Augmented Reality als Brücke zwischen Technik und Anwendung

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„IT-Kompetenz für Geisteswissenschaftler“ oder „Augmented
Reality als Brücke zwischen Technik und Anwendung“
Gitta Domik - Endbericht, März 2001
Unter diesen beiden Titeln wurden im Sommer und Herbst 2000 mehrere Anträge an die Universität Paderborn und das Heinz-
Nixdorf-Institut gestellt. Im Folgenden berichte ich über Durchführung und Ergebnisse der Lehrveranstaltung „Das Bild im
Computer“, auf welche sich diese Anträge bezogen.
Frau Sabine Heissenberger, 5. Semester des Studienganges
Medienwissenschaften, in der Testphase eines Augmented
Reality Projektes als Teil der Veranstaltung „Das Bild im
Computer“, WS 2000/2001. Das von den Studierenden selbst
erdachte Projekt „Virtuelles Dschungelbuch“ führt einen
erstsemestrigen Studierenden des Faches Medienwissenschaften
durch die Universität und blendet dabei in die reale Umwelt
zusätzlich den Gebäudeplan und Informationen über
Schlüsselpersonen des Studiums ein. Foto: Hinn/Redmer
Kurzbeschreibung der Veranstaltung „Das Bild im Computer“
Dieses Projekt konnte schon zwei Tage nach seiner Realisierung
im Rahmen der HNF IT-Berufsmesse 2001 dem Ministerpräsidenten
NRWs, Wolfgang Clement, vorgestellt werden. Hier
führen Herr Redmer (Informatikstudent, rechts), und Frau Domik
(links) Herrn Clement in die Augmented Reality ein. Der
erfolgreichen Vermittlung von IT-Kompetenz an Nicht-
Techniker fällt eine Schlüsselrolle in der qualifizierten Besetzung
von IT Jobs der Zukunft zu.
(Foto: Eva Maria-Purschke)
„Das Bild im Computer“ wurde im WS 2000/2001 vom Fach Informatik für Studierende der
Geisteswissenschaften (Fachbereiche 1-4 der Universität Paderborn) angeboten. Die Veranstaltung
bestand aus
- 2 SWS Vorlesungen, welche Methoden der digitalen Bildverarbeitung vermittelten
- 2 SWS betreute Übungen, welche Methoden der Bildverarbeitung in praktische Übungen am
Computer umsetzten
- einem Projekt, in dem die Studierenden der Veranstaltung gemeinsam mit zwei Informatikstudenten
die Lösung zu einem selbst gestellten Problem mittels Augmented Reality realisierten
- einer sorgfältigen und umfangreichen Evaluierung der Lehrenden und der Veranstaltung.
Acht Studentinnen und drei Studenten aus dem Fach Medienwissenschaften schlossen die Veranstaltung
mit sehr gutem bis gutem Erfolg ab. Bewertet wurde das Ergebnis einer einstündigen Klausur (29.1.2001)
und die Mitarbeit bei den wöchentlichen Übungen sowie beim Augmented Reality Projekt
(Endpräsentation 7. 3. 2001). Das von den Studierenden selbst erdachte Projekt „Virtuelles
Dschungelbuch“ führt einen erstsemestrigen Studierenden des Faches Medienwissenschaften durch die
Universität Paderborn und blendet dabei in die reale Umwelt den Gebäudeplan der Universität und
Informationen über Schlüsselpersonen des Studiums der Medienwissenschaften ein.

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Finanzierung der Lehrveranstaltung
- SHK Stellen:
� 3 PM vom Heinz-Nixdorf-Institut zur Betreuung der Studierenden
� 4 PM von der „Kommission für Forschung und wissenschaftlicher Nachwuchs“ (2001) zur
Betreuung der Studierenden
� 2 PM (3.090 DM) zur Durchführung der genauen Evaluierung vom „Paderborner
Programm Qualität der Lehre“
� 3 PM zur Vorbereitung und Betreuung aus den Mitteln der Informatik
Dies sind in Summe 12 PM, welche folgendermaßen aufgeteilt wurden: 2 PM für die Vorbereitung
der Veranstaltung (August und September, je zwei halbe SHK Stellen), 10 PM für die Arbeit während
des Semesters (Oktober bis Februar, je zwei SHK Stellen). Die Zeiten für die Nacharbeiten
(Internetdarstellung des Projektes, Vorführung des Projektes auf der HNF- IT Messe 2001, etc) im
März 2001 werden wieder aus Mitteln der Informatik getragen.
- Hardware: Für das Augmented Reality Projekt war spezielle Hardware nötig: LCD Brille, Kamera,
TV Karte. Diese wurde für die ersten Monate aus dem Heinz-Nixdorf-Institut geliehen, später aus
Mitteln der „Kommission für Forschung und wissenschaftlicher Nachwuchs“ angeschafft (3773,00
DM).
Beteiligte Personen:
Prof. Dr. Gitta Domik, Entwicklung des Gesamtkonzeptes und Vorbereitungen des gesamten
Vorlesungsmaterials und Abwicklung der Vorlesung
Robert Hinn und Benedikt Redmer, Informatikstudenten, Vorbereitung und Betreuung der Übungen
und des Projektes, inklusive Auswahl, Installation und Instandhaltung der Hardware und Software.
Studierende: Daniela Brandt, Corvin Dreisigacker, Isabell Eikel, Sabine Heißenberg, Mirja Hildebrandt,
Sebastian Kraiczek, Bettina Lyko, Marzena Palmowski, Inga Röthemeyer, Frank-Christopher Sinn, Maria
Tillmann. Die Veranstaltung war für Geisteswissenschaftler der Fachbereiche 1-4 angeboten worden,
allerdings schlossen nur die hier genannten Medienwissenschaftlerinnen und Medienwissenschaftler die
Veranstaltung positiv ab. Deshalb wird im Bericht der Begriff „Geisteswissenschaftler“ oft entsprechend
mit „Medienwissenschaftler“ ersetzt.
Drei Hauptkomponenten der Veranstaltung:
1. Vorlesung: Die Vorlesung vermittelte Methoden der digitalen Bildverarbeitung. Das Ziel der
Veranstalterin war es, ein grundlegendes Verständnis zu vermitteln für die unterschiedlichen
bildverarbeitenden Verfahren (darunter Glättungs- und Kantenfilterung, Kompression,
Kontrastverstärkung, Frequenzfilterung, Farbmodelle des Computers), um dem schnellen Wandel
aktueller Produkte in diesem Rahmen durch ein grundlegendes Verständnis der Verfahren
Rechnung zu tragen. Durch den methodischen Umgang mit den unterschiedlichen
Charakteristiken und Bearbeitungsmethoden (Algorithmen) von Bildern wird erwartet, dass das
Erlernen von neuer Bildverarbeitungssoftware schnell und selbständig durchgeführt werden kann.
Die vollständigen Vorlesungsunterlagen als Adobe Acrobat Reader Unterlagen sind im Netz unter
http://www.uni-paderborn.de/cs/domik/bildverarbeitung/bic-vl-ws0001/index.htm zu finden.
2. Übungen: Die Übungen vermittelten wöchentlich die Umsetzung der in der Vorlesung
behandelten Methoden der Bildverarbeitung in Computerprogramme. Hierzu wurde die
interaktiven Software IDL (von Research Systems, Inc.) auf PCs mit Linux Betriebssystem
verwendet. Außer der Anwendung von Bildverarbeitungsfunktionen vermittelten die Übungen
Kompetenzen im Umgang mit Lehr- und Lernsoftware, dem Betriebssystem Linux, und der
Entwicklung einfachen Programmcodes (in IDL). Die vollständigen Übungsaufgaben und
Musterlösungen sind im Internet unter
http://www.uni-paderborn.de/cs/domik/bildverarbeitung/bic-vl-ws0001/html/uebung.htm zu
finden.

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3. Projekt: Das Ziel des Projektes war eine Zusammenarbeit von Geisteswissenschaftlern und
Informatikern über eine komplexe, technische Schnittstelle. Die Gruppe der Studierenden wurde
erst durch eine Führung durch das Heinz Nixdorf MuseumsForum (inklusive eines Besuches des
Software Theaters), durch eine Demonstration der Augmented Reality Ausrüstung und durch die
Möglichkeit eines individuellen Austestens dieser Ausrüstung an die Technik herangeführt. Im
Verlaufe der fünften Vorlesungsstunde wurden die Fragen „Welche Probleme werden auf die
Informationsgesellschaft in Zukunft zukommen? Welche Probleme kann man mit Augmented
Reality unter Einschränkung auf die vorhandene Hardware/Software lösen ?“ als Anregung zur
Erstellung eigener Projektideen diskutiert. In den Wochen darauf konnten die Studierenden
Projektideen erarbeiten und in einer Vorlesungsstunde vor Weihnachten mit ihrem Team (oder
alleine) präsentieren. Aus mehreren vorhandenen Ideen (z.B. Training beim Billardspiel;
Besichtigung historischer Gebäude bei einem Rundgang durch Paderborn; Virtuelle Besichtigung
von Mietwohnungen beim Lesen der Mietanzeigen in der Zeitung; „Virtuelles Dschungelbuch“;
Interaktive 3D-Grafik zu chemischen Reaktionen) wurde das „Virtuelle Dschungelbuch“ zur
Realisierung ausgewählt. Eine genaue Aufgabenstellung, die Aufteilung der Arbeit bei der
Realisierung des Projektes, die Erstellung der Webseiten und die Präsentation des Projektes am 7.
3. 2001 wurden von den beiden Informatikstudenten und den Medienwissenschaftlern selbständig
vorbereitet und durchgeführt. Eine gute Dokumentation des Projektes ist im Internet unter
http://www.uni-paderborn.de/cs/domik/bildverarbeitung/bic-vl-ws0001/html/projekt/project.htm
zu finden.
Bilder aus den Arbeitstreffen zum Augmented Reality
Projekt.

Evaluierungen
Bewertung der Studierenden
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Klausur: Am 29. 1. 2001 wurde ein einstündige Klausur mit acht Teilnehmerinnen und
Teilnehmern geschrieben. Die vier Aufgabenbereiche bezogen sich auf
(1) grafische Funktionen für die Kontrastverstärkung (eine mathematisch/grafische
Komponente, die jedes Bildverarbeitungssystem anbietet)
(2) Kompressionsmethoden (verlustfreie und verlustreiche)
(3) Zusammensetzung von Farben durch Farbmodelle am Computer (RGB, IHS)
(4) Glättungs- und Kantenfilterung
Alle Teilnehmerinnen und Teilnehmer lösten mehr als 50% der Aufgaben korrekt.
Übungen: Bei den Übungen wurde die Teilnahme und die Aktivität zur Aufbesserung der
Klausurnote gewertet. Eine regelmäßige Anwesenheit war vorgeschrieben.
Projekt: Beim Projekt wurden die Bemühungen um die Gestaltung der Projektvision, der
technischen Realisierung, und der Endpräsentation zur Aufbesserung der Klausurnote bewertet.
Für die drei Studierenden, welche nur einen Leistungsnachweis benötigten, zählte die Teilnahme
an den Übungen und am Projekt.
Evaluierung der Lehrenden und der Veranstaltung
Folgende Fragebögen wurden ausgegeben und ausgewertet:
- Eine genaue Erfassung der Kenntnisse und Erwartungen der Studierenden vor dem ersten
Vorlesungsbeginn (22 Fragen – 22 ausgefüllte Formulare wurden abgegeben).
- Eine Kurzbewertung des ersten, einführenden Übungsbetriebes (6 Fragen – 17 ausgefüllte
Formulare wurden abgegeben)
- Eine Kurzbewertung jeder Vorlesung (6 Fragen je Formular und Vorlesungsstunde – 129
ausgefüllte Formulare wurden abgegeben)
- Eine Kurzbewertung eines Übungsbetriebes in der Mitte des Semesters (6 Fragen – 9
ausgefüllte Formulare wurden abgegeben)
- Eine von der Fachschaft des FB17 durchgeführte genaue Evaluierung
(„Veranstaltungskritik“) in der Mitte des Semesters (24 Fragen – 12 ausgefüllte Formulare
wurden abgegeben)
Dies sind in Summe 189 ausgewertete Fragebögen mit 1684 ausgewerteten Fragen.
Die wichtigsten Ergebnisse zusammengefasst:
Über das Internet hatten wir 30 Anmeldungen zugelassen, auf Anfrage noch einige zusätzliche
Plätze vergeben, sodass zu Beginn des Wintersemesters 2000/2001 36 Plätze gefüllt waren.
Trotz Warnung auf der zuständigen Webseite, dass Informatikstudierende nicht an der
Veranstaltung teilnehmen könnten (bis auf die beiden studentischen Hilfskräfte) hatten sich
mehrere Wirtschaftsinformatiker und Informatiker angemeldet, sodass die offiziellen
Anmeldungen nach dieser Bereinigung bei 31 lag. Nach der ersten Vorlesungsstunde, in der
geklärt wurde, dass die Veranstalterin nur den Medienwissenschaftler eine Fachprüfung oder
einen Leistungsnachweis laut Prüfungsordnung nach Bestehen der Prüfungselemente zusagen
konnte, lag die Beteiligung bei 20 Studierenden. Darunter waren 13 Medienwissenschaftler, 4
Literaturwissenschaftler und 3 Lehramtsstudierende. Da der Aufwand für diese Veranstaltung
relativ groß war (der Aufwand wurde von den Studierenden als „über Mitte“ – 4.4 auf einer
Skala von 1 (niedrig) bis 7 (hoch) – bezeichnet), verblieben nur 11 Medienwissenschaftler aus
den 13 angemeldeten. Ein Lehramtsstudent machte den gesamten Übungsbetrieb und einen
Teil der Vorlesungen aus Interesse mit, ohne sich um eine Abschluß zu bemühen. Das

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Angebot der Veranstaltung wurde somit nur von Medienwissenschaftlern voll angenommen.
Die Teilnehmer der Veranstaltung hatten alle schon vor Beginn der Veranstaltung am
Computer gearbeitet, schätzten ihre Kenntnisse am Computer zwischen gering und mittel ein
(gering/mittel/gut), und besaßen zum Großteil schon einen Zugang zum Internet und eigene
email Adresse (meist über „gmx“ oder ähnlich). Nur wenige der Medienwissenschaftler hatten
schon mit einem Bildverarbeitungssystem gearbeitet. Programmierkenntnisse waren bis auf
eine Ausnahme bei keinem Teilnehmer vorhanden. Von der Veranstaltung wurde mehrheitlich
erwartet, dass sie Grundkenntnisse der Bildverarbeitung vermittelt (dies war als Ziel von der
Veranstalterin schon vorgegeben).
Direkt verwendbar waren die Antworten auf die am Ende jeder Vorlesung gestellten beiden
Fragen „Welche Inhalte sind unklar geblieben“, und „Welche Themen sollten vertieft
werden“. Da jede Vorlesungsstunde mit einer Wiederholung begann, konnte die
Veranstalterin dadurch genau auf die Probleme der letzten Vorlesung eingehen.
Die Veranstaltungskritik fiel für die Veranstalter sehr positiv aus – die meisten Fragen
wurden auf einer Skala von 1(optimal) bis 7 (unzureichend, unverständlich) mit Noten 1 bis 2
beantwortet. Alle freien Kommentare bezogen sich auf positive Erfahrungen mit der
Veranstaltung. Besonders der Einsatz der beiden studentischen Hilfskräfte wurde über alle
Maßen gelobt. Nur der Aufwand für die Veranstaltung wurde als etwas überdurchschnittlich
(Note: 4.2) auf einer Skala von 1 (niedrig) bis 7 (hoch) bewertet.
Die vollständigen Unterlagen sind bei mir (Domik, F2.116) einzusehen. Die
Veranstaltungskritik der Fachschaft FB17 wird auch von der Fachschaft veröffentlicht.
Die positiven Ergebnisse zusammengefasst:
Die Kenntnisse der Teilnehmerinnen und Teilnehmer konnten sich über das Semester enorm
verbessern. Dies bezieht sich auf ihre Kenntnisse über Methoden der Bildverarbeitung (siehe
beiliegende Klausur und oben diskutierte Klausurergebnisse) als auch auf den Umgang mit dem
Computer (alle Teilnehmerinnen und Teilnehmer schrieben zumindest kurze Programme und
verwendeten Bildverarbeitungsfunktionen aus einem Programm heraus, gewöhnten sich an die
beständige Informationsübermittlung über das Internet, bedienten in kleinen Teams komplexe
Software wie CosmoWorld, und gewöhnten sich schnell an den selbstverständlichen Umgang mit
technischem Geräten, wie z.B. der AR-Brille oder einer digitalen Kamera).
Die Zusammenarbeit zwischen den beiden Informatikern und den Medienwissenschaftlern
war sehr gut – dies gab den Ausschlag für einen wesentlich größeren Aufwand in der Projektarbeit
als er eigentlich für die Veranstaltung zumutbar war.
Die Integration der Medienwissenschaftler in eine technische Welt bezeichne ich als voll
gelungen. Jeder Aspekt des Augmented Reality Projektes war von den Medienwissenschaftlern
gestaltet, teilweise auch auf der Computerebene realisiert.
Der Versuch, durch das Angebot dieser Veranstaltung und durch mono-edukative Übungen (eine
Übungsgruppe war eine reine Frauengruppe) mehr Frauen mit IT-Kompetenz auszustatten, hat
sich bewahrheitet. Mehr als 70% der Teilnehmer waren Frauen.
Die Motivation und Mitarbeit der Studierenden in Vorlesung, Übungen, und beim Projekt war
beachtenswert, da der wöchentliche Aufwand durch die beiden Vorlesungsstunden, den beiden
Übungsstunden und den zusätzlichen Projekttreffen groß angesetzt war. Das Interesse und die
Durchhaltefähigkeit der Studierenden war enorm, die Zusammenarbeit zwischen den beiden
Informatikern und den elf Medienwissenschaftlern hervorragend. Meine Erfahrungen mit dieser
Mischung an Studierenden waren sehr positiv!

Aus Fehlern lernt man....
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Der Aufwand für die Vorbereitung und Durchführung der Veranstaltung war für die
Betreuer sehr hoch. Beide studentischen Hilfskräfte hatten für die Zeit des Semesters 19
Std./Woche Verträge, ihr Aufwand lag aber noch um etliche Stunden pro Woche darüber. Wir
hatten uns für eine interaktive Programmiersprache entschieden, deren Nutzung auch
Programmierung und komplexe Funktionsaufrufe voraussetzte. All dies und mehr lernten unsere
Studierenden, mussten aber Schritt für Schritt und im Einzelnen von den beiden studentischen
Hilfskräften betreut werden. In Zukunft wäre hier ein aktuelles Produkt, wie z.B. CorelDraw,
besser eingesetzt. Es ist dann allerdings wichtig, noch ein zweites Bildverarbeitungssystem in den
Übungen einzuführen, damit die Studierenden sich nicht mental auf einzelne Funktionsaufrufe
eines aktuellen Produktes einspielen. Diese Lösung benötigt allerdings die finanziellen
Ressourcen zum Kauf der Software für alle Rechner.
Da ich für meine eigene Arbeitsgruppe nur sehr begrenzt SHK Mittel zur Verfügung habe, musste
ich die benötigten Mittel über drei unterschiedliche Anträge einwerben. Auch dieser Aufwand
muss in Zukunft realistischer eingeschätzt und vorab geklärt werden. Eine intensive Betreuung
von Geisteswissenschaftlern im sinnvollen Umgang mit Technik macht sich für Motivation und
Lernergebnisse der Studierenden bezahlt (wie dieses Beispiel zeigt)!
Das Interesse der Fächer aus den Fachbereichen 1-4 war groß – sowohl von den Professorinnen
und Professoren als auch von den Studierenden kamen sehr positive Rückmeldungen zur
Ankündigung der Veranstaltung. Übersehen wurde, dass man grundlegende Kenntnisse nur
mit gewissem Aufwand erarbeiten kann, sodass am Ende einer V2+Ü2 Veranstaltung eine
anrechenbare Prüfungsleistung stehen sollte. Die meisten Studierenden kamen aber mit dem
Gedanken, diese Veranstaltung aus Interesse nebenbei mitzumachen. Durchgehalten haben somit
nur diejenigen Studierenden, welche laut ihrer Prüfungsordnung eine Fachprüfung oder einen
Leistungsnachweis erwarten konnten. In unserem Falle waren dies nur die Studierenden der
Medienwissenschaften.
Absprachen mit Fachbereichen 1-4:
Die Ankündigung für die Veranstaltung und ihren Modus erfolgte im Sommer 2000 in
schriftlicher Form an etwa zwanzig Professorinnen und Professoren, darunter alle Dekane und
Prodekane der Fachbereiche 1-4. Eine mündliche Ankündigung gab es noch zusätzlich an die
Professorinnen im Forum für Geschlechterforschung. Ferner wurde mit Herrn Prof. Dr. Winkler
der Medienwissenschaften im Vorfeld über die Veranstaltung gesprochen. Herr Winkler
bemühte sich auch während des Semesters um eine gute Zusammenarbeit, kam in die
Vorlesung, diskutierte bei der ersten Projektdiskussion mit, und sah sich das Ergebnis des
Projektes am Ende der Veranstaltung an.
Herr Professor Tulodziecki und Herr Stefan Moll baten mich, diese Veranstaltung in ihrem
Katalog für die Zusatzqualifikation „Medien und Informationstechnologien in Erziehung und
Bildung“ für Studierende der Sekundarstufenlehrämter zusätzlich zur verpflichtenden
Lehrveranstaltung „Einführung in die Informatik“ auflisten zu dürfen, was ich gerne tat.
Allerdings wurde solch ein Doppelaufwand (zweimal 4 SWS Informatik in einem Semester) von
den Lehramtskandidaten (verständlicherweise) nicht durchgehalten.
Nach Ende der Veranstaltung wurde nur mit Herrn Professor Winkler eine Nachbesprechung
gehalten, da keine Studierenden anderer Fächer betroffen waren. Herr Winkler sieht die
Veranstaltung sehr positiv und wünscht sich, wie die beteiligen Studierenden, eine Weiterführung
in ähnlicher Art.

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Eine weitere Absprache mit den anderen Fächern der Fachbereiche 1-4 ist derzeit nicht
sinnvoll, denn
- ich habe schon das Interesse und die Zustimmung vieler Professorinnen und Professoren zu
solch einer Veranstaltung im IT Bereich bekommen, mehr Schulterklopfen ist nicht notwendig
- die Prüfungsordnungen der einzelnen Fächer aus FB 1-4 erlauben es derzeit sehr selten, solch
eine Veranstaltung anrechnen zu lassen, womit das Interesse der Studierenden nach Beginn
der Veranstaltung nachlässt, sobald der Aufwand bekannt wird
- der Betreuungsaufwand einer solchen Veranstaltung ist sehr hoch, und die Informatik kann
den Fächern nicht garantieren, dass sie regelmäßig gehalten werden kann.
Ich empfehle, in einer Runde mit Vertretern der einzelnen Fächer der Fachbereiche 1-4, einem
Vertreter des Rektorats und einigen interessierten Professorinnen und Professoren der Informatik
eine Aussprache zur zukunftsorientierten Ausbildung an der Universität der
Informationsgesellschaft durchzuführen. Ich würde gerne zu einem solchen
Erfahrungsaustausch beitragen.