Bildungs- und Forschungsschulung mit VR - Moleküle in Virtual Reality
Für eine Bildungseinrichtung wird für ein Virtual Reality Projekt eine Simulation für eine wissenschaftliche Forschung über Molekülketten entwickelt.
Die Anwendung der VR-Technologie ist sehr vielversprechend:
- Komplexe molekulare Strukturen und deren Interaktionen werden dargestellt, die traditionelle 2D-Bilder oder sogar 3D-Modelle am Computer nicht ermöglichen können.
- Forscher und Studenten aus der Chemie- und Molekularbiologie die Molekülketten in ihren tatsächlichen räumlichen Zusammenhang beobachten und ein besseres Verständnis über ihr Verhalten und ihre Funktionen erhalten.
Studenten in verschieden Bereichen können von der Visualisierung profitieren, es können beispielsweise:
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- Im medizinischen Bereich die molekulare Basis von Krankheiten veranschaulicht werden um ein besseres Verständnis für die Behandlungsmöglichkeiten zu entwickeln.
- Im pharmazeutischen Bereich die Wirkstoffkandidaten und ihre Bildungsaffinitäten und Reaktionswege bis auf das kleinste Detail zu erforschen.
Es ist in Bereichen der Chemie und Biologie ein revolutionäres Forschungswerkzeug, um durch die VR-Simulation neue Einblicke unter verschiedenen Bedingungen über molekulare Funktionsweisen und mögliche Reaktionen zu gewinnen.
Planung und Konzeption der Simulation
In der Projektvorbereitung der VR-Simulation wird mit verschiedenen Lehrkräften, Forschern und Studenten eine Bedarfsanalyse und eine Zieldefinition erstellt. Die Lernziele der VR-Bildungsschulung mit weiterer Funktion der Forschungsmöglichkeit wird auf die Bedürfnisse und Wünsche der Bildungseinrichtung und ihrer Beteiligten konkretisiert.
Für die Wahl der Technologie kann sich die Bildungseinrichtung für ein angebundenes VR-Headset in Verbindung mit einem externen PC oder einem Standalone-VR-Headset und der dafür spezialisierten und passenden Software-Plattform entscheiden.
Bei der darauffolgenden Design- und Inhaltsentwicklung der VR-Simulation werden die unterschiedlichen Szenarien und Interaktionen skizziert, Designentscheidungen für die Benutzerinteraktionen getroffen und die Steuerungselemente und Feedback-Mechanismen für die Molekularerforschung bestimmt.
3D-Modellierung der Simulation
Unsere 3D-Modellierer können durch die Informationen aus der Konzeptionsphase der Beteiligten der Bildungseinrichtung, 3D-Modelle für Zahlreiche Atome und Moleküle, ihre Verkettungen, Umgebungen in der Simulation und verschiedene Materialien und Werkzeuge für die virtuelle Forschungssimulation erstellen. Diese werden später in der Simulation in ihrer ordnungsgemäßen Größenordnung und Verhältnissen dargestellt.
Als nächster Schritt werden die 3D-Modelle von uns 3D-Textuiert, um eine realistische Darstellung der Atome, Moleküle und ihrer Ketten mit den gewünschten bildungs- und forschungsrelevanten Details zu leisten.
Die 3D-Renderings der Simulation werden durchgeführt um bis aufs kleinste Detail alles zu visualisieren. Beispielsweise den verschiedenen Perspektiven, unterschiedlichen Fokusbereichen der vielen Atome und Molekülen, Molekülketten, ihre Forschungswerkzeuge und Materialien und die verschiedenen Umgebungen werden gerendert.
Softwareentwicklung und Qualitätssicherung der VR-Bildungs- und Forschungssimulation
Unter der Verwendung von beispielsweise der Unreal-Engine oder Unity als VR-Entwicklungstool können unsere Programmierer den Code entwickeln, der die VR-Simulation steuert und ermöglicht. Bei der Programmierung und Entwicklung werden verschiedene VR-Elemente, wie Head-Tracking, Hand-Tracking und Object-Tracking oder andere spezifische VR-Funktionen integriert, die das immersive und lehrreiche Erlebnis der VR-Bildungs- und Forschungssimulation gewährleisten.
Es werden Funktionen für die Molekülforschung wie beispielsweise
verschiedene Darstellungsversionen:
- Kalottenmodell: Eine Raumfüllende Darstellung bei der Atome als durchdringende Kugeln visualisiert werden und die Radien proportional (Van-der-Vaals-Radien) zu den jeweiligen Atomen sind
- Kugel-Stäbchen-Modell: Darstellung der Atome als kleine Kugel und Stäbe für die chemischen Bindungen dazwischen, Bindungsordnung wird mit parallelen Stäben angezeigt (Doppelbindung zwei Stäbchen usw.)
oder die Auswahl an unterschiedlichen Strukturen und Verbindungen der Atome und Moleküle, ihre Reaktionen zueinander und die verschiedenen Animationen dafür und viele andere spezifische Funktionen für die Molekularuntersuchungen. Die Benutzeroberfläche wurde auch für eine intuitive Bedienung der Nutzer gestaltet, um eine einfach Handhabung der komplexen Verbindungen, Reaktionen und Untersuchungen und doch einen intensiven und sehr aufschlussreichen Lerneffekt zu gewährleisten.
Im Anschluss folgen interne Tests der Prototypen der VR-Simulation, um die Funktionalität und Performance, wie Grafik, Latenz und Benutzerinteraktion mit dem gesammelten Feedback zu prüfen und letzte entsprechende Optimierungen für ein zufriedenstellendes Benutzererlebnis zu tätigen.
Implementierung und Einführung der Simulation für Moleküle in Virtual Reality
In der Pilotphase wird dann die Simulation in einer kontrollierten Umgebung getestet und geprüft, um die Wirksamkeit und Akzeptanz des Projektes zu bewerten. Die Forscher, Lehrkräfte und Studenten werden dann in die Bildungs- und Forschungssimulation eingewiesen um eine reibungslose Handhabung und ein gutes Verständnis für die Bedienung der Simulationsanwendung zu bekommen. Es folgt die Installation, sowie die Konfiguration der benötigten Hard- und Software in der Bildungseinrichtung.
Mit der Zufriedenheit der Bildungseinrichtung und ihrer Nutzer wird die bereitgestellte Simulation für "Moleküle in Virtual Reality" für den breiten Einsatz eingeführt.
Mit festgelegten KPIs (Key Performance Indicators) und dem regelmäßigem sammeln von Nutzerfeedback können eine Bewertung der Effektivität und die Lernerfolge getätigt werden. Die VR-Bildungs- und Forschungssimulation kann dann kontinuierlich Updates und Wartung erhalten, um sie stehts aktuell und effektiv zu halten. Auf Nachfrage und Wunsch können zukünftig Anpassungen und Erweiterungen bei den Molekülen und ihrem Verhalten immer ermöglicht werden.
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