein Flugsimulator ein hohes Maß an konzeptioneller Genauigkeit aufweist, wenn er durch die Luft fliegt und nicht durch Walmart. Physikalisch muss die Simulation die tatsächlichen physikalischen Eigenschaften der realen Umgebung widerspiegeln. Der Flugsimulator hätte kein hohes Maß an physischer Genauigkeit, wenn er Karotten für die Hebel verwenden würde. Emotional sollte die Simulation versuchen, die gleichen Gefühle einzufangen, die man in der realen Umgebung erwarten würde. Zum Beispiel sollte sich ein simulierter Notfall im Cockpit eines Flugzeugs von Natur aus dringend anfühlen, anstatt lässig und langweilig zu sein. Neue Technologien wie Herzfrequenzmonitore, die in tragbare Geräte integriert sind, haben es einfacher gemacht, emotionale Reaktionen zu testen, und helfen Simulatoren, bessere Wege zu finden, den Grad der emotionalen Treue zu erhöhen.
Im Kontext von Virtual-Reality-Simulationen geht diese Verständnisebene jedoch noch einmal einen Schritt tiefer. Es gibt eine wichtige Überlegung, wenn es darum geht, die Wiedergabetreue in einer Virtual-Reality-Umgebung zu messen, insbesondere im Hinblick auf Trainingssimulationen. Stone (2011) stellte das Missverständnis fest, dass technologische Fortschritte zu besseren Trainingsumgebungen führen. Stone und sein Team für Human-Interface-Technologien fanden heraus, dass dies weit weniger wichtig ist als das Konzept des menschzentrierten Designs. Wenn das Ziel darin besteht, den Transfer simulierter Aufgaben, Kenntnisse, Fähigkeiten und Verhaltensweisen auf reale Anwendungen zu maximieren; psychologische Treue ist der Schlüssel.
Psychologische Treue ist der Grad, in dem simulierte Aufgaben Verhaltensweisen reproduzieren können, die für reale Anwendungen erforderlich sind. Dies kombiniert bis zu einem gewissen Grad die traditionellen Vorstellungen von konzeptioneller, physischer und emotionaler Treue, wie beschrieben; obwohl man Treue in diesem Zusammenhang typischerweise als eine Kombination aus physischer und psychischer Treue betrachten würde.
Durch diese Definition wird auch deutlich, dass rein technologischer Fortschritt keinen großen Teil dieser Gleichung ausmacht, sondern dass der technische Fortschritt sie zugänglicher und praktikabler macht. Der größte Nachteil neuer Schnittstellen wie der virtuellen Realität liegt in der Natur der menschlichen Erfahrung. Denken Sie an die ersten Jahre der Websites zurück? Jede Website war völlig anders mit Textwänden, versteckten Links, seltsamen Navigationen und einzigartigen Layouts. Erst viele Jahre später nahm ein standardisiertes Erlebnis Gestalt an, das für den Benutzer natürlicher war und moderne Designprinzipien, Inhaltsstrukturen und menschliches Verhalten nutzte, um ein nahtloses Erlebnis zu bieten. Virtuelle Realität steht noch am Anfang der Erforschung der besten Benutzeroberfläche, ist jedoch aufgrund der zusätzlichen Dimension viel komplizierter. Es ist eine Sache, die Benutzeroberfläche eines 2D-Bildschirms mit einfachen Eingaben zu beherrschen, aber eine ganz andere in einer 3D-Umgebung.
Stone hat das Konzept der Treue für Virtual-Reality-Simulationen wie folgt weiter aufgeschlüsselt:
- Context Fidelity sollte versuchen, einen angemessenen Hintergrund für sensorische und verhaltensbezogene Details darzustellen - denken Sie an Hintergrund-Extras an einem Filmset. Sie stehen nicht im Weg, aber sie tragen zum Kontext der Szene bei.
- Interactive Technology Fidelity ist der Grad, in dem die Eingabesteuerungen (denken Sie an Headsets und Handsteuerungen) die realen Schnittstellen darstellen.
- Hypo-Fidelity und Hyper-Fidelity misst die Bedeutung von zu wenigen oder zu vielen sensorischen Details, Verhaltensdetails und Interaktionssystemen
Interessanterweise haben viele Endbenutzer bereits ein Konzept der Treue im Kopf, bevor sie eine Trainingssimulation starten, eine Basis von Erwartungen, die auf dem basieren, was sie in anderen Anwendungen wie Spiele- und Militäranwendungen gesehen haben. Nun ist das komplexe Netz dessen, was eine ?hohe Wiedergabetreue? Trainingssimulation beginnt sich zu offenbaren. Wir wissen, dass der Endanwender auf höchstem Niveau Grundkenntnisse des Systems und auch ein gewisses Maß an Kompetenz benötigt, um leistungsstarke Aktionen zu erzielen. Simulationen, die in der virtuellen Realität ausgeführt werden, erfordern jedoch ein Gleichgewicht zwischen kontextbezogenen sensorischen und verhaltensbezogenen Details neben realistischen Eingabemerkmalen; während die potenzielle Erwartungslücke berücksichtigt wird, die ein Benutzer möglicherweise hat, bevor er in die Simulation einsteigt. Dies alles wird zusätzlich beeinflusst durch die Herausforderungen, denen Virtual Reality in Bezug auf nahtlose Schnittstellen gegenübersteht, die noch nicht standardisiert oder von den Benutzern allgemein verstanden werden.
Wenn also eine Virtual-Reality-Simulation ein hohes Maß an psychologischer und physischer Wiedergabetreue aufweisen kann, dann kann sie als realistischer angesehen werden – vorausgesetzt, der Benutzer hat bereits einige Kenntnisse und Fähigkeiten, um sie zunächst so wahrnehmen zu können. Dies alles wird jedoch durch die Fähigkeit des Menschen qualifiziert, es tatsächlich zu nutzen, eine Idee, die oft als menschzentriertes Design bezeichnet wird.
Da wir nun die umfassendere Struktur des Realismus in einer Simulation verstehen, können wir ihn in Virtual-Reality-Anwendungen zu unserem Vorteil nutzen. Die chirurgische Trainingsplattform PrecisionOS wurde beispielsweise entwickelt, um moderne Grafik-Engines zu nutzen, um die physische Umgebung, einschließlich sensorischer und verhaltensbezogener Details wie Werkzeuge, Beleuchtung und Maschinen, mit einem hohen Maß an physischer Wiedergabetreue nachzuahmen. Der Patient auf dem Operationstisch ist so konfiguriert, dass er die Symptome zeigt, die ein bestimmtes Verfahren erfordern, und stellt sicher, dass die Darstellung ausgewogen ist, um Hypo- oder Hypertreue abzuwehren. Die Handsteuerungen sind so konfiguriert, dass sie den üblichen chirurgischen Instrumenten eines Verfahrens stärker ähneln, um eine höhere interaktive Technologietreue zu erreichen. Schließlich wird das simulierte Verfahren in Echtzeit mit Feedback und Mentoring sowohl visuell als auch per Audio angeleitet, um die psychologische Umgebung zu simulieren, als würde man mit einem leitenden Chirurgen trainieren.
Studierende oder Mitarbeiter haben bereits ein langjähriges Medizinstudium mit traditionellen Lerntools und Simulationen absolviert und verfügen somit über ein hohes Maß an Wissen und Kompetenz. Daher kann eine realistische virtuelle Umgebung ihnen dabei helfen, fortgeschrittene Fähigkeiten und Selbstvertrauen zu trainieren, ohne an echten Patienten üben zu müssen – was sowohl für den Auszubildenden, den Patienten, seine Familie und das Krankenhaus kostspielig sein kann; ganz zu schweigen von der Herausforderung, geeignete Trainingspatienten zu finden und sie immer wieder mit Auszubildenden zusammenzubringen. Auf breiterer Ebene bedeutet dies letztendlich bessere Chirurgen und eine höhere Erfolgsquote für die Patienten.
Die Zukunft des Realismus in der virtuellen Realität sieht vielversprechend aus. Wir haben bereits physisches Feedback in VR-Handcontrollern gesehen, das nachweislich die Wahrnehmung der interaktiven Technologietreue verbessert (Hoffman, 2011), und diese Technologie wird auf vollständige haptische Feedback-Anzüge ausgeweitet. Da andere Technologiefelder wie die Biotechnologie beginnen, sich mit der virtuellen Realität zu vermischen, werden wir noch mehr Integration und Immersion erleben. Der Benutzer kann beispielsweise seine virtuelle Umgebung nur mit seinen Gedanken steuern oder Sensoren direkt an Nervenenden anschließen, um ein realistisches Feedback zu erhalten.
Mit der Verbesserung der Technologie verbessert sich auch der wahrgenommene Realismus unserer virtuellen Umgebungen – und wie wir gesehen haben, wird dies die zukünftigen Studenten und Fachleute unserer Welt weiter motivieren, auf einem höheren Niveau zu arbeiten. Das Ergebnis in vielen Jahren? Die Zeit wird eine sicherere und produktivere Welt sein, und wir können es kaum erwarten, unsere Hand in die Bemühungen zu investieren.
Quellen: