Eine virtuelle Umgebung für die Kommunikation, Interaktion und Kollaboration bei Seminaren, Praktika, Übungen und virtueller Cafeteria

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1 Eine virtuelle Umgebung für die Kommunikation, Interaktion und Kollaboration bei Seminaren, Praktika, Übungen und virtueller Cafeteria Projektnummer: Zwischenbericht vom Projektverantwortlicher: Dr.-Ing. M. Gerke Lehrgebiet Prozesssteuerung und Regelungstechnik Fachbereich ET+IT FernUniversität Hagen Feithstraße 140/PRG Hagen Tel.: Telefax: Kontakt für das Projekt: Projektpartner: Prof. Dr. Uwe Schimank Lehrgebiet für Soziologie II Institut für Soziologie Feithstr.140 (AVZ I), Hagen Kontakt für das Projekt: Projektseite: Screenshot des frühen Prototyps der virtuellen Umgebung

2 Kurzbeschreibung: Die Virtuelle Universität der FernUniversität Hagen wird im Rahmen von LVU-Projekten um zusätzliche Web-basierte Funktionalitäten erweitert. Eine dieser neuen Funktionalitäten ist der Aufbau von Virtual-Reality-Chat-Räumen. In Multi-User Virtual Reality -Chat-Räumen wird jeder Benutzer durch einen sogenannten Avatar (eine virtuelle Darstellung seiner Person) repräsentiert. Jeder Benutzer kann in der zur Verfügung gestellten 3D-Welt frei navigieren und sieht die 3D-Welt und die Avatare der anderen Benutzer aus seinem Blickwinkel. Technisch realisiert werden kann ein solcher Multi-User Virtual Reality -Raum durch Web3D-Technologien wie der Virtual Reality Modeling Language (VRML) und Java3D. Ein mit einem VRML-Plugin ausgestatteter Webbrowser ist in der Lage, navigierbare 3D-Welten darzustellen. VRML ist ähnlich wie HTML ein Text-Dateiformat und läßt sich daher bandbreitenschonend übertragen. Der Client-Computer übernimmt die 3-D-Darstellung (das Rendering) der aktuellen Ansicht. Aufgabenbescheibung/Arbeitspakete: Realisierte Arbeitspakete: Arbeitspaket 1: Entwurf eines Anforderungsprofils für das Gesamtprojekt. Die Systemarchitektur und das Client/Server-Konzept werden spezifiziert. Softwarebeschaffung. Anmerkung: Die Softwarebeschaffung ist noch nicht vollständig abgeschlossen. Arbeitspaket 2: a) Entwurf eines Multiuser-Server-Systems, basierend auf einem Standard-IRC-Server, b) User-Datenbank Definition und Modellierung (Schnittstellendefinition zu vorhandenen Datenbanken), c) Entwurf des Kommunikationsmodells der Server-Komponente. Das Kommunikationsmodell Anmerkungen zum Arbeitspaket 2: Als Multiuser-Virtual-Reality-Kommunikationssoftware wird das Open-Source Tool VNet eingesetzt. VNet besteht aus einer Server-Komponente, realisiert als Java-Applikation und einer Client- Komponente, realisiert als Java-Applet. Das Client-Applet kommuniziert über das External Authoring Interface (EAI) von VRML mit dem VRML-Browser-Plugin im Webbrowser der Benutzer. Die Clientund Serverkomponenten verwenden ein gut dokumentiertes Protokoll zur Kommunikation. Die Verfügbarkeit der Client- und Serverkomponenten im Quellcode und die hinreichend gute verfügbare

3 Dokumentation ermöglichen eine einfache Anpassung der Vnet-Komponenten an die Erfordernisse der Plattform Insbesondere eine wirkliche Open-Source Lösung verfügt über das Potential, Anpassungen an gegenwärtig immer noch nicht genau spezifizierte Schnittstellen zu ermöglichen. Anmerkung: Unterpunkt b) wurde zurückgestellt, bis eindeutige Schnittstellen-Definitionen vom URZ zur Verfügung gestellt werden. Teilweise realisierte Arbeitspakete: Arbeitspaket 3: Entwurf einer VR-Client-Software: a) VRML-Browser Integration (Alternativ Java-basierte VRML-Browser, für eine Plugin-lose Lösung) b) Entwicklung eines integrierten Text-Chat-Clients (Java-Applet) c) Entwicklung einer EAI-Komponente für die Manipulation lokaler Avatare (Gesten, Bewegung, usw.) (Java-Applet) d) Entwicklung von User-Navigationsmechanismen (für die 3D-Welten) (Java-Applet) e) Entwicklung einer Kommunikationskomponente mit dem Serversystem (Java-Applet). Anmerkung: An einer Plugin-losen Version (mit eingeschränktem Funktionsumfang) wird im Moment noch entwickelt. Avatar-Gesten sind wahrscheinlich bereits bis zum LVU-Workshop realisiert. Die anderen Komponenten existieren bereits (siehe Anhang 1, "früher Prototyp"). Arbeitspaket 5: Erzeugung von 3-D-Content: a) 3D-Umgebungen und 3D-Räume müssen mit Hilfe von 3D-CAD-Tools modelliert werden. b) Avatare müssen unter Verwendung spezieller Avatar-Entwicklungsumgebungen modelliert werden. Mit schon verfügbaren Softwarekomponenten wurden bereits eine 3D-Umgebung und zwei Avatare für einen frühen Prototypen erzeugt. (siehe Anhang, "früher Prototyp") Weitere Avatare und 3D- Umgebungen werden noch erzeugt. Nicht realisierte Arbeitspakete: Arbeitspaket 4: a) Integration von Authentifizierungsverfahren, Kommunikation mit vorhandenen Benutzerdatenbanken (Java-Applet) b) Generierung von HTML-User-Interface-Komponenten c) Integration von ICE (Kommunikationsvermittlung). Arbeitspaket 6: Performance und Stabilitätsuntersuchungen am Prototyp-Serversystem unter simulierter Last. Arbeitspaket 7: a) Dokumentation des Clients (Benutzer-Hilfen in HTML und Acrobat) b) Dokumentation der Serverkomponenten für den Betrieb des Prototyps im URZ. Arbeitspaket 8: Test und Evaluierungsphase des Prototyps: a) Technische Evaluation mit eingeschränktem Benutzerkreis b) Soziologische Untersuchung des Benutzerverhaltens durch den Projektpartner.

4 Anmerkung zu Arbeitspaket 8: Für die Vorbereitung einer Evaluation der Projektes wurde eine Besprechung mit unserem Projektpartner Prof. Dr. Uwe Schimank durchgeführt. Herr Schimank regte an, basierend auf seinen umfangreichen Erfahrungen mit virtuellen Seminaren, eine Gruppe von Studierenden während einer realen Seminarveranstaltung zu motivieren, an einer Evaluation teilzunehmen. Seiner Erfahrung nach funktioniert virtuelle Kommunikation besonders gut, wenn die Kommunikationsteilnehmer sich bereits vorher in der Realität kennengelernt haben. Um die Akzeptanz einer typischen potentiellen Nutzergruppe bzw. Evaluationsgruppe zu testen, wurde ein früher Prototyp im Rahmen der Seminarveranstaltung Sozionik: Soziologie und Informatik im interdisziplinären Austausch ( , Galerie Oben) des Lehrgebietes für Soziologie II ( ) vorgestellt. Die Seminarteilnehmer waren von den Interaktionsmöglichkeiten begeistert und allesamt bereit, an einer Evaluierung teilzunehmen. Eine mittels Fragebögen durchgeführte Untersuchung der den Studierenden zur Verfügung stehenden Rechnerausstattung ergab eine bei allen Seminarteilnehmern mehr als ausreichende Hardwareumgebung. Weitere Vorgehensweise: Realisierung von Avatar-Gesten. Entwicklung einer Plugin-losen Lösung mit eingeschränktem Funktionsumfang Festlegung genauer Schnittstellen zur Plattform 2001 (LVU-Tools, URZ-Middleware) Weitere Softwarebeschaffung AP4 AP6 AP7 AP8. Projektteam/Kooperationen Personal: Für die Projektlaufzeit ist 1 wissenschaftlicher Mitarbeiter (BAT IIa/Ib) am LG PRT über 12 Personenmonate eingesetzt; am LG Sozionik II wird zu Projektende 1 wissenschaftlicher Mitarbeiter über 3 Personenmonate eingesetzt. Kooperationsbewertung: Die Kooperation mit dem Projektpartner gestaltet sich sehr positiv, da von vorhandenen Erfahrungen mit der Durchführung von virtuellen Seminaren profitiert werden kann. Die Ausrichtung des Projektpartners auf den interdisziplinären Forschungsbereich Sozionik ermöglicht es, vom "Know How" des Partners im Bereich von Multiagentensystemen zu profitieren. Finanzierung Kostenkalkulation: Personalmittel und Beschaffungskosten für Software werden im Rahmen der bewilligten Mittel (DM ) liegen; eine genaue Kostenkalkulation ist derzeit nicht möglich, da die bisherigen Personalkosten von Seiten der Hochschulverwaltung noch nicht in das MBS eingetragen sind. Korrekturmaßnahmen: Derzeit nicht erforderlich.

5 Werkzeuge VNet Multuser-VR-Umgebung AC3D als 3D-Modeller Photoshop für die Bildbearbeitung für Texturen Visual Cafe Standard-Edition (frei erhältlich für nicht-kommerzielle Anwendungen, aber eingeschränkt im Funktionsumfang). Veränderungen Nach vollständig erfolgter Softwarebeschaffung können erheblich leistungsfähigere 3D-Modellierer und Java-Entwicklungsumgebungen mit erheblich verbessertem Funktionsumfang verwendet werden. Beurteilung der eingesetzten Werkzeuge In der Projektgruppe PRT wurden sehr gute Erfahrungen mit VNet gewonnen. Nur durch den Einsatz von VNet konnte so früh ein Prototyp erstellt werden. Dieser frühe Prototyp wurde in das bestehende virtuelle Labor des LG PRT integriert und war bereits Gegenstand von Veröffentlichungen. Projektdurchführung/Zeitplan Zeitlicher und organisatorischer Ablauf für die restliche Projektlaufzeit: September 2001 Oktober 2001 November 2001 Realisierung von Avatar- Entwicklung einer AP4 Gesten Plugin-losen AP6 Weitere Softwarebeschaffung Lösung mit Teile Festlegung genauer eingeschränktem von AP5 Schnittstellen zur Plattform Funktionsumfang 2001 (LVU-Tools, URZ- (Teil von AP3) Middleware) Dezember 2001 Januar 2001 AP7 AP8 Anhang 1: Derzeit ist ein früher Prototyp eines virtuellen Laborraumes verfügbar. Im Laufe des Projektes sollen noch virtuelle Seminarräume, eine virtuelle Cafeteria und eventuell ein virtueller Campus entstehen. Für die Darstellung der 3D-Welt wird ein Plugin benötigt. Sie finden auf der Projekt-Webseite ( ) einen Link zu einer Download-Site. Das empfohlene Plugin nennt sich Cortona ( es können auch andere VRML-Plugins wie z.b. der Cosmoplayer ( oder Blaxxun Contact ( verwendet werden. Von Cortona und Cosmosplayer existiert jeweils auch eine MAC-Variante. Unix- (Linux-) Benutzer können sich "FreeWRL" installieren. SGI-Besitzer können eine spezielle Variante des Cosmoplayer benutzen.

6 Wenn Sie den Link zum Prototyp anwählen, erwartet Sie etwa folgender Anblick: Geben Sie im unteren Fenster Ihren Namen ein und wählen Sie einen Avatar aus: Klicken Sie connect und schon sind Sie mit dem Multi-User-Server verbunden. Sie kommen nun mit den anderen angemeldeten Benutzern Chatten, diese sehen und sich in der Virtual-Reality-Welt bewegen, indem Sie in das Bild-Fenster klicken, die Maustaste gedrückt halten und die Maus in die gewünschte Bewegungsrichtung ziehen.

7 Der Button OOBE verschafft Ihnen eine out of body experience ; Sie sind damit in der Lage, Ihren eigenen Avatar von außerhalb zu sehen. In den Normalmodus zurück gelangen Sie, wenn Sie erneut OOBE betätigen. Der Whisper -Button ermöglicht eine private Kommunikation nur mit dem in der User-Liste (rechte Seite) ausgewählten Benutzer. Alle mit CR bestätigten Eingaben im Textchat- Fenster werden an alle angemeldeten Benutzer weitergegeben.