Rahmenwerk für zielgruppenorientiertes Blended E-Learning im MINT-Bereich im Kontext des Lebenslangen Lernens

Das heutige Leben der Menschen ist vom Internet durchdrungen, kaum etwas ist nicht „vernetzt“ oder „elektronisch verfügbar“. Die Welt befindet sich im Wandel, die „Informationsgesellschaft“ konsumiert in Echtzeit Informationen auf mobilen Endgeräten, unabhängig von Zeit und Ort. Dies gilt teilweise auch für den Aus- und Weiterbildungssektor: Unter „E-Learning“ versteht man die elektronische Unterstützung des Lernens. Gelernt wird „online“; Inhalte sind digital verfügbar. Zudem hat sich die Lebenssituation der sogenannten „Digital Natives“, der jungen Individuen in der Informationsgesellschaft, verändert. Sie fordern zeitlich und räumlich flexible Ausbildungssysteme, erwarten von Bildungsinstitutionen umfassende digitale Verfügbarkeit von Informationen und möchten ihr Leben nicht mehr Lehr- und Zeitplänen unterordnen – das Lernen soll zum eigenen Leben passen, lebensbegleitend stattfinden. Neue „Lernszenarien“, z.B. für alleinerziehende Teilzeitstudierende oder Berufstätige, sollen problemlos möglich werden. Dies soll ein von der europäischen Union erarbeitetes Paradigma leisten, das unter dem Terminus „Lebenslanges Lernen“ zusammengefasst ist. Sowohl E-Learning, als auch Lebenslanges Lernen gewinnen an Bedeutung, denn die (deutsche) Wirtschaft thematisiert den „Fachkräftemangel“. Die Nachfrage nach speziell ausgebildeten Ingenieuren im MINT-Bereich soll schnellstmöglich befriedigt, die „Mitarbeiterlücke“ geschlossen werden, um so weiterhin das Wachstum und den Wohlstand zu sichern. Spezielle E-Learning-Lösungen für den MINT-Bereich haben das Potential, eine schnelle sowie flexible Aus- und Weiterbildung für Ingenieure zu bieten, in der Fachwissen bezogen auf konkrete Anforderungen der Industrie vermittelt wird. Momentan gibt es solche Systeme allerdings noch nicht. Wie sehen die Anforderungen im MINT-Bereich an eine solche E-Learning-Anwendung aus? Sie muss neben neuen Technologien vor allem den funktionalen Anforderungen des MINTBereichs, den verschiedenen Zielgruppen (wie z.B. Bildungsinstitutionen, Lerner oder „Digital Natives“, Industrie) und dem Paradigma des Lebenslangen Lernens gerecht werden, d.h. technische und konzeptuelle Anforderungen zusammenführen. Vor diesem Hintergrund legt die vorliegende Arbeit ein Rahmenwerk für die Erstellung einer solchen Lösung vor. Die praktischen Ergebnisse beruhen auf dem Blended E-Learning-System des Projekts „Technische Informatik Online“ (VHN-TIO).

Automatic Data Normalization and Parameterization for Optical Motion Tracking

Methods for optical motion capture often require timeconsuming manual processing before the data can be used for subsequent tasks such as retargeting or character animation. These processing steps restrict the applicability of motion capturing especially for dynamic VR-environments with real time requirements. To solve these problems, we present two additional, fast and automatic processing stages based on our motion capture pipeline presented in [HSK05]. A normalization step aligns the recorded coordinate systems with the skeleton structure to yield a common and intuitive data basis across different recording sessions. A second step computes a parameterization based on automatically extracted main movement axes to generate a compact motion description. Our method does not restrict the placement of marker bodies nor the recording setup, and only requires a short calibration phase.

The MIRELA framework: modeling and analyzing mixed reality applications using timed automata

Mixed Reality (MR) aims to link virtual entities with the real world and has many applications such as military and medical domains [JBL+00, NFB07]. In many MR systems and more precisely in augmented scenes, one needs the application to render the virtual part accurately at the right time. To achieve this, such systems acquire data related to the real world from a set of sensors before rendering virtual entities. A suitable system architecture should minimize the delays to keep the overall system delay (also called end-to-end latency) within the requirements for real-time performance. In this context, we propose a compositional modeling framework for MR software architectures in order to specify, simulate and validate formally the time constraints of such systems. Our approach is first based on a functional decomposition of such systems into generic components. The obtained elements as well as their typical interactions give rise to generic representations in terms of timed automata. A whole system is then obtained as a composition of such defined components. To write specifications, a textual language named MIRELA (MIxed REality LAnguage) is proposed along with the corresponding compilation tools. The generated output contains timed automata in UPPAAL format for simulation and verification of time constraints. These automata may also be used to generate source code skeletons for an implementation on a MR platform. The approach is illustrated first on a small example. A realistic case study is also developed. It is modeled by several timed automata synchronizing through channels and including a large number of time constraints. Both systems have been simulated in UPPAAL and checked against the required behavioral properties.